屋頂綠化在城市雨洪管理中的作用

1、工程設(shè)計(jì)原理 課程論文學(xué) 院 專 業(yè) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 課程成績(jī) 指導(dǎo)教師 2017 年07月屋頂綠化在城市雨洪管理中的作用摘要：隨著社會(huì)的快速的發(fā)展，促進(jìn)了生活水平的提高，城市建設(shè)是城市發(fā)展的關(guān)鍵，其屋頂綠化是雨洪管理的一項(xiàng)重要途徑，做好屋頂綠化的設(shè)計(jì)工作，是海綿城市建設(shè)發(fā)展的重要內(nèi)容。屋頂綠化是當(dāng)前海綿城市建設(shè)的基礎(chǔ)項(xiàng)目，對(duì)海綿城市的水系統(tǒng)調(diào)節(jié)具有重要功能，它有效的控制了海綿城市的運(yùn)營(yíng)成本。本文主要是從屋頂綠化在雨洪管理的角度進(jìn)行分析，總結(jié)出了屋頂綠化在現(xiàn)在雨洪管理中的積極作用。關(guān)鍵詞：屋頂綠化；建設(shè)；技術(shù)；海綿城市城市建設(shè)導(dǎo)致被自然植被和土壤等覆蓋的自然地表不斷的遭到破壞，自然地表被城市

2、的建筑、道路、停車場(chǎng)等大面積的硬質(zhì)不透水表面人工構(gòu)筑物覆蓋。當(dāng)雨季降雨發(fā)生時(shí)，雨水在短是間內(nèi)大量聚集，坡頂屋面幾乎全部的雨水流量和平頂屋面(徑流系數(shù)0.9)90%的雨水以及城市不透水道路(徑流系數(shù)0.9)的雨水流量都將排入城市排水管網(wǎng)中，暴雨時(shí)段徑流峰值量大，極易造成排水不及時(shí)，從而引發(fā)城市洪澇災(zāi)害。而且城市雨水大量河流、湖泊等水體，除了造成對(duì)下游地區(qū)的洪水危脅之外，還使城市的硬質(zhì)表面切斷了城市自身地下水的補(bǔ)給，造成城市地下水位下降，建筑物沉陷，道路沉降等嚴(yán)重的問題。1海綿城市對(duì)屋頂綠化的需求屋頂綠化是園林建設(shè)的重要組成部分，對(duì)海綿城市的建設(shè)具有重要作用。海綿城市建設(shè)思想被稱為新一代的雨洪管理

3、理念，該理念在運(yùn)用過程中，需要對(duì)城市的環(huán)境情況和雨水特點(diǎn)進(jìn)行深入的分析，能夠適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境的變化需求，對(duì)于城市中的雨水，能夠形成良好的“彈性”，具有吸水、蓄水和滲水的重要作用，實(shí)現(xiàn)了源頭控制理念，緩解了排水管道的壓力，能起到對(duì)部分雨水消化的功能，有效的降低了城市內(nèi)澇發(fā)生的可能性，使得該區(qū)域的水文特性與開發(fā)前基本一致，屋頂綠化技術(shù)對(duì)雨洪的控制符合海綿城市建設(shè)的理念，因而在城市建設(shè)中被逐漸推廣使用。2屋頂綠化的組成我國(guó)種植屋面基本構(gòu)造層次由下至上依次為：結(jié)構(gòu)層、保溫層、找坡層、找平層、防水層、耐根穿刺防水層、保護(hù)層、排（蓄）水層、過濾層、種植土層、植被層屋頂綠化可簡(jiǎn)單地劃分為花園式和簡(jiǎn)單式?；▓@式屋

4、頂綠化較為復(fù)雜，屋頂植物包括喬木、灌木等地表植被，觀賞性好，可以開拓為活動(dòng)空間；簡(jiǎn)單式屋頂綠化則為低矮的灌木或草坪，尤其以景天類植物佛甲草為主。圖1屋頂綠化結(jié)構(gòu)示意圖屋頂綠化在平屋頂上的可實(shí)施性較好，因此最常見的屋頂綠化都是平屋頂綠化。隨著屋頂綠化特有的建筑節(jié)能作用和奇特的綠化風(fēng)景使得這種技術(shù)迅速發(fā)展，一些大型的公共建筑和高檔小區(qū)都進(jìn)行了屋頂綠化改造或添加。由于屋頂?shù)奶厥鈼l件，因此屋頂綠化的植物層和土壤層都有一定的要求：在屋頂上方，尤其是高層建筑的屋頂，不僅要接受全天的太陽照射，還伴隨著較大的風(fēng)速。因此在植物層選擇時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇生存能力強(qiáng)的植物，不僅耐貧瘠而且抗風(fēng)。而屋頂綠化的土壤層厚度有限，根系

