1)首爾女子大學(xué)，園藝科學(xué)種植生物技術(shù)和景觀建筑系

　　2)首爾女子大學(xué)，生態(tài)景觀規(guī)劃實(shí)驗(yàn)室

　　簡(jiǎn)介

　　市區(qū)的雨水循環(huán)是基于自然界中的雨水循環(huán)改造而來(lái)。對(duì)于土地使用的變動(dòng)會(huì)影響市區(qū)的水循環(huán)。例如，濕地的排水會(huì)使得發(fā)達(dá)地區(qū)水循環(huán)加速。建筑物地表上大部分都是塊石面路覆蓋著。因此，由于市區(qū)地表的順坦，地表的保水力和截流力減弱了。徑流的增加，蒸發(fā)和滲透力的減弱是市區(qū)的水循環(huán)特征所在（K?nigK. W, 1996; Lee, E. H, 1997）。

　　這引起了很多潛在的問題。徑流的增加會(huì)導(dǎo)致更高的河流流量水峰，并且縮短循環(huán)的滯后時(shí)間（Herrmann R, 1977; Dunnett N and Kingsbury N, 2005）。為了預(yù)防災(zāi)害，有必要增加河岸高度，建立水量調(diào)控大壩，并且讓河道伸直。但是，這樣做的常常會(huì)招致水位上漲，打亂水生動(dòng)植物生態(tài)系統(tǒng)，減少生物多樣性等后果。所以在市區(qū)增加綠化面積是件難事。但是就屋頂而言，它的徑流系數(shù)幾乎只有一個(gè)，并且屋頂在市區(qū)面積廣大，作用的傳播上也是不容小覷。這大大提升了屋頂成為一片綠化空間的潛力。例如，首爾現(xiàn)如今苦惱于 48%的市區(qū)的地表七成是塊石面路 （Seoulmetropolitan government, 2001）。

　　公園，天然地面和綠化的房頂?shù)挠晁畯搅髁拷痰?，而那些傾斜的房頂和瀝青鋪設(shè)的地面徑流量較大。

　　城市化過程中由于建設(shè)了更多的不滲水的地表，如阻截水流穿過土壤滲透到蓄水層的路面和建筑，也增加了地表的徑流。但這迫使徑流直接流入河流或是雨水溝里。這樣的話，甚至在沒有洪水暴發(fā)的情況下，也會(huì)引起嚴(yán)重的地表侵蝕。徑流量的增加會(huì)減少地下水的補(bǔ)給，從而降低地下水位，引發(fā)更嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害（Kim YR, 2008）。

　　在首爾這一案例中，嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害給這一地區(qū)每年帶來(lái)了巨大的損失。洪水暴發(fā)期間，地表徑流量每天以2488000 立方米增加（www. ecoinfo.seoul.go.kr）。在過去幾年里，突發(fā)性的強(qiáng)風(fēng)暴的發(fā)生更為頻繁。

　　有關(guān)減少，減弱并調(diào)控暴雨徑流量方面的一些研究，旨在降低市區(qū)洪澇災(zāi)害的危險(xiǎn)，和提高市區(qū)水平衡，從而應(yīng)對(duì)洪澇的來(lái)襲（Bengtsson et al., 2005; Berndtsson J C, 2010; Krupka B,1992; Mentens et al., 2006; Roth-Kleyer S, 2005; Schmidt M, 2005; VanWoert et al., 2005）。但對(duì)暴雨集中夏季的韓國(guó)的國(guó)內(nèi)房頂綠化在保水和滯后循環(huán)時(shí)間方面的年調(diào)控效果，研究甚少。

　　因此，本文基于對(duì)韓國(guó)首爾現(xiàn)有的一個(gè)綠化屋頂?shù)挠^察，分析在當(dāng)?shù)丨h(huán)境下，粗放型的屋頂綠化系統(tǒng)如何發(fā)揮它的效用。本文的任務(wù)在于評(píng)估以上提到的綠化屋頂?shù)谋┯晏鞖獾谋Ｋ疂摿?，徑流水量以及循環(huán)滯后時(shí)間。測(cè)量周期為2007年9月到2010年7月，共觀察24場(chǎng)不同的降雨。

　　實(shí)驗(yàn)材料和方法

　　為了準(zhǔn)確研究現(xiàn)有綠化屋頂?shù)谋Ｋ?，建設(shè)了一個(gè)帶有屋頂綠化系統(tǒng)的雨水儲(chǔ)藏系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)材料和方法如下：

　　1.屋頂綠化體系

　　屋頂綠化體系建立于 2007 年，位于首爾女子大學(xué)行政樓。這一作為參照的屋頂沒有傾斜度，屋頂面積約為 140 ㎡。綠化屋頂長(zhǎng)為 14 米，寬為 10m，地面高度為13m。

