美國華盛頓綠色屋頂的益處

——美國運輸部綠色屋頂個(gè)案研究

李文杰，大衛·邁爾斯

　　李文杰

　　風(fēng)景園林碩士應試者

　　植物科學(xué)和園林建筑學(xué)院

　　馬里蘭大學(xué)帕克分校，美國馬里蘭州

　　大衛·邁爾斯，博士，美國景觀(guān)設計師協(xié)會(huì )

　　副教授

　　植物科學(xué)和園林建筑學(xué)院

　　馬里蘭大學(xué)帕克分校，美國馬里蘭州

　　摘要：在華盛頓，綠色屋頂已成為一種流行的綠色基礎設施。它可以在不占用既少量又昂貴土地的前提下，保持水分，減少因城市化帶來(lái)的雨水徑流污染。本文的第一部分提供了美國華盛頓綠色屋頂在環(huán)境、社會(huì )和經(jīng)濟方面帶來(lái)的好處。第二部分是就美國交通運輸局 68,000平方英尺（6,317 平方米）綠色屋頂的案例研究。

　　關(guān)鍵字：綠色屋頂的益處；案例研究；雨水管理

　　1. 介紹

　　1.1　什么是綠色屋頂？

　　綠色屋頂，也稱(chēng)植物屋頂覆蓋，由特殊耐旱植物以及安裝在已有設施上的特殊屋面材料（佩克， 1999）構成。綠色屋頂還有一層種植在防水膜之上的生長(cháng)介質(zhì)，里面也許還裝有根障、排水和灌溉系統。綠色屋頂有諸多益處，比如蓄積雨水、減少降雨高峰期屋頂徑流、減少"熱島效應"、減少建筑耗能成本、延長(cháng)屋頂壽命、給擁擠的城市提供更多的戶(hù)外空間。在最近幾十年內，作為一種構思以及雨水控制的施工措施發(fā)揮著(zhù)日益重要的作用，它被譽(yù)為"應對雨水徑流、緩和由于城市化而日益增長(cháng)的雨水徑流峰值、容量和速度的有效雨水管理設施。"（ARC,2001）。

　　由于城市化建設，雨水體積增加，影響了城市河流的物理特質(zhì)（馬哈塞，2000），同時(shí)造成巨大的經(jīng)濟損失。在過(guò)去，雨水管理主要是靠運輸把雨水徑流從城市中心運送到附近的河流、小溪或湖泊中。突破性工程措施--通常用于控制洪水--包括用混凝土或亂石筑成的河堤、矯直渠道或河流管道（鄧恩和利奧波德，1978）。結果，建成的環(huán)境往往會(huì )成為城市中心附近河流生態(tài)系統退化的一個(gè)肇因。 布斯和杰克遜，1997；費肯斌，2000；王，2001）。同時(shí)，由于土地滲透物的減少，不透水覆蓋物對河流生態(tài)系統產(chǎn)生了負面影響。（阿諾德和吉本斯，1996）。從根本上來(lái)說(shuō)，非結構控制具有更好的施工場(chǎng)所。

　　1.2　哥倫比亞特區的綠色屋頂

　　華盛頓多颶風(fēng)，位于季風(fēng)帶，有下水道溢流系統，由于氣候變化和全球變暖，天氣會(huì )變的更加惡劣。自從 2009 年五月一日起，哥倫比亞特區從零售水以及管道消費收集來(lái)的雨水稅應根據等價(jià)居住單元計算。等價(jià)居住單元為房地產(chǎn)中非滲透土地的 1000 平方英尺（哥倫比亞特區環(huán)境部）。綠色屋頂可以減少雨水沉淀過(guò)程中的雨水徑流速度和水量，提高雨水質(zhì)量。最重要的是，它是減少城區非滲透土地的一種新的重要措施。由非滲透土地引起的環(huán)境問(wèn)題，包括雨水管理及處理設施超負重、由強降水引起的洪水隱患。

　　2005 年，來(lái)自凱西樹(shù)和貍貓科技的專(zhuān)家指出，合理發(fā)展的情況下，哥倫比亞特區的綠色屋頂覆蓋率目標可以定為：20 年/ 20%覆蓋率/2000 萬(wàn)平方英尺。這個(gè)"20-20-20"的目標加上這個(gè)城市的特點(diǎn)，驅使哥倫比亞政府改善其 2006 年開(kāi)始的綠色屋頂計劃。這一計劃包括對新屋頂以及翻新屋頂進(jìn)行補貼，減少雨水稅和非滲透土地稅（哥倫比亞特區環(huán)境部，2011）。在華盛頓，從 2012 年 2 月起，每平方英尺的綠色屋頂翻新補貼從三美元提升到了五美元。雨水稅和非滲透面積的收費也會(huì )相應的減少，但仍在討論中。到 2008 年年底，在綠色屋頂產(chǎn)業(yè)發(fā)展如此迅速以及各種代理商和非營(yíng)業(yè)性機構層出不窮的情況下，哥倫比亞特區已完成了大約 75 個(gè)綠色屋頂工程（每個(gè)都至少有 1000 平方英尺）。這 75 個(gè)綠色屋頂工程的總覆蓋面積達到了 350，000 平方英尺。根據《2011 年年度綠色屋頂項目調查》，覆蓋了 501,402英尺，華盛頓名列第二。在大型城市，綠色屋頂已成為流行的設計元素，同時(shí)也是集生態(tài)、社會(huì )和經(jīng)濟效益與一體的"綠色城市"市場(chǎng)指示牌。

