國外綠色屋頂對雨水徑流水量水質影響的研究

譚卓琳 董 禹

(哈爾濱工業大學建筑學院，黑龍江 哈爾濱 150000)

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國外綠色屋頂對雨水徑流水量水質影響的研究

譚卓琳 董 禹

(哈爾濱工業大學建筑學院，黑龍江 哈爾濱 150000)

介紹了綠色屋頂的起源及發展現狀，分析了綠色屋頂對雨水徑流中水量與水質的影響，指出在水量方面，綠色屋頂可有效減少雨水徑流，但在水質方面，需加強對污染物的控制。

綠色屋頂，雨水徑流，水量，水質

為提高應對雨水帶來的自然災害等問題的能力，“海綿城市”這一基于低影響開發的雨洪管理概念正在全球大力推行。與傳統雨洪管理概念不同，“海綿城市”在下雨時吸水、蓄水、凈水，在需要時“放水”，從源頭控制，來減小暴雨產生的徑流和污染。“綠色屋頂”作為“海綿城市”中重要的措施，已在國外得到廣泛應用，被證實在降噪、保溫、隔熱、減少雨水徑流等方面效果顯著。本文主要結合其對雨水徑流水量水質的影響展開綜述。

1 綠色屋頂概述

綠色屋頂起源于18世紀的北歐，因其具有能夠吸收雨水、保溫、避暑、隔音等優勢，逐漸流行于歐洲。20世紀初，德國首先對綠色屋頂展開研究，并廣泛應用于全球。

早期的綠色屋頂，即密集型綠色屋頂，通常由構筑層、厚土層、蓄水層、防水層、植被覆蓋層組成，可種植不同層次的小型喬、灌木、草本植物和地表植被，結合園林小景、碎石鋪路等形成豐富的景觀。但構筑層和厚土層的高荷載與植物維護的高成本，使得密集型綠色屋頂逐漸被開放型綠色屋頂所取代，相較前者，開放型綠色屋頂將厚土層改為淺土層，減少了構筑層，并使用輕薄的介質填充蓄水層，從而降低荷載，方便維護。

2 綠色屋頂對水量的影響

綠色屋頂對水量的影響主要與蓄水層介質和植物的蒸騰作用有關，兩者共同作用減少雨水徑流。前者的影響因素有介質層的厚度、坡度，介質本身的孔隙率與保水率；后者的影響因素主要是植物的品種。

在蓄水層介質不同厚度與坡度的研究中，VanWoert[1]發現，增加介質層厚度與減小坡度能略微增加雨水的滯留。介質層厚度從2 cm增加到12 cm以上都不會引起明顯的雨水滯留的增加。在德國，Mentens等人[2]對密集型(介質層較厚)和開放型(介質層較薄)兩種不同的綠色屋頂在1987年—2003年間的研究進行了綜述：前者可減少雨水徑流總量的65%～85%，后者可減少雨水徑流總量的27%～81%。所以，為降低安裝成本與結構要求，較薄的屋面介質就可以滿足滯留雨水的目的。Boivin[3]發現較薄的介質層厚度會引起植物的凍害，這一方面也應權衡考慮。

在不同植物種類的研究中，景天屬植物由于耐旱性被廣泛應用于綠色屋頂。Monterusso等人[4]發現種植在10 cm厚屋面介質上的景天屬植物由于其抗凍害與耐旱性適合應用在美國密歇根州，這對我國東北等寒地地區也有極高的借鑒意義。

Stovin[5]測試了三種不同孔隙率和保水率的介質層，分別搭配三種不同的植被配置方案(即草地花卉、景天屬植物和無植被)組合后的雨水滯留效果。在九種組合中，草地花卉和景天屬植物的效果相似，滯留了雨水徑流總量的27%。另外，滲透性最強的介質層，雨水滯留效果最差。VanWoert[1]發現，有植被覆蓋的綠色屋頂可滯留雨水徑流總量的60.6%，只有介質層的綠色屋頂可滯留50.4%，兩者在雨水滯留效果上無明顯的差異。所以說與介質層相比，植物在綠色屋頂的雨水滯留效果方面作用甚微。

