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1、屋顶绿化在城市雨洪管理中的作用工程设计原理 课程论文学 院 专 业 学 号 学生姓名 课程成绩 指导教师 2017 年07月屋顶绿化在城市雨洪管理中的作用摘要：随着社会的快速的发展，促进了生活水平的提高，城市建设是城市发展的关键，其屋顶绿化是雨洪管理的一项重要途径，做好屋顶绿化的设计工作，是海绵城市建设发展的重要内容。屋顶绿化是当前海绵城市建设的基础项目，对海绵城市的水系统调节具有重要功能，它有效的控制了海绵城市的运营成本。本文主要是从屋顶绿化在雨洪管理的角度进行分析，总结出了屋顶绿化在现在雨洪管理中的积极作用。关键词：屋顶绿化；建设；技术；海绵城市城市建设导致被自然植被和土壤等覆盖的自然地表
2、不断的遭到破坏，自然地表被城市的建筑、道路、停车场等大面积的硬质不透水表面人工构筑物覆盖。当雨季降雨发生时，雨水在短是间内大量聚集，坡顶屋面几乎全部的雨水流量和平顶屋面(径流系数0.9)90%的雨水以与城市不透水道路(径流系数0.9)的雨水流量都将排入城市排水管网中，暴雨时段径流峰值量大，极易造成排水不与时，从而引发城市洪涝灾害。而且城市雨水大量河流、湖泊等水体，除了造成对下游地区的洪水危胁之外，还使城市的硬质表面切断了城市自身地下水的补给，造成城市地下水位下降，建筑物沉陷，道路沉降等严重的问题。1海绵城市对屋顶绿化的需求屋顶绿化是园林建设的重要组成部分，对海绵城市的建设具有重要作用。海绵城市
3、建设思想被称为新一代的雨洪管理理念，该理念在运用过程中，需要对城市的环境情况和雨水特点进行深入的分析，能够适应当前环境的变化需求，对于城市中的雨水，能够形成良好的“弹性”，具有吸水、蓄水和渗水的重要作用，实现了源头控制理念，缓解了排水管道的压力，能起到对部分雨水消化的功能，有效的降低了城市内涝发生的可能性，使得该区域的水文特性与开发前基本一致，屋顶绿化技术对雨洪的控制符合海绵城市建设的理念，因而在城市建设中被逐渐推广使用。2屋顶绿化的组成我国种植屋面基本构造层次由下至上依次为：结构层、保温层、找坡层、找平层、防水层、耐根穿刺防水层、保护层、排（蓄）水层、过滤层、种植土层、植被层屋顶绿化可简单地
4、划分为花园式和简单式。花园式屋顶绿化较为复杂，屋顶植物包括乔木、灌木等地表植被，观赏性好，可以开拓为活动空间；简单式屋顶绿化则为低矮的灌木或草坪，尤其以景天类植物佛甲草为主。图1屋顶绿化结构示意图屋顶绿化在平屋顶上的可实施性较好，因此最常见的屋顶绿化都是平屋顶绿化。随着屋顶绿化特有的建筑节能作用和奇特的绿化风景使得这种技术迅速发展，一些大型的公共建筑和高档小区都进行了屋顶绿化改造或添加。由于屋顶的特殊条件，因此屋顶绿化的植物层和土壤层都有一定的要求：在屋顶上方，尤其是高层建筑的屋顶，不仅要接受全天的太阳照射，还伴随着较大的风速。因此在植物层选择时应当选择生存能力强的植物，不仅耐贫瘠而且抗风。而
5、屋顶绿化的土壤层厚度有限，根系浅的植物在种植和管理方面都较为容易，能减少施工费用和后期管理费用。土壤层厚度需要根据植物的种类来选择，而土壤基质大多为人工土。人工土透气性和透水性较好，质量轻，干重度为7-15KN/m3。相对于自然土，人工土对屋顶荷载的要求和后期维护更加容易。表2-1为不同种类植物对应的土壤厚度划分。表2-1屋顶绿化植物土壤深度植物类别花草小灌木大灌木浅根乔木深根乔木土壤深度/mm1503003004504506006009009001500在土壤层下的土工布和排水板是屋顶绿化在雨水入渗后的导水系统。土工布主要起过滤作用，防止土壤在雨水冲刷下流失。排水板多为波浪板，通过凹凸构造形