　　2. 哥倫比亞特區綠色屋頂的益處

　　2.1 環(huán)境效益

　　2.1.1 雨水管理

　　就像上文提到的一樣，在華盛頓，不管是已建成的區域還是新開(kāi)發(fā)的區域，綠色屋頂已成為雨水管理的首選。北美幾個(gè)現場(chǎng)研究中表明，綠色屋頂為雨水管理提供諸多益處：減少徑流流量、控制峰流量、調節放流時(shí)間、提高水質(zhì)量、減少洪水發(fā)生風(fēng)險。首先，綠色屋頂可以安裝在無(wú)足夠空間安裝設施的密集城市地區。其次，緊密土地可能會(huì )限制像雨水花園和滲透道路等雨水滲透技術(shù)的發(fā)揮，綠色屋頂技術(shù)在這些區域也可以很好的發(fā)揮作用。華盛頓多颶風(fēng)，位于季風(fēng)帶，由于氣候變化和全球變暖，天氣會(huì )變的更加惡劣。凱西樹(shù)和貍貓科技與環(huán)境保護局合作，并研制的一最新聯(lián)合模型（ 2006）預測，綠色屋頂的雨水管理益處主要集中在華盛頓。這一徹底調查把哥倫比亞區不同覆蓋假設的綠色屋頂雨水管理累積益處量化。一方面，在合流制排水系統中安裝的 5，500 萬(wàn)平方英尺的綠色屋頂每年將減少 43，500 萬(wàn)加侖或 19%的徑流流量。另一方面，綠色屋頂有把幾千磅營(yíng)養物、金屬及其它污染排除出該區域水道的潛能。

　　2006-2007 年間，來(lái)自霍華德大學(xué)的格拉斯博士組織了一個(gè)項具體的調查項目，以評估2006 年五月份建在美國景觀(guān)設計師協(xié)會(huì )總部（華盛頓西北眼大街 636 號）的綠色屋頂工程，這項工程占地 3,000 平方英尺。這項調查表明美國景觀(guān)設計師協(xié)會(huì )綠色屋頂，在十個(gè)月時(shí)間內其截留水量占總降雨量的 75%。為了進(jìn)一步調查大降雨期間雨水控制性能，記錄了從 2006年 10 月 27 號到 2006 年 11 月 23 號期間六次連續大暴雨情況，得出了降雨徑流應對圖標及雨水儲存圖表。水位圖展示了大暴雨時(shí)，儲存在植物層的徑流量變化。與整個(gè)監測期間 75%的平均儲水量相比，綠色屋頂在暴雨時(shí)期的的儲水量仍達 53%，儲水能力降低了 21%。尤其是在第二次降雨中，屋頂的儲水量?jì)H為 10%。然而，水被暫時(shí)的儲存在了儲水層，并能夠在降雨后期達到其最大承受力（在第六次降雨中，儲水量為 100%。）。格拉斯博士（2006）還表示，雨水中的 COD、磷酸鹽、所有的磷、漂浮物及溶解物都增加到了最大程度；然而，其濃度卻低于 EPA 公布的淡水濃度標準。同時(shí)，綠色屋頂中雨水徑流中的氮含量也低到了一定程度。因為徑流水被排到下水道系統中，然后再流入河流支流，應該有很少的氮元素流入切薩皮克灣中。

　　2.1.2 能量效益

　　城市熱島效應是地表吸收并儲存太陽(yáng)的熱量而導致的。與附近的農村相比，這使城市溫度提升了 10 華氏度（EPA,2007）。綠色屋頂所帶來(lái)的第二個(gè)環(huán)境益處就是通過(guò)植物及其土壤水分蒸散總量降低熱能，緩解城市熱島效應。在這個(gè)自然過(guò)程中，由于蒸發(fā)，水從地表及通過(guò)植物蒸發(fā)釋放到大氣中（美國地質(zhì)勘查局,2005）。結果，綠色屋頂上的土壤水分蒸散總量為消極降溫系統，使其建筑物比傳統屋頂建筑物的溫度低。干旱時(shí)期，植物吸收及反射太陽(yáng)能也起到一定的降溫作用。同時(shí)，通過(guò)吸收二氧化碳（造成溫室效應及氣候變化的溫室氣體最主要來(lái)源之一）、釋放氧氣，大大提高了空氣質(zhì)量。根據 2010 年 CNT 報道的預測， 哥倫比亞區的綠色屋頂每年可以節省 10 到 20 萬(wàn)千瓦的電力和 17 到 21 億瓦的煤氣。