3 綠色屋頂對水質的影響

相較于減小屋頂雨水徑流，綠色屋頂在徑流水質改善方面被關注的較少。影響徑流水質的主要因素為磷、氮污染物的含量。

K?hler[6]發現磷酸鹽含量會隨著屋頂中水量的減少而減少，而且這種減少會隨著時間的增加不斷加劇。在連續4年的觀測中，磷酸鹽中磷含量的減少程度分別為26%，61%，64%和80%，這與植物生長消耗、屋頂的壽命及土壤中磷的流失有關。在美國俄勒岡州，Hutchinson[7]檢測出綠色屋頂徑流中總磷的濃度為0.2 mg/L～1 mg/L，而在密西根州，Monterusso[8]檢測出的綠色屋頂徑流中的總磷濃度約為0.5 mg/L～4 mg/L，濃度值偏大可能是施肥造成的。

綠色屋頂徑流中氮的濃度與土壤類型、綠色屋頂的壽命和保養(肥料的使用)有關。Czemiel[9]發現硝態氮會被植物與土壤滯留，降雨中與屋面雨水徑流中硝態氮的濃度相比，后者中的濃度較少，但兩者的總氮濃度是非常相似的。Monterusso[8]發現硝酸鹽的流失取決于植物類型與綠色屋面的設施，采用本地植物的流失最少，其次是景天屬植物。

4 結語

在水量方面，綠色屋頂可以有效減少雨水徑流，減輕城市排水系統負擔，避免合流制溢流污染。但在水質方面，需要加強對污染物控制的研究，應考慮由施肥等帶來的總磷和總氮的排放。另外，還應加強土壤層介質對污染物排放的影響研究，并補充金屬污染物的排放與消解方面的數據。相對“海綿城市”中其他低影響開發的技術來講，綠色屋頂雖然早期投入成本較高，但在整個雨洪管理的周期中帶來的經濟效益與生態效益是非常可觀的。

[1] VanWoert N.D..Green roof stormwater retention:Effects of roof surface, slope,and media depth[J].Journal of Environmental Quality,2005(34):1036-1044.

[2] J.Mentens,D.Raes,M.Hermy.Green roofs as a tool for solving the rainwater runoff problem in the urbanised 21st century[J].Landscape Urban Plan,2006(77):217-226.

[3] Boivin M..Effect of artificial substrate depth on freezing injury of six herbaceous perennials grown in a green roof system[J].Horticulture Technology,2001(11):409-412.

[4] Monterusso,M.A.,Rowe,D.B., Rugh,C.L..Establishment and persistence of Sedum spp.and native taxa for green roof applications[J].Horticultural Science,2005,40(2):391-396.

[5] Stovin,V..The influence of substrate and vegetation configuration on green roof hydrological performance[J].Journal of Hydrology,2015(10):159-172.

[6] M.K?hler.Green roofs in temperate climates and in the hot-humid tropics-far beyond the aesthetics[J].Environ.Manage.Health,2002(13):382-391.

[7] Hutchinson,D.Stormwater monitoring two ecoroofs in Portland,Oregon,USA.Paper presented at the First Annual Greening Rooftops for Sustainable Communities Conference,Awards and Trade Show,Chicago,2003.

[8] Monterusso,M.A..Runoff water quantity and quality from green roof systems.Acta Horticulturae[J].Acta Horticulturae,2004(639):369-376.

[9] J.Czemiel Berndtsson.The influence of extensive vegetated roofs on runoff quality[J].Sci.Total Environ.,2006,355(1-3):48-63.

Foreign research of green roofs’ influence on stormwater runoff quantity and quality

Tan Zhuolin Dong Yu

(ArchitectureSchool,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150000,China)

This paper introduced the origin and development current situation of green roof, analyzed the influence of green roof to rainwater runoff quantity and quality, pointed out in water quantity aspect, green roof could effectively reduce the rainwater runoff, when in water quality aspect, the need to strengthen the control of pollutants.

green roof, rainwater runoff, water quantity, water quality

1009-6825(2016)27-0177-02

2016-07-15

譚卓琳(1992- )，女，在讀碩士； 董 禹(1976- )，男，副教授

TU991.12

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