屋頂綠化對海綿城市建設(shè)作用初探

李 艷 偉

(濟(jì)南大學(xué)土木建筑學(xué)院，山東 濟(jì)南 250022)

0 引言

2007年7月18日，濟(jì)南市區(qū)遭遇超強特大暴雨。暴雨造成多人傷亡，約33萬群眾受災(zāi)，全市直接經(jīng)濟(jì)損失約13.2億元[1]。2012年7月21日～22日，北京市和北京市的周邊地區(qū)遭遇強降雨。強降雨共造成10 660間房屋發(fā)生倒塌，直接導(dǎo)致164萬人受災(zāi)，總經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到116.4億元[2]。近年來，每當(dāng)進(jìn)入雨季后，“城市看海”現(xiàn)象經(jīng)常在我國多地城市發(fā)生。根據(jù)防汛部門的相關(guān)數(shù)據(jù)，2015年全國有150多個城市因暴雨發(fā)生內(nèi)澇。城市內(nèi)澇日益嚴(yán)重，地面硬化越來越多是主要原因之一。據(jù)統(tǒng)計，隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，在城市中心地區(qū)，地表徑流系數(shù)(同一時間段內(nèi)流域面積上的徑流深度(mm)與降水量(mm)的比值)普遍由0.3左右增長至近0.7左右，當(dāng)下雨時地面上有約70%的降水不能及時滲入地下。

為了解決日益嚴(yán)重的城市內(nèi)澇問題，國務(wù)院正在大力推進(jìn)海綿城市的建設(shè)，提出到2020年，力爭城市建成區(qū)內(nèi)20%以上的建成面積達(dá)到將70%的雨水量本地消納和利用；到2030年時，城市建成區(qū)內(nèi)80%以上的建成面積要達(dá)到這個目標(biāo)要求。為了配合和指導(dǎo)國內(nèi)海綿城市的建設(shè)，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部于2014年10月頒布了《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》。

1 海綿城市的內(nèi)涵以及當(dāng)前我國海綿城市建設(shè)的現(xiàn)狀

海綿城市是一種很形象的概念，其內(nèi)涵就是指城市在應(yīng)對水的問題時能像海綿一樣，在遇到環(huán)境變化和發(fā)生自然災(zāi)害等的情況下能夠具有良好的“彈性”，下雨的時候具有吸水、蓄水、滲水和凈水等方面的功能，而在城市需要的時候能將存儲的水釋放出來以供城市持續(xù)的利用。

當(dāng)前一段時期，雖然我國海綿城市的建設(shè)仍處于試驗和摸索階段，但是國家對各地海綿城市的建設(shè)是非常重視和積極鼓勵的。根據(jù)相關(guān)政策的規(guī)定，中央財政會對海綿城市建設(shè)試點給予專項的資金補助。在一定的期限內(nèi)，具體的補助資金數(shù)量按試點城市的具體規(guī)模分檔來確定，直轄市每年的補助最多可達(dá)6億元，省會城市每年補助5億元，其他城市每年則是4億元。如若試點城市的海綿城市建設(shè)采用PPP模式，并且達(dá)到了一定要求，則該城市按上述的補助基數(shù)另外再獎勵10%[3]。

2 海綿城市的建設(shè)途徑

根據(jù)國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2014年10月發(fā)布的《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》(試行)的具體內(nèi)容，海綿城市目前的建設(shè)途徑主要包含以下幾個方面：首先，我們應(yīng)注意保護(hù)城市內(nèi)現(xiàn)有的自然生態(tài)系統(tǒng)。為了達(dá)到這個目標(biāo)，我們應(yīng)盡可能地保護(hù)城市之內(nèi)的現(xiàn)有河流、水塘、湖泊、溝渠和濕地等水環(huán)境生態(tài)比較敏感的區(qū)域，并且要保持足夠的林地、草地、湖泊和濕地等面積，以此用來存儲水源并在突發(fā)情況下應(yīng)對較大強度的降雨，以達(dá)到延續(xù)城市人工高強度開發(fā)前本區(qū)域內(nèi)原有的自然水文的特征，這是建設(shè)海綿城市內(nèi)容的最基本要求。其次，我們應(yīng)注意恢復(fù)和修復(fù)被破壞的生態(tài)。對于那些在過去傳統(tǒng)粗放式的城市發(fā)展和建設(shè)過程中，已經(jīng)遭到明顯破壞的水體和其他的自然生態(tài)環(huán)境，我們就應(yīng)該盡可能的采用生態(tài)的辦法幫助盡快恢復(fù)和修復(fù)。另外就是低影響開發(fā)。低影響開發(fā)的概念要求我們在整個城市建設(shè)過程中，應(yīng)嚴(yán)格遵循對城市內(nèi)現(xiàn)有的生態(tài)環(huán)境造成最低程度影響的建設(shè)和開發(fā)理念，因此我們應(yīng)考慮適宜的開發(fā)強度，以便在城市建成區(qū)內(nèi)擁有足夠面積的生態(tài)緩沖區(qū)域，合理控制城市建成區(qū)內(nèi)的不透水界面的比例，以達(dá)到盡可能的降低因為開發(fā)建設(shè)而對城市現(xiàn)有自然生態(tài)環(huán)境帶來的不利影響[4]。