5、淺的植物在種植和管理方面都較為容易，能減少施工費(fèi)用和后期管理費(fèi)用。土壤層厚度需要根據(jù)植物的種類來選擇，而土壤基質(zhì)大多為人工土。人工土透氣性和透水性較好，質(zhì)量輕，干重度為7-15KN/m3。相對(duì)于自然土，人工土對(duì)屋頂荷載的要求和后期維護(hù)更加容易。表2-1為不同種類植物對(duì)應(yīng)的土壤厚度劃分。表2-1屋頂綠化植物土壤深度植物類別花草小灌木大灌木淺根喬木深根喬木土壤深度/mm1503003004504506006009009001500在土壤層下的土工布和排水板是屋頂綠化在雨水入滲后的導(dǎo)水系統(tǒng)。土工布主要起過濾作用，防止土壤在雨水沖刷下流失。排水板多為波浪板，通過凹凸構(gòu)造形成空間，水流進(jìn)入排水板后，一部

6、分存儲(chǔ)于空間中，多余的通過重力排走。如日本企業(yè)使用的波浪板（厚40mm,聚苯乙烯）、拉比特板塊（厚45mm,發(fā)泡苯乙烯）。3屋頂綠化在城市雨洪管理中的作用3.1城市綠化對(duì)雨水地表徑流的影響我國(guó)城市內(nèi)澇已經(jīng)成為城市水環(huán)境的一個(gè)嚴(yán)重的問題，這種案例近些年在全國(guó)不勝枚舉。例如2016.5.10廣州的強(qiáng)降雨，不但造成了巨大得損失，而且還使得城市道路堵塞，交通癱瘓，影響了市民的生活，出行。內(nèi)澇的形成與城市排水管網(wǎng)的布置不合理有關(guān)，但最主要的原因還是在于城市建筑過于密集，路面硬化面積過大（50%），而綠化面積不足。我國(guó)城市內(nèi)澇和水環(huán)境問題的問題日益惡化，要想緩解這些問題，可通過多種途徑同時(shí)進(jìn)行，但無論什么

7、方法，目的是將城市的降雨盡可能多地保留在城市中，不但能補(bǔ)充地下水，改善城市氣候，通過增加城市空氣濕度緩解城市熱島效應(yīng)；還能減少地表徑流量，降低城市內(nèi)澇頻率，減輕城市污水處理工作量。對(duì)雨水的截流能很好的緩解地表徑流量，國(guó)外學(xué)者Osmundson在實(shí)驗(yàn)總結(jié)出了城市不同土地利用方式的地表徑流系數(shù)，如圖表3-1所示：表3-1城市不同土地利用模式的地表徑流系數(shù)土地利用方式徑流系數(shù)高密度建筑模式中等密度建筑模式有大面積公園的低密度建筑模式運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地公園0-0.1不同土地利用模式的地表徑流系數(shù)表中我們可以得出：建筑越是密集的地面，其地表徑流的系數(shù)越大，降水集中時(shí)，雨水的滲透能力越小，雨水不能及時(shí)滲入地下，迅速

8、在城市地表形成徑流，由于城市排水管網(wǎng)能力有限，排不出的雨水匯聚成洪水，在城市低洼處形成內(nèi)澇。3.2屋頂綠化對(duì)雨水徑流的影響改善城市水環(huán)境，截流城市降雨雨水有很多種方法例如修建儲(chǔ)水水窖，池塘；地面鋪裝使用滲透性磚或砌塊；使用大孔混凝土和能滲透的涵管。但是從表3-1中我們可以得出最有效的辦法就是增加城市的綠化面積。綠化面積的增加不僅能保持降雨，改善城市水環(huán)境，而且還對(duì)城市景觀、城市生態(tài)、等都有顯著地改善作用。但是，在城市建設(shè)用地緊張，沒有多余空地增加城市綠化的今天，屋頂綠化無疑成為增加城市綠地面積的最好的、最直接的途徑。城市中的屋頂面積占去了整個(gè)城市硬質(zhì)表面的30%左右，如果都被利用起來，實(shí)施了屋