6、成空间，水流进入排水板后，一部分存储于空间中，多余的通过重力排走。如日本企业使用的波浪板（厚40mm,聚苯乙烯）、拉比特板块（厚45mm,发泡苯乙烯）。3屋顶绿化在城市雨洪管理中的作用3.1城市绿化对雨水地表径流的影响我国城市内涝已经成为城市水环境的一个严重的问题，这种案例近些年在全国不胜枚举。例如2016.5.10广州的强降雨，不但造成了巨大得损失，而且还使得城市道路堵塞，交通瘫痪，影响了市民的生活，出行。内涝的形成与城市排水管网的布置不合理有关，但最主要的原因还是在于城市建筑过于密集，路面硬化面积过大（50%），而绿化面积不足。我国城市内涝和水环境问题的问题日益恶化，要想缓解这些问题，可通
7、过多种途径同时进行，但无论什么方法，目的是将城市的降雨尽可能多地保留在城市中，不但能补充地下水，改善城市气候，通过增加城市空气湿度缓解城市热岛效应；还能减少地表径流量，降低城市内涝频率，减轻城市污水处理工作量。对雨水的截流能很好的缓解地表径流量，国外学者Osmundson在实验总结出了城市不同土地利用方式的地表径流系数，如图表3-1所示：表3-1城市不同土地利用模式的地表径流系数土地利用方式径流系数高密度建筑模式中等密度建筑模式有大面积公园的低密度建筑模式运动场地公园0.7-0.90.5-0.70.2-0.30.1-0.30-0.1不同土地利用模式的地表径流系数表中我们可以得出：建筑越是密集的
8、地面，其地表径流的系数越大，降水集中时，雨水的渗透能力越小，雨水不能与时渗入地下，迅速在城市地表形成径流，由于城市排水管网能力有限，排不出的雨水汇聚成洪水，在城市低洼处形成内涝。3.2屋顶绿化对雨水径流的影响改善城市水环境，截流城市降雨雨水有很多种方法例如修建储水水窖，池塘；地面铺装使用渗透性砖或砌块；使用大孔混凝土和能渗透的涵管。但是从表3-1中我们可以得出最有效的办法就是增加城市的绿化面积。绿化面积的增加不仅能保持降雨，改善城市水环境，而且还对城市景观、城市生态、等都有显著地改善作用。但是，在城市建设用地紧张，没有多余空地增加城市绿化的今天，屋顶绿化无疑成为增加城市绿地面积的最好的、最直接
9、的途径。城市中的屋顶面积占去了整个城市硬质表面的30%左右，如果都被利用起来，实施了屋顶绿化，那么城市的绿化面积将大量增加，对雨水的径流、雨水的截流和保持都会有明显的改善效果。如表3-2所示表 3-2 屋顶雨水径流系数表屋面类型雨水径流系数未绿化坡屋面（15）未绿化坡屋面（15）屋顶铺砾石屋面绿化10.80.50.3实验数据表明，屋顶绿化可以减少屋顶雨水径流量，使屋顶径流系数减少到非屋顶绿化的0.3，屋顶被植被覆盖后，对雨水有一定截流的作用，屋顶绿化可以使排水强度降低70%，大量减少了屋顶的排水，缓解了城市管网的排水压力。国外学者研究发现，屋顶绿化可以延缓雨水排放95分钟到4小时，Liu发现当
10、降雨为2.8mm/h，植被屋面雨水流走的速度是0.5mm/h；北卡莱罗讷州的研究发现植被屋面能够将流速降低57%-87%.Rowe et al.在2003年进行了为期6周的绿化屋顶对径流影响的实验，对比分析了两块同样面积的、同样倾斜角度的屋顶，一块覆盖12cm的碎石土，一块覆盖12cm 种植层并栽植景天属植物。试验的结果表明，在经受了降雨后，有绿化的屋顶比只有碎石土的屋顶具有更良好的减少径流量的效果。Mentens et al.于2003在比利时也得出了相似结论，如表3-3所显示的实验结果。表 3-3 不同类型屋顶的径流特征表屋顶类型径流量（mm）径流量/降雨量标准屋顶覆盖有 5cm 厚的碎石
11、土覆盖有 5 cm 种植土层绿化屋顶覆盖有 10 cm 种植土层绿化屋顶覆盖有 15 cm 种植土层绿化屋顶66563640936932981%77%50%45%40%据此可以计算出，如果一个城市屋顶有50%屋顶得到绿化，种植基层厚5cm，吸水率(种植层吸水占降落在上面的雨水的比率)为50%，那么，由于屋顶绿化，减少的径流量将达到12.5%.同时屋顶绿化截流的雨水通过蒸腾作用，蒸发到空气中，对城市雨水的保留也有一定作用，对于缓解城市的干热气候与热岛效应、减轻城市内涝有巨大作用。3.3屋顶绿化对雨水的净化处理屋顶雨水污染主要包括两个方面，一是雨水降到屋顶前本身所含有的污染物，二是雨水降落到屋顶被