以上三種途徑涵蓋于城市規(guī)劃的多個層面之中——城市總體規(guī)劃、專項規(guī)劃和詳細(xì)規(guī)劃。而屋頂綠化的建設(shè)，就是屬于詳細(xì)規(guī)劃的層面，它是建設(shè)海綿城市的有效方法之一。

3 屋頂綠化對于海綿城市建設(shè)的作用

與海綿城市的建設(shè)途徑相對應(yīng)，屋頂綠化對海綿城市的建設(shè)具有綜合性作用。首先，屋頂綠化對于受到破壞的城市生態(tài)具有恢復(fù)和修復(fù)作用；其次，屋頂綠化對于建設(shè)低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)具有積極的促進(jìn)作用。

3.1 屋頂綠化有利于城市生態(tài)的恢復(fù)和修復(fù)

在城市開發(fā)建設(shè)過程中，基地原有的自然環(huán)境必然會受到一定程度的影響和破壞，而屋頂綠化對遭到破壞的自然環(huán)境具有生態(tài)的修復(fù)和恢復(fù)作用。屋頂綠化不僅能夠避免夏季太陽直射屋面，進(jìn)而對室內(nèi)具有隔熱和降溫的作用,還能夠改善日益惡化的城市生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而緩解大城市日益嚴(yán)重的熱島效應(yīng)[5]。根據(jù)相關(guān)研究，屋頂綠化能向空氣中蒸發(fā)水分，增加城市的濕度。綠化地區(qū)的絕對空氣濕度要高于同等條件下的沒有綠化的地區(qū)1 mb左右。特別是在干旱的春季，綠化充分的地區(qū)絕對濕度能增加約2 mb，而相對濕度能夠增加大約20%～30%。相關(guān)研究還表明，屋頂和鋪地等人工的硬質(zhì)界面，在夏季太陽同等情況的照射下吸收熱量最多溫度升高最快，對大城市熱島效應(yīng)的影響也最大。因此，隨著城市開發(fā)強度的加大，大城市的熱島效應(yīng)日益嚴(yán)重。然而，樹冠和草坪等綠地的下墊面升溫速度較慢，能夠有效避免城市熱島效應(yīng)的發(fā)生。當(dāng)一個城市區(qū)域內(nèi)的綠化覆蓋率大于30%時，該城市區(qū)域熱島效應(yīng)的強度開始出現(xiàn)明顯地降低。所以，普通的硬質(zhì)屋頂變成屋頂綠化以后，屋頂綠化能夠?qū)﹂_發(fā)過程中形成的人工下墊面實現(xiàn)生態(tài)修復(fù)，有效緩解熱島效應(yīng)[6]。

眾所周知，生態(tài)環(huán)境惡化、熱島效應(yīng)等是大城市氣候異常的重要原因，這也加劇了城市非正常的干旱和暴雨量以及暴雨發(fā)生的頻率。屋頂綠化對城市生態(tài)的恢復(fù)和修復(fù)作用，有利于大城市氣候的正常化，進(jìn)而能夠降低暴雨頻率和減少暴雨降雨量，這就能在一定程度上對困擾海綿城市的難題起到預(yù)防作用。

3.2 屋頂綠化有利于城市低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的建設(shè)

相關(guān)研究表明，一個建設(shè)成熟的海綿城市應(yīng)至少具備以下三個完善的水系統(tǒng)：低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)、城市雨水管渠系統(tǒng)和超標(biāo)雨水徑流的排放系統(tǒng)。低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的貢獻(xiàn)，主要是通過對雨水的滲透、儲存、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)輸?shù)裙δ埽行Э刂票┯臧l(fā)生時城市內(nèi)的徑流總量、徑流峰值等。城市雨水管渠系統(tǒng)就是目前城市內(nèi)建設(shè)的傳統(tǒng)的排水系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要功能是和低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)發(fā)揮協(xié)同作用，暴雨時組織徑流雨水的收集、轉(zhuǎn)輸和排放。而超標(biāo)雨水徑流的排放系統(tǒng)，簡而言之就是在暴雨發(fā)生時，主要用來排放超過城市內(nèi)現(xiàn)有雨水管渠系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的雨水徑流。這幾個系統(tǒng)之間互為補充、相互依存，共同發(fā)揮作用，是建設(shè)海綿城市建設(shè)的最基本的組成部分。但是，我們也不難理解，低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)在三者中間發(fā)揮著非常重要的基礎(chǔ)性作用，它的承載能力對于控制城市暴雨災(zāi)害有著非同尋常的作用。因為低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)是以最天然的方式就地滲透，主動的應(yīng)對雨水問題，減少暴雨發(fā)生時流向別處的雨量，這是最安全的方式。因此，如果一個城市具有完善的低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)，總的地面徑流量就會減少，它就能夠減小城市雨水管渠系統(tǒng)和超標(biāo)雨水徑流的排放系統(tǒng)的排放壓力，那么該城市發(fā)生城市內(nèi)澇的可能性就會大大降低。這也正好解釋了雖然城市有排水管道，但是近年來城市內(nèi)澇愈演愈烈；雖然大部分農(nóng)村沒有排水管道，但是農(nóng)村內(nèi)澇要少很多。這就是因為農(nóng)村地面更容易滲水，低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)承載能力強，而城市隨著開發(fā)強度加大，低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)承載能力在逐年減弱。