9、頂綠化，那么城市的綠化面積將大量增加，對(duì)雨水的徑流、雨水的截流和保持都會(huì)有明顯的改善效果。如表3-2所示表 3-2 屋頂雨水徑流系數(shù)表屋面類型雨水徑流系數(shù)未綠化坡屋面（15°）未綠化坡屋面（15°）屋頂鋪礫石屋面綠化10.80.50.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，屋頂綠化可以減少屋頂雨水徑流量，使屋頂徑流系數(shù)減少到非屋頂綠化的0.3，屋頂被植被覆蓋后，對(duì)雨水有一定截流的作用，屋頂綠化可以使排水強(qiáng)度降低70%，大量減少了屋頂?shù)呐潘徑饬顺鞘泄芫W(wǎng)的排水壓力。國(guó)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，屋頂綠化可以延緩雨水排放95分鐘到4小時(shí)，Liu發(fā)現(xiàn)當(dāng)降雨為2.8mm/h，植被屋面雨水流走的速度是0.5mm/h；

10、北卡萊羅訥州的研究發(fā)現(xiàn)植被屋面能夠?qū)⒘魉俳档?7%-87%.Rowe et al.在2003年進(jìn)行了為期6周的綠化屋頂對(duì)徑流影響的實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析了兩塊同樣面積的、同樣傾斜角度的屋頂，一塊覆蓋12cm的碎石土，一塊覆蓋12cm 種植層并栽植景天屬植物。試驗(yàn)的結(jié)果表明，在經(jīng)受了降雨后，有綠化的屋頂比只有碎石土的屋頂具有更良好的減少?gòu)搅髁康男Ч?。Mentens et al.于2003在比利時(shí)也得出了相似結(jié)論，如表3-3所顯示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。表 3-3 不同類型屋頂?shù)膹搅魈卣鞅砦蓓旑愋蛷搅髁浚╩m）徑流量/降雨量標(biāo)準(zhǔn)屋頂覆蓋有 5cm 厚的碎石土覆蓋有 5 cm 種植土層綠化屋頂覆蓋有 10 cm 種植土

11、層綠化屋頂覆蓋有 15 cm 種植土層綠化屋頂66563640936932981%77%50%45%40%據(jù)此可以計(jì)算出，如果一個(gè)城市屋頂有50%屋頂?shù)玫骄G化，種植基層厚5cm，吸水率(種植層吸水占降落在上面的雨水的比率)為50%，那么，由于屋頂綠化，減少的徑流量將達(dá)到12.5%.同時(shí)屋頂綠化截流的雨水通過蒸騰作用，蒸發(fā)到空氣中，對(duì)城市雨水的保留也有一定作用，對(duì)于緩解城市的干熱氣候及熱島效應(yīng)、減輕城市內(nèi)澇有巨大作用。3.3屋頂綠化對(duì)雨水的凈化處理屋頂雨水污染主要包括兩個(gè)方面，一是雨水降到屋頂前本身所含有的污染物，二是雨水降落到屋頂被再次污染。相關(guān)研究表明，常規(guī)的建筑物屋頂，如水泥磚保護(hù)層屋面、

12、卵石保護(hù)層屋面、瓦屋面、石油瀝青油氈屋面等均對(duì)天然雨水存在不同程度的污染，主要污染源是屋面的沉積物及屋面防水材料析出物。主要污染物是化學(xué)需氧量(COD)和懸浮物(SS)。但是，土壤卻對(duì)受污染的屋面雨水徑流具有明顯的滲透凈化功能。所以，通過實(shí)施屋頂綠化來改變城市沒有實(shí)施屋頂綠化的建筑屋頂?shù)姆椒▽⒂行У馗纳?、凈化屋面雨水徑流的水質(zhì)。屋頂雨水污染主要從三個(gè)方面削減：（1）通過屋頂綠化層植物截留、吸納部分天然雨水，并逐漸利用植物和土層中微生物的作用降解所蓄集的污染物質(zhì)。（2）利用土壤滲透過程凈化雨水中的部分污染物質(zhì)。（3）杜絕了瀝青等屋面材料對(duì)徑流雨水的污染。屋頂綠化不僅可以100去除這部分污染負(fù)荷，

