1)首尔女子大学，园艺科学种植生物技术和景观建筑系

　　2)首尔女子大学，生态景观规划实验室

　　简介

　　市区的雨水循环是基于自然界中的雨水循环改造而来。对于土地使用的变动会影响市区的水循环。例如，湿地的排水会使得发达地区水循环加速。建筑物地表上大部分都是块石面路覆盖着。因此，由于市区地表的顺坦，地表的保水力和截流力减弱了。径流的增加，蒸发和渗透力的减弱是市区的水循环特征所在（K?nigK. W, 1996; Lee, E. H, 1997）。

　　这引起了很多潜在的问题。径流的增加会导致更高的河流流量水峰，并且缩短循环的滞后时间（Herrmann R, 1977; Dunnett N and Kingsbury N, 2005）。为了预防灾害，有必要增加河岸高度，建立水量调控大坝，并且让河道伸直。但是，这样做的常常会招致水位上涨，打乱水生动植物生态系统，减少生物多样性等后果。所以在市区增加绿化面积是件难事。但是就屋顶而言，它的径流系数几乎只有一个，并且屋顶在市区面积广大，作用的传播上也是不容小觑。这大大提升了屋顶成为一片绿化空间的潜力。例如，首尔现如今苦恼于 48%的市区的地表七成是块石面路 （Seoulmetropolitan government, 2001）。

　　公园，天然地面和绿化的房顶的雨水径流量教低，而那些倾斜的房顶和沥青铺设的地面径流量较大。

　　城市化过程中由于建设了更多的不渗水的地表，如阻截水流穿过土壤渗透到蓄水层的路面和建筑，也增加了地表的径流。但这迫使径流直接流入河流或是雨水沟里。这样的话，甚至在没有洪水暴发的情况下，也会引起严重的地表侵蚀。径流量的增加会减少地下水的补给，从而降低地下水位，引发更严重的洪涝灾害（Kim YR, 2008）。

　　在首尔这一案例中，严重的洪涝灾害给这一地区每年带来了巨大的损失。洪水暴发期间，地表径流量每天以2488000 立方米增加（www. ecoinfo.seoul.go.kr）。在过去几年里，突发性的强风暴的发生更为频繁。

　　有关减少，减弱并调控暴雨径流量方面的一些研究，旨在降低市区洪涝灾害的危险，和提高市区水平衡，从而应对洪涝的来袭（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）。但对暴雨集中夏季的韩国的国内房顶绿化在保水和滞后循环时间方面的年调控效果，研究甚少。

　　因此，本文基于对韩国首尔现有的一个绿化屋顶的观察，分析在当地环境下，粗放型的屋顶绿化系统如何发挥它的效用。本文的任务在于评估以上提到的绿化屋顶的暴雨天气的保水潜力，径流水量以及循环滞后时间。测量周期为2007年9月到2010年7月，共观察24场不同的降雨。

　　实验材料和方法

　　为了准确研究现有绿化屋顶的保水力，建设了一个带有屋顶