通過以上分析，我們不難理解，一個城市低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)承載能力的加強，將大大有助于該城市的海綿城市建設(shè)。屋頂綠化能有效提高低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)對暴雨的承載能力，這主要表現(xiàn)在如下方面。

3.2.1屋頂綠化有助于減少地面徑流總量

降雨落到地面后，一部分會蒸發(fā)成水蒸氣，一部分會下滲進(jìn)入土壤變?yōu)榈叵滤Ｓ嗟乃蜁诘孛嫔闲纬陕?，這就形成了地表徑流。當(dāng)遇降雨時，沒有綠化的平屋頂和坡屋頂滲透量極小，絕大部分降水量都會直接排向與建筑相鄰的地面，增加該區(qū)域的地表徑流。

屋頂綠化有顯著的蓄水作用。首先，屋頂綠化的植物能吸收一部分水分；其次，屋頂綠化所用的基質(zhì)(比如土壤)能含有一部分水分；此外，屋頂綠化有一個蓄水層，可以根據(jù)實際情況的需要設(shè)計其蓄水量的大小。只有屋頂綠化的蓄水功能達(dá)到了飽和狀態(tài)，雨水才會流向地面。因此，與沒有綠化的屋頂相比，當(dāng)同樣的降雨量落到相同面積的綠化屋頂上時，雨水排向地面的可能性和水量都會大大減小，這就會減少地面的徑流總量和地面的排水壓力。屋頂綠化的存在相當(dāng)于增加了地面的滲水面積，進(jìn)而加強低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)對暴雨的承載能力。

3.2.2屋頂綠化有助于控制地面徑流峰值

地面徑流峰值即是在降雨過程中，地面徑流的最大值。暴雨過程中，地面徑流峰值超過一定上限后，就會危害城市和居民安全。因此，控制地面徑流峰值對海綿城市建設(shè)有著重要意義。

由上述可知，屋頂綠化能夠吸收一部分降雨量，從而減少地面徑流總量，這就無疑會降低地面徑流峰值。同時，屋頂綠化的基質(zhì)和蓄水層能夠延緩落到屋頂?shù)挠晁畔虻孛娴臅r間，這就會推遲地面達(dá)到徑流峰值的時間。對于同樣的降雨量，地面徑流峰值時間延后，這就相當(dāng)于增加了地面的滲水時間。一定雨量的情況下，滲水時間越長，滲入地下的雨水量就會越多，需要匯集向地面排出的雨水量就越少，這也無疑會降低地面徑流峰值。因此，屋頂綠化對于控制地面徑流峰值能起到雙重作用。

4 結(jié)語

屋頂綠化有助于城市生態(tài)的恢復(fù)和修復(fù)，對困擾海綿城市的暴雨現(xiàn)象有預(yù)防作用。同時，屋頂綠化有利于城市低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的建設(shè)，對于暴雨降水有緩解作用。因此，屋頂綠化對海綿城市的建設(shè)具有積極作用。

[1] 許 靜，孫 征，馬宇熹.濟(jì)南市“7·18”特大暴雨洪水災(zāi)害成因分析及對策[J].城市道橋與防洪，2009(6):42-45.

[2] 劉 強，郭其云，蔣慧靈.我國公共危機(jī)應(yīng)急救援力量體系建設(shè)[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2013(1):74-77.

[3] 關(guān)于開展中央財政支持海綿城市建設(shè)試點工作的通知[Z].財政部，2014.

[4] 海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建(試行)[Z].住房城鄉(xiāng)建設(shè)部，2014.

[5] 唐鳴放，鄭澍奎，楊真靜.屋頂綠化節(jié)能熱工評價[J].土木建筑與環(huán)境工程，2010(2)：87-90.

[6] 李 博，雷 丹，董 靚.屋頂綠化在城市空間中的績效分析[A].建筑環(huán)境與建筑節(jié)能研究進(jìn)展——2007全國建筑環(huán)境與建筑節(jié)能學(xué)術(shù)會議論文集[C].2007.