　　2.1.2　改善野生生物環(huán)境

　　土壤深度、土壤合成及植物選擇，綠色屋頂可以為野生生物創(chuàng )造環(huán)境。自然棲息地修養、當地材料加上精心設計，可以幫助城市區域的某些物種緩和野生生物環(huán)境（(Brenneisen,Lundholm, 2006）。在哥倫比亞特區的 12 個(gè)綠色屋頂研究案例中，有設施維護人員稱(chēng)，在夏季看到了蝴蝶和蜜蜂，還發(fā)現了鳥(niǎo)巢。隨著(zhù)哥倫比亞特區綠色屋頂的普及，越來(lái)越多的單個(gè)綠色屋頂會(huì )聯(lián)合在一起形成一個(gè)網(wǎng)，創(chuàng )造更多的城市野生生物環(huán)境。

　　2.2　社會(huì )效益

　　除了生態(tài)價(jià)值，綠色屋頂還有社會(huì )及文化效益，提高了人類(lèi)的生活質(zhì)量。首先，屋頂的綠色提高了建筑物及其周?chē)h(huán)境的審美價(jià)值。綠色屋頂在美學(xué)方面的正能量能夠在城市綠化及繁榮關(guān)系中得以體現。為把居住地變的更加綠色，人們愿意付出更多。其次，綠色屋頂為密集的城市提供豐富的消遣空間。在我去美國景觀(guān)設計師協(xié)會(huì )參觀(guān)綠色屋頂時(shí)得知，天氣炎熱時(shí)，員工和游客都愿意去參觀(guān)他們的綠色屋頂并且可能會(huì )在上面待上好幾個(gè)小時(shí)讀書(shū)或與朋友交談。在波托馬克河沿岸的幾個(gè)綠色屋頂能觀(guān)賞到這個(gè)城市著(zhù)名的建筑，比如美國國會(huì )山和國家大教堂。不難想象，在合適的安全控制下，這些綠色屋頂會(huì )成為"空中花園"。

　　再次，包括綠色屋頂在內的綠色設施能夠通過(guò)它的"社區團結"效應--即改善社區成員之間正式和非正式關(guān)系網(wǎng)絡(luò )，培養一個(gè)健康、相互扶持的人類(lèi)環(huán)境（沙利文, 闊和戴泊特2004），把社區變?yōu)橐粋€(gè)更適于工作和生活的地方。這種社區完整性也會(huì )幫助提高公共教育的機會(huì )。家庭和朋友聚到一起借鑒一些有關(guān)水資源、氣候變化問(wèn)題及有關(guān)植物的親身經(jīng)驗。最后，植物還具有減少噪音的好處。在像華盛頓這樣的大城市中，飛機、火車(chē)和汽車(chē)帶來(lái)的噪音非常大，并有可能造成健康威脅。一個(gè)加拿大研究機構，曾就《綠色屋頂技術(shù)的先進(jìn)性》做過(guò)調查，其測量結果顯示，聲音在綠色屋頂傳播過(guò)程中低頻率及中頻率噪音損失比普通屋頂噪音損失增加了5--13分貝，高頻損失則增加了2--8分貝（康奈利和霍奇森2008）。由此可知，綠色屋頂對個(gè)人及其社區的健康發(fā)展都是十分有益的。

　　經(jīng)濟效益

　　綠色屋頂的絕熱特質(zhì)能夠在很大程度上降低建筑物加熱和降溫所需的能量，從而減少建筑物的操作成本（塞茲, 2006）。不同的城市如芝加哥、波特蘭、多倫多、溫哥華等等，綠色屋頂的經(jīng)濟效益也不同。新加坡、香港等國家或城市的潛在效益已用美元進(jìn)行評估。在以往的定量成本效益分析中，會(huì )考慮以下方面：降低灰色基礎設施需要、減少因空氣質(zhì)量而付出的健康投資、降低能量消耗、緩解處理氣候變化和全球變暖的緊迫性。華盛頓已有綠色屋頂帶來(lái)的經(jīng)濟效益約為每年10-20萬(wàn)美元（馬克·巴克雷，湯姆·薩拉斯，2010）。這些收益從用于水治理、雨水基礎設施灰色需求、能源消耗、空氣質(zhì)量和溫室熱量改善、噪音污染治理等的政府財政支出中節省出來(lái)。計算方法公布于《綠色基礎設施價(jià)值---其經(jīng)濟、環(huán)境及社會(huì )效益一覽》（CNT 2010）。這一報道中，對以下領(lǐng)域進(jìn)行了量化分析和評估了：徑流量減少所帶來(lái)的經(jīng)濟效益、能源減少使用量、污染物減少量、大氣中二氧化碳的減少量。