13、還可大幅度削減屋面雨水中的SS。4屋頂綠化的局限性一、屋頂綠化雨水收集設(shè)施由于其尺度小、位置分散，只能收集其區(qū)域范圍內(nèi)的雨水徑流，基本不能對(duì)其區(qū)域范圍外產(chǎn)生的雨水徑流進(jìn)行收集和處理，而且其對(duì)徑流的處理量相對(duì)較小，在降雨初期和小型降雨時(shí)效果明顯。屋頂綠化生態(tài)系統(tǒng)畢竟遠(yuǎn)離地面，與地面土壤層發(fā)生斷層，當(dāng)屋面滲水、蓄水達(dá)到飽和后，必然要向建筑外排水，它并不能做到像地面綠化那樣參與地下水的循環(huán)活動(dòng)。所以在屋頂綠化的基礎(chǔ)上做好配套的綠色屋頂雨水收集系統(tǒng)（回用或用于回灌地下水層）顯得十分有必要。二、屋頂綠化栽培基質(zhì)對(duì)雨水的負(fù)面影響。實(shí)施了綠化的屋頂被認(rèn)為對(duì)城市水環(huán)境有著重要的影響，但是對(duì)屋頂綠化基質(zhì)層如何影

14、響雨水的水質(zhì)的問題，人們卻并沒有重視。綠化過的屋頂可以被作為過濾器，并通過對(duì)空氣傳播的微粒及對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，起到凈化雨水水質(zhì)的積極作用。但是，由于在安裝屋頂綠化時(shí)土壤已經(jīng)施過肥，同時(shí)綠化的養(yǎng)護(hù)農(nóng)藥噴灑等，那么屋頂綠化的土壤中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和有毒物質(zhì)也可能隨屋頂雨水的而滲透到城市雨水系統(tǒng)中，對(duì)城市水環(huán)境產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。三、屋頂綠化建設(shè)受建筑屋面荷載的限制。一方面，一些坡度較大屋面，老舊屋面和輕質(zhì)高層屋面則不適開展屋頂綠化。另一方面，不同的屋面的荷載能力不同，不同植物生長(zhǎng)所需的土壤層厚度也就不一樣，所以屋面綠化植物的種類也就受到限制。同時(shí)植物生長(zhǎng)受到季節(jié)因素影響較大，那也直接影響到屋面對(duì)雨水的調(diào)

15、蓄能力。四、綠色屋頂植物的管理與養(yǎng)護(hù)成本比較高。在屋頂綠化植物的養(yǎng)護(hù)和管理中，有“三分種植，七分養(yǎng)護(hù)”的說法。綠化中種植的都是有生命的植物，在養(yǎng)護(hù)管理上，屋頂綠化由于其特定的環(huán)境條件，對(duì)植物的生長(zhǎng)都有一定的影響，需要采取一些措施，以消減不良的影響。這就需要管理人員了解各種植物類型和品種的特征與習(xí)性，要抓好施肥、澆水、修剪、除草、和防病蟲害等方面的管理與養(yǎng)護(hù)工作，這其中產(chǎn)生很高的成本。五 總結(jié)作為海綿城市建設(shè)八大技術(shù)中的一種，屋頂綠化擁有廣闊的運(yùn)用前景。以屋頂空間作為綠化場(chǎng)所可以極大地提高城市綠化率。通過隔熱節(jié)能、蓄水減排和消除屋頂徑流中的污染物質(zhì)三種主要作用和其他的一些輔助功能，屋頂綠化緩解城市熱島效應(yīng)，減少水體污染，改善城市開發(fā)所帶來的影響，使城市接近開發(fā)前的環(huán)境狀態(tài)。在降低城市的能耗，維護(hù)城市雨水管網(wǎng)排水穩(wěn)定性和提高雨水利用率方面有著不可估量的作用。未來屋頂綠化的設(shè)計(jì)方向，應(yīng)該盡量避免其局限性，充分發(fā)揮屋頂綠化再城市雨洪管理中的積極作用。參考文獻(xiàn)：1 郝培堯,李冠衡,戈曉宇.屋頂綠化施工設(shè)計(jì)與實(shí)例解析M.華中科技大學(xué)出版社，20132 許道