0 引言

海绵城市是城市发展的一种生态理念，是系统化解决城市雨水问题的一种方法。作为海绵城市源头绿色设施之一的绿色屋顶，因其对雨水径流的调控、污染物的控制、城市环境的美化以及环境的改善都具有极其重要的作用^[1]，被广大设计师采纳。

在嘉兴市海绵城市建设试点期间建成了部分简易式绿色屋顶，本研究通过对典型简易式绿色屋顶进行水量、水质的监（检）测，并进行定量分析，从而为简易式绿色屋顶的优化设计提供依据和数据支撑。

1 研究方法

对已经建成并运行时间达4年的嘉兴实验初中的简易式绿色屋顶（覆土10cm）展开研究，该绿色屋顶采用了在原有平屋面基础上采用满铺种植的方式，雨水立管的位置和数量均采用原现状，具体情况见图1。

图1 简易式绿色屋顶设计图和建成实景   

Fig.1 extensive green rooftop design drawing and completed real picture

本研究内容包含绿色屋顶的雨水径流水量控制、雨水污染物削减效果两方面。本研究方法采用对比法进行，即监（检）测了传统屋面和简易式绿色屋顶出水立管的水量和水质，并将其进行对比研究，具体详见表1。

  

表1 研究方法

Tab.1 Research methods

 

2 雨量控制效果

本研究共监（检）测了4场降雨，覆盖了大（暴）、中、小雨。传统屋面面积经实测为62.4m²，按照径流系数0.9计算径流量，则4场降雨的传统屋面径流量如表2所示。

  

表2 传统屋面径流量情况

Tab.2 Run-off of traditional rooftops

 

简易式绿色屋顶经实测，屋面面积为22.3m²，安装流量计进行监测，流量和每场降雨控制率见表3。

  

表3 简易式绿色屋顶径流量情况

Tab.3 Run-off of extensive green rooftops

 

按降雨总量看，3月26日的降雨控制率明显偏低，这是因为这场雨的降雨较集中，14.4mm的雨量集中在15min内完成，降雨曲线详见图2。

图2 3月26日降雨曲线   

Fig.2 Rain fall level on Mar.26

简易式绿色屋顶覆土小，难以调节短历时强降雨的屋面径流。但是针对中小雨降雨情况，简易式绿色屋顶具有明显的径流控制效果。针对降雨不集中的大雨，也具有一定的径流控制效果。可见，在积水比较严重区域，有计划地实施绿色屋顶，可以明显减轻管网的排水压力、有效降低路面积水频率。

3 雨水径流污染物控制效果

3.1 传统屋面雨水径流污染物定量分析

传统屋面的雨水由人工采样后在实验室进行化验。由于传统屋面流量是按降雨量和径流系数进行计算得出，因此传统屋面雨水径流污染物浓度按平均浓度进行计算。4场雨的雨水径流污染物情况详见表4～表7。

  

表4 传统屋面雨水径流SS污染物情况

Tab.4 Runoff SS level from traditional roofs

 

  

表5 传统屋面雨水径流总氮污染物情况

Tab.5 Runoff total nitrogen level from traditional roofs

 

  

表6 传统屋面雨水径流氨氮污染物情况

Tab.6 Runoff total ammonia nitrogen level from traditional roofs

 

  

表7 传统屋面雨水径流总磷污染物情况

Tab.7 Runoff total phosphorus level from traditional roofs

 

从上表可以看出，一般情况下降雨量越大，形成屋面径流量越大，所产生的污染物也越大。当然3月26日这场雨，SS、总磷比5月29日的污染物总量更大，这同样是和短历时的强降雨是有关联的。这也证明SS、总磷更容易受到径流的冲刷而排入到河道。

3.2 简易式绿色屋顶雨水径流污染物定量分析

简易式绿色屋顶雨水径流采用流量计在线测量，同时进行人工采样，在实验室进行污染物浓度化验。径流污染物定量分析结果如表8所示。

3.3 场次雨水径流污染物削减分析

将4场降雨的传统屋面径流污染与简易式绿色屋顶雨水径流污染进行对比，得出4场降雨的径流污染削减情况，见表9。

  

表8 简易式绿色屋顶径流污染物浓度情况

Tab.8 Runoff pollutant level from extensive green roofs

 

  

表9 场次降雨径流污染物削减率情况

Tab.9 Reduction of pollutants by date

 

由表9中数据可知，简易式绿色屋顶对中小雨的雨水径流污染物削减效果明显（这主要得益于对雨水径流量的削减）。大雨情况下，因强降雨的冲刷作用，容易把土壤中的营养成分带出，特别是针对磷的削减效果不理想，甚至出现负值。

3.4 年平均雨水径流污染物削减分析

根据嘉兴市气象局分析数据（见图3），嘉兴市降雨典型年为2014年，年总降雨量为1 269.3mm，降雨天数136d。扣除日降雨量小雨2mm的降雨情况后，2014年总降雨量1 244mm，降雨天数96d。

图3 2014年嘉兴市5min步长降雨分布   

Fig.3 Rain full level in Jiaxing,2014

按照场次降雨量分析降雨规模（按照规定，划分两场雨的最小时间间隔为2h），通过分析，典型年大、中、小降雨分配情况如表10所示。

  

表1 0 嘉兴市典型年（2014年）场降雨情况

Tab.10 A classical year(2014)of rains in Jiaxing

 

因此，径流年削减率计算如式（1）所示：

 

式中η_大、η_中、η_小———大、中、小雨污染物削减率。

由此得出，简易式绿色屋顶对SS的年削减率为67.2%，总氮的年削减率为77.1%，氨氮的年削减率为80.9%，总磷的年削减率为55.1%。

由此可知，简易式绿色屋顶对雨水径流污染物（SS、总氮、氨氮、总磷）的年平均削减率基本都能达到50%以上。

3.5 土壤成分研究

为了更科学地分析简易式绿色屋顶对雨水径流污染物的削减效果，对实验初中的简易式绿色屋顶采集了3个土壤样本进行分析，结果如表11所示。

按照水解性氮占总氮的10%、有效磷占总磷1%计算，则总氮的允许范围在400～2 000 mg/kg之间，总磷允许范围在500～6 000 mg/kg^[2]。可见，实验初中简易式绿色屋顶的有机质、总氮含量大幅度超标，磷的含量虽未超规范的标准，但偏向高值。可以假设，如果实验初中的简易式绿色屋顶严格按规范控制土壤的营养成份的话，那么对污染物削减效果会更显著。

  

表1 1 土壤成分分析

Tab.11 Soil composition analysis

 

4 结论与建议

(1）本研究因条件限制，传统屋面的径流量未进行仪器实时监测，研究结果可能存在一定的偏差。建议有条件的机构可以进一步优化研究方法。

(2）简易式绿色屋顶对小雨、中雨的雨量削减效果明显，对大雨具有一定的削减作用。

(3）简易式绿色屋顶对雨水径流污染物中的SS、总氮、氨氮、总磷削减效果明显，主要得益于对中小雨的雨量削减效果。

(4）设计绿色屋顶时，要注意控制土壤中的有机质、氮和磷的成分在规范允许值范围内，保障绿色屋顶对雨水径流中的污染物削减效果。

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王贤萍