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

　　2)首爾女子大學(xué)，生態(tài)景觀(guān)規劃實(shí)驗室

　　簡(jiǎn)介

　　市區的雨水循環(huán)是基于自然界中的雨水循環(huán)改造而來(lái)。對于土地使用的變動(dòng)會(huì )影響市區的水循環(huán)。例如，濕地的排水會(huì )使得發(fā)達地區水循環(huán)加速。建筑物地表上大部分都是塊石面路覆蓋著(zhù)。因此，由于市區地表的順坦，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(wèn)題。徑流的增加會(huì )導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）。為了預防災害，有必要增加河岸高度，建立水量調控大壩，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，減少生物多樣性等后果。所以在市區增加綠化面積是件難事。但是就屋頂而言，它的徑流系數幾乎只有一個(gè)，并且屋頂在市區面積廣大，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，首爾現如今苦惱于 48%的市區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的雨水徑流量教低，而那些傾斜的房頂和瀝青鋪設的地面徑流量較大。

　　城市化過(guò)程中由于建設了更多的不滲水的地表，如阻截水流穿過(guò)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(huà)，甚至在沒(méi)有洪水暴發(fā)的情況下，也會(huì )引起嚴重的地表侵蝕。徑流量的增加會(huì )減少地下水的補給，從而降低地下水位，引發(fā)更嚴重的洪澇災害（Kim YR, 2008）。

　　在首爾這一案例中，嚴重的洪澇災害給這一地區每年帶來(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(guò)去幾年里，突發(fā)性的強風(fēng)暴的發(fā)生更為頻繁。

　　有關(guān)減少，減弱并調控暴雨徑流量方面的一些研究，旨在降低市區洪澇災害的危險，和提高市區水平衡，從而應對洪澇的來(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）。但對暴雨集中夏季的韓國的國內房頂綠化在保水和滯后循環(huán)時(shí)間方面的年調控效果，研究甚少。

　　因此，本文基于對韓國首爾現有的一個(gè)綠化屋頂的觀(guān)察，分析在當地環(huán)境下，粗放型的屋頂綠化系統如何發(fā)揮它的效用。本文的任務(wù)在于評估以上提到的綠化屋頂的暴雨天氣的保水潛力，徑流水量以及循環(huán)滯后時(shí)間。測量周期為2007年9月到2010年7月，共觀(guān)察24場(chǎng)不同的降雨。

　　實(shí)驗材料和方法

　　為了準確研究現有綠化屋頂的保水力，建設了一個(gè)帶有屋頂綠化系統的雨水儲藏系統。實(shí)驗材料和方法如下：

　　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(méi)有傾斜度，屋頂面積約為 140 ㎡。綠化屋頂長(cháng)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)驗中所采用的是韓國本土植物（Caryopteris incana, Hemerocallis dumortieri etc.）和一些景天屬植物（Sedum kamtschaticum,Sedum sarmentosum etc.）（表格 1）

　　2.雨水儲藏系統

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

　　在房頂的邊沿安裝了兩個(gè)雨水槽和開(kāi)放式的排水溝，用于儲藏穿過(guò)底層的雨水。而且在兩個(gè)水槽上還安裝了流量計，用于測量在一定時(shí)間內從系統中流入到水槽中的水量。太陽(yáng)能系統的建立是為了通過(guò)安裝在兩個(gè)水槽里的水泵半永久性地使用儲藏的雨水。

　　3.數據的收集和分析

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

　　軸頭編碼器和氣象站數據，是從 2007 年 9 月到 2010 年 7 月一天 24 小時(shí)中每 10 分鐘測量一次收集而來(lái)的。測量時(shí)，使用了配有交換關(guān)閉模塊和儲藏模塊的數據記錄器?；谡{控期間發(fā)生的 24 次降雨，分析測量得到的保水力數據。

　　結果

　　監控期間收集到了發(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)分析強降雨和微降雨的特征。

　　案例 1：這是發(fā)生在 2007 年 9 月 1 號的一次強降雨，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 日的最強的一次降雨，降雨量達到 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

　　被研究的綠化屋頂的降雨量的平均保水力的百分比為 89.7%，變化范圍為 78.8%~99.3%。表 2 展示了調控期間選取的 24 次降雨。結果顯示，被研究的綠化屋頂可以延遲雨水徑流量約 1.6h。強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月測量的降雨事件的徑流延遲時(shí)間

　　*1), 2), 19), 21): 強降雨/ 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包括建筑物的屋頂區域，其雨水徑流率接近于 90~100%。相比之下，自然綠化區域為 10%~20%，而且在自然綠化區域的滯后時(shí)間比已鋪路面的地區的地區長(cháng)（Geiger W and Dreiseitl H, 1995; Jeroen M et al., 2005）。

　　根據加拿大溫哥華圖書(shū)館綠化屋頂的調控項目的報告，圖書(shū)館的綠化屋頂減少了16%的徑流率，平均高于一個(gè)普通的鋪面屋頂的徑流率減少水平。在暴雨情況下，徑流量減少了 3%，而在干燥的季節，雨水徑流量能減少達 80%或者更多（Johnston J and Newton J, 1996）。對于植被覆蓋的水文形態(tài)的研究結果表明，綠化屋頂的暴雨保水力變化幅度是 39%~100%，平均保水力接近于 78%（Carter T L and Rasmussen T C, 2006）

　　結果，我們的實(shí)驗發(fā)現跟的其他一些學(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 的報告發(fā)現一致。在其他一些研究中也考慮到了屋頂綠化對于保水力的影響，同時(shí)也表明綠化的屋頂能夠吸收雨水并且在一段時(shí)間內能慢慢釋放這些雨水。這跟傳統的屋頂恰恰相反。散落在傳統屋頂上的水分會(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指導方針《綠化屋面的種植，設置和養護》（2002）也同樣表明綠化屋頂的年保水力決定于水道的深度。在 FLL 指導方針中，水道深度為 100-150mm 的粗放型綠化屋頂的年保水力百分比為 55%。但是本文中的實(shí)驗發(fā)現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 的結論相悖。原因在于，本文中的研究結果不是局限于年度的，而是根據主要降雨持續時(shí)間得出的。FLL 中的數據是每年的平均值，但是本文中的研究結果在時(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 或以上的精耕細作型綠化屋頂的年平均保水力的百分比為 90%或者更多。韓國有很多深水道的精耕細作型綠化屋頂。因此，廣泛開(kāi)展精耕細作型綠化屋頂保水力效果的研究具有一定的必要性。

　　本文中對于保水力平均百分比和滯后時(shí)間的觀(guān)察研究表明綠化屋頂有助于通過(guò)保水力和徑流滯后的效果改善市區水循環(huán)。因此可以得出這樣的結論：綠化屋頂有助于預防市區洪澇災害。

　　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。激勵性政策對于促使公民自發(fā)建設綠化屋頂有一定的必要性，同時(shí)對于市區可持續性環(huán)境的建設也要積極給予支持。