谭卓琳 董 禹

(哈尔滨工业大学建筑学院，黑龙江 哈尔滨 150000)



国外绿色屋顶对雨水径流水量水质影响的研究

谭卓琳 董 禹

(哈尔滨工业大学建筑学院，黑龙江 哈尔滨 150000)

介绍了绿色屋顶的起源及发展现状，分析了绿色屋顶对雨水径流中水量与水质的影响，指出在水量方面，绿色屋顶可有效减少雨水径流，但在水质方面，需加强对污染物的控制。

绿色屋顶，雨水径流，水量，水质

为提高应对雨水带来的自然灾害等问题的能力，“海绵城市”这一基于低影响开发的雨洪管理概念正在全球大力推行。与传统雨洪管理概念不同，“海绵城市”在下雨时吸水、蓄水、净水，在需要时“放水”，从源头控制，来减小暴雨产生的径流和污染。“绿色屋顶”作为“海绵城市”中重要的措施，已在国外得到广泛应用，被证实在降噪、保温、隔热、减少雨水径流等方面效果显著。本文主要结合其对雨水径流水量水质的影响展开综述。

1 绿色屋顶概述

绿色屋顶起源于18世纪的北欧，因其具有能够吸收雨水、保温、避暑、隔音等优势，逐渐流行于欧洲。20世纪初，德国首先对绿色屋顶展开研究，并广泛应用于全球。

早期的绿色屋顶，即密集型绿色屋顶，通常由构筑层、厚土层、蓄水层、防水层、植被覆盖层组成，可种植不同层次的小型乔、灌木、草本植物和地表植被，结合园林小景、碎石铺路等形成丰富的景观。但构筑层和厚土层的高荷载与植物维护的高成本，使得密集型绿色屋顶逐渐被开放型绿色屋顶所取代，相较前者，开放型绿色屋顶将厚土层改为浅土层，减少了构筑层，并使用轻薄的介质填充蓄水层，从而降低荷载，方便维护。

2 绿色屋顶对水量的影响

绿色屋顶对水量的影响主要与蓄水层介质和植物的蒸腾作用有关，两者共同作用减少雨水径流。前者的影响因素有介质层的厚度、坡度，介质本身的孔隙率与保水率；后者的影响因素主要是植物的品种。

在蓄水层介质不同厚度与坡度的研究中，VanWoert[1]发现，增加介质层厚度与减小坡度能略微增加雨水的滞留。介质层厚度从2 cm增加到12 cm以上都不会引起明显的雨水滞留的增加。在德国，Mentens等人[2]对密集型(介质层较厚)和开放型(介质层较薄)两种不同的绿色屋顶在1987年—2003年间的研究进行了综述：前者可减少雨水径流总量的65%～85%，后者可减少雨水径流总量的27%～81%。所以，为降低安装成本与结构要求，较薄的屋面介质就可以满足滞留雨水的目的。Boivin[3]发现较薄的介质层厚度会引起植物的冻害，这一方面也应权衡考虑。

在不同植物种类的研究中，景天属植物由于耐旱性被广泛应用于绿色屋顶。Monterusso等人[4]发现种植在10 cm厚屋面介质上的景天属植物由于其抗冻害与耐旱性适合应用在美国密歇根州，这对我国东北等寒地地区也有极高的借鉴意义。

Stovin[5]测试了三种不同孔隙率和保水率的介质层，分别搭配三种不同的植被配置方案(即草地花卉、景天属植物和无植被)组合后的雨水滞留效果。在九种组合中，草地花卉和景天属植物的效果相似，滞留了雨水径流总量的27%。另外，渗透性最强的介质层，雨水滞留效果最差。VanWoert[1]发现，有植被覆盖的绿色屋顶可滞留雨水径流总量的60.6%，只有介质层的绿色屋顶可滞留50.4%，两者在雨水滞留效果上无明显的差异。所以说与介质层相比，植物在绿色屋顶的雨水滞留效果方面作用甚微。

3 绿色屋顶对水质的影响

相较于减小屋顶雨水径流，绿色屋顶在径流水质改善方面被关注的较少。影响径流水质的主要因素为磷、氮污染物的含量。

Köhler[6]发现磷酸盐含量会随着屋顶中水量的减少而减少，而且这种减少会随着时间的增加不断加剧。在连续4年的观测中，磷酸盐中磷含量的减少程度分别为26%，61%，64%和80%，这与植物生长消耗、屋顶的寿命及土壤中磷的流失有关。在美国俄勒冈州，Hutchinson[7]检测出绿色屋顶径流中总磷的浓度为0.2 mg/L～1 mg/L，而在密西根州，Monterusso[8]检测出的绿色屋顶径流中的总磷浓度约为0.5 mg/L～4 mg/L，浓度值偏大可能是施肥造成的。

绿色屋顶径流中氮的浓度与土壤类型、绿色屋顶的寿命和保养(肥料的使用)有关。Czemiel[9]发现硝态氮会被植物与土壤滞留，降雨中与屋面雨水径流中硝态氮的浓度相比，后者中的浓度较少，但两者的总氮浓度是非常相似的。Monterusso[8]发现硝酸盐的流失取决于植物类型与绿色屋面的设施，采用本地植物的流失最少，其次是景天属植物。

4 结语

在水量方面，绿色屋顶可以有效减少雨水径流，减轻城市排水系统负担，避免合流制溢流污染。但在水质方面，需要加强对污染物控制的研究，应考虑由施肥等带来的总磷和总氮的排放。另外，还应加强土壤层介质对污染物排放的影响研究，并补充金属污染物的排放与消解方面的数据。相对“海绵城市”中其他低影响开发的技术来讲，绿色屋顶虽然早期投入成本较高，但在整个雨洪管理的周期中带来的经济效益与生态效益是非常可观的。

[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.Köhler.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

谭卓琳(1992- )，女，在读硕士； 董 禹(1976- )，男，副教授

TU991.12

A