　　屋頂綠化屬于粗放型，地層深度為 100mm。本次實(shí)驗(yàn)中所采用的是韓國(guó)本土植物（Caryopteris incana, Hemerocallis dumortieri etc.）和一些景天屬植物（Sedum kamtschaticum,Sedum sarmentosum etc.）（表格 1）

　　2.雨水儲(chǔ)藏系統(tǒng)

　　實(shí)驗(yàn)中的雨水儲(chǔ)藏系統(tǒng)配有屋頂綠化系統(tǒng)，從而研究初期降雨后的保水潛力，和徑流量。

　　在房頂?shù)倪呇匕惭b了兩個(gè)雨水槽和開放式的排水溝，用于儲(chǔ)藏穿過底層的雨水。而且在兩個(gè)水槽上還安裝了流量計(jì)，用于測(cè)量在一定時(shí)間內(nèi)從系統(tǒng)中流入到水槽中的水量。太陽(yáng)能系統(tǒng)的建立是為了通過安裝在兩個(gè)水槽里的水泵半永久性地使用儲(chǔ)藏的雨水。

　　3.數(shù)據(jù)的收集和分析

　　采用 Campbell Scientific 數(shù)據(jù)采集器制造的 CM6 模型天氣自動(dòng)監(jiān)察站，并將其按裝于研究現(xiàn)場(chǎng)記錄雨水變化。該氣象站的測(cè)量項(xiàng)目包括環(huán)境空氣溫度，環(huán)境濕度，相對(duì)濕度，風(fēng)速和風(fēng)向。配有整體數(shù)據(jù)記錄器的浮球 Thailmedes 軸頭編碼器（由 OTT MESSTECHNIK GmbH & Co.KG 制造）安裝在雨水槽，來(lái)測(cè)量雨水徑流量。

　　軸頭編碼器和氣象站數(shù)據(jù)，是從 2007 年 9 月到 2010 年 7 月一天 24 小時(shí)中每 10 分鐘測(cè)量一次收集而來(lái)的。測(cè)量時(shí)，使用了配有交換關(guān)閉模塊和儲(chǔ)藏模塊的數(shù)據(jù)記錄器。基于調(diào)控期間發(fā)生的 24 次降雨，分析測(cè)量得到的保水力數(shù)據(jù)。

　　結(jié)果

　　監(jiān)控期間收集到了發(fā)生的 24 場(chǎng)降雨（表 2）。降雨量變化幅度為 2.0-30.9mm。所挑選的降雨事件顯示了屋頂綠化對(duì)于徑流的量和延遲上的影響。此外，從 24 次降雨中選擇了 8 次

　　來(lái)分析強(qiáng)降雨和微降雨的特征。

　　案例 1：這是發(fā)生在 2007 年 9 月 1 號(hào)的一次強(qiáng)降雨，降雨量為 15.89mm，徑流量為 3.18mm/㎡。保水力百分比為 80%，滯后時(shí)間為 2.3h。

　　案例 2：這是發(fā)生在 2007 年 6 月的一次強(qiáng)降雨，降雨量為 11.56mm，徑流量為 2.38mm/㎡。保水力百分比為 79.4%，滯后時(shí)間為 2.5h。

　　案例 3：這是發(fā)生在 2009 年 7 月 24 日的一次強(qiáng)降雨，降雨量為 23.3mm，徑流量為 4.9mm/㎡。保水力百分比為 78.8%，滯后時(shí)間為 1.1h。

　　案例 4：這是發(fā)生在 2009 年 9 月 21 日的最強(qiáng)的一次降雨，降雨量達(dá)到 30.9mm，徑流量為5.29mm/㎡。保水力百分比為 82.9%，滯后時(shí)間為 2.1h。

　　案例 5：這是發(fā)生在 2008 年 7 月 5 日的一次微降雨。降雨量為 2.01mm，徑流量為 0.02mm/㎡。保水力百分比為 99.3%，滯后時(shí)間為 2.5h。

　　案例 6：這是發(fā)生在 2008 年 7 月 12 日的一次微降雨。降雨量為 3.79mm，徑流量為 0.11mm/㎡。保水力百分比很高，為 97%，滯后時(shí)間為 0.5h。

　　案例 7：這是發(fā)生在 2008 年 9 月 22 日的一次微降雨。降雨量為 4.0mm，徑流量為 0.11mm/㎡。保水力百分比很高，為 97%，滯后時(shí)間為 0.2h。

　　案例 8：這是發(fā)生在 2008 年 9 月 25 日的一次微降雨。降雨量為 6.8mm，徑流量為 0.29mm/㎡。保水力百分比很高，為 95.8%，滯后時(shí)間為 1h。