12、再次污染。相关研究表明，常规的建筑物屋顶，如水泥砖保护层屋面、卵石保护层屋面、瓦屋面、石油沥青油毡屋面等均对天然雨水存在不同程度的污染，主要污染源是屋面的沉积物与屋面防水材料析出物。主要污染物是化学需氧量(COD)和悬浮物(SS)。但是，土壤却对受污染的屋面雨水径流具有明显的渗透净化功能。所以，通过实施屋顶绿化来改变城市没有实施屋顶绿化的建筑屋顶的方法将有效地改善、净化屋面雨水径流的水质。屋顶雨水污染主要从三个方面削减：（1）通过屋顶绿化层植物截留、吸纳部分天然雨水，并逐渐利用植物和土层中微生物的作用降解所蓄集的污染物质。（2）利用土壤渗透过程净化雨水中的部分污染物质。（3）杜绝了沥青等屋面材
13、料对径流雨水的污染。屋顶绿化不仅可以100去除这部分污染负荷，还可大幅度削减屋面雨水中的SS。4屋顶绿化的局限性一、屋顶绿化雨水收集设施由于其尺度小、位置分散，只能收集其区域范围内的雨水径流，基本不能对其区域范围外产生的雨水径流进行收集和处理，而且其对径流的处理量相对较小，在降雨初期和小型降雨时效果明显。屋顶绿化生态系统毕竟远离地面，与地面土壤层发生断层，当屋面渗水、蓄水达到饱和后，必然要向建筑外排水，它并不能做到像地面绿化那样参与地下水的循环活动。所以在屋顶绿化的基础上做好配套的绿色屋顶雨水收集系统（回用或用于回灌地下水层）显得十分有必要。二、屋顶绿化栽培基质对雨水的负面影响。实施了绿化的屋
14、顶被认为对城市水环境有着重要的影响，但是对屋顶绿化基质层如何影响雨水的水质的问题，人们却并没有重视。绿化过的屋顶可以被作为过滤器，并通过对空气传播的微粒与对营养物质的吸收，起到净化雨水水质的积极作用。但是，由于在安装屋顶绿化时土壤已经施过肥，同时绿化的养护农药喷洒等，那么屋顶绿化的土壤中的营养物质和有毒物质也可能随屋顶雨水的而渗透到城市雨水系统中，对城市水环境产生一定的负面影响。三、屋顶绿化建设受建筑屋面荷载的限制。一方面，一些坡度较大屋面，老旧屋面和轻质高层屋面则不适开展屋顶绿化。另一方面，不同的屋面的荷载能力不同，不同植物生长所需的土壤层厚度也就不一样，所以屋面绿化植物的种类也就受到限制。
15、同时植物生长受到季节因素影响较大，那也直接影响到屋面对雨水的调蓄能力。四、绿色屋顶植物的管理与养护成本比较高。在屋顶绿化植物的养护和管理中，有“三分种植，七分养护”的说法。绿化中种植的都是有生命的植物，在养护管理上，屋顶绿化由于其特定的环境条件，对植物的生长都有一定的影响，需要采取一些措施，以消减不良的影响。这就需要管理人员了解各种植物类型和品种的特征与习性，要抓好施肥、浇水、修剪、除草、和防病虫害等方面的管理与养护工作，这其中产生很高的成本。五 总结作为海绵城市建设八大技术中的一种，屋顶绿化拥有广阔的运用前景。以屋顶空间作为绿化场所可以极大地提高城市绿化率。通过隔热节能、蓄水减排和消除屋顶径
16、流中的污染物质三种主要作用和其他的一些辅助功能，屋顶绿化缓解城市热岛效应，减少水体污染，改善城市开发所带来的影响，使城市接近开发前的环境状态。在降低城市的能耗，维护城市雨水管网排水稳定性和提高雨水利用率方面有着不可估量的作用。未来屋顶绿化的设计方向，应该尽量避免其局限性，充分发挥屋顶绿化再城市雨洪管理中的积极作用。参考文献：1 郝培尧,李冠衡,戈晓宇.屋顶绿化施工设计与实例解析M.华中科技大学出版社，20132 许道坤与吕伟娅, 屋顶绿化技术在低影响开发中的作用J. 给水排水, 20123 张聪, 中外种植屋面设计方法对比研究D, 2014, 长安大学4 和晓艳, 屋顶绿化的相关技术研究D, 2013, 南京林业大学5何莎等, 以海绵城市理念指导湖南城市绿化建设J. 天津农业科学, 2016(04): 第146-150页.6 周松, 浅谈园林绿地中海绵城市的建设J. 低碳世界, 2016(10): 第116-117页.7 张乔松, 海绵城市与园林规划建设J. 园林, 2015(7): 第36-41页