　　1.綜合分析

　　被研究的綠化屋頂?shù)慕涤炅康钠骄ＫΦ陌俜直葹?89.7%，變化范圍為 78.8%~99.3%。表 2 展示了調(diào)控期間選取的 24 次降雨。結(jié)果顯示，被研究的綠化屋頂可以延遲雨水徑流量約 1.6h。強(qiáng)降雨和微降雨將的保水力和延遲時(shí)間上存在一些差異。強(qiáng)降雨的平均保水力百分比為 80.2%，平均延遲時(shí)間為 2.0h。而微降雨中分別為 97.3%和 1.1h。

　　表 2 2007年9月到2010年7月測(cè)量的降雨事件的徑流延遲時(shí)間

　　*1), 2), 19), 21): 強(qiáng)降雨/ 9), 10), 15): 微降雨

　　探討

　　植被覆蓋的綠化屋頂能留住更多的雨水，并且也能延遲更多的徑流時(shí)間。有些研究已經(jīng)表明已鋪路面的地區(qū)包括建筑物的屋頂區(qū)域，其雨水徑流率接近于 90~100%。相比之下，自然綠化區(qū)域?yàn)?10%~20%，而且在自然綠化區(qū)域的滯后時(shí)間比已鋪路面的地區(qū)的地區(qū)長(zhǎng)（Geiger W and Dreiseitl H, 1995; Jeroen M et al., 2005）。

　　根據(jù)加拿大溫哥華圖書館綠化屋頂?shù)恼{(diào)控項(xiàng)目的報(bào)告，圖書館的綠化屋頂減少了16%的徑流率，平均高于一個(gè)普通的鋪面屋頂?shù)膹搅髀蕼p少水平。在暴雨情況下，徑流量減少了 3%，而在干燥的季節(jié)，雨水徑流量能減少達(dá) 80%或者更多（Johnston J and Newton J, 1996）。對(duì)于植被覆蓋的水文形態(tài)的研究結(jié)果表明，綠化屋頂?shù)谋┯瓯Ｋψ兓仁?39%~100%，平均保水力接近于 78%（Carter T L and Rasmussen T C, 2006）

　　結(jié)果，我們的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)跟的其他一些學(xué)者 Geiger W and Dreiseitl H (1995), Johnston J andNewton J (1996), Jeroen M et al (2005) and Carter T L 和 Rasmussen T C (2006) t 的報(bào)告發(fā)現(xiàn)一致。在其他一些研究中也考慮到了屋頂綠化對(duì)于保水力的影響，同時(shí)也表明綠化的屋頂能夠吸收雨水并且在一段時(shí)間內(nèi)能慢慢釋放這些雨水。這跟傳統(tǒng)的屋頂恰恰相反。散落在傳統(tǒng)屋頂上的水分會(huì)馬上流失掉 （ Liesecke HJ, 1999; Schade C, 2000; Moran A et al., 2003;Roth-Kleyer S, 2005）。有些研究中還暗示依靠底層深度的粗放型綠化屋頂可以留住 60%的降落到它上面的雨水（Liesecke HJ, 1998; Schade C, 2000; Monterusso MA et al., 2004）。 FLL指導(dǎo)方針《綠化屋面的種植，設(shè)置和養(yǎng)護(hù)》（2002）也同樣表明綠化屋頂?shù)哪瓯ＫQ定于水道的深度。在 FLL 指導(dǎo)方針中，水道深度為 100-150mm 的粗放型綠化屋頂?shù)哪瓯ＫΠ俜直葹?55%。但是本文中的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這一百分比在水道深為 100mm 的粗放型綠化屋頂中為90.3%，和 FLL 的結(jié)論相悖。原因在于，本文中的研究結(jié)果不是局限于年度的，而是根據(jù)主要降雨持續(xù)時(shí)間得出的。FLL 中的數(shù)據(jù)是每年的平均值，但是本文中的研究結(jié)果在時(shí)間和氣候等方面和 FLL 存在一定差異。其次，在 FLL 知道方針中還提到，水道深為 500mm 或以上的精耕細(xì)作型綠化屋頂?shù)哪昶骄ＫΦ陌俜直葹?90%或者更多。韓國(guó)有很多深水道的精耕細(xì)作型綠化屋頂。因此，廣泛開展精耕細(xì)作型綠化屋頂保水力效果的研究具有一定的必要性。

　　本文中對(duì)于保水力平均百分比和滯后時(shí)間的觀察研究表明綠化屋頂有助于通過保水力和徑流滯后的效果改善市區(qū)水循環(huán)。因此可以得出這樣的結(jié)論：綠化屋頂有助于預(yù)防市區(qū)洪澇災(zāi)害。

　　在地價(jià)高昂的首爾市中心，綠化屋頂是替代綠化地面的最佳選擇。激勵(lì)性政策對(duì)于促使公民自發(fā)建設(shè)綠化屋頂有一定的必要性，同時(shí)對(duì)于市區(qū)可持續(xù)性環(huán)境的建設(shè)也要積極給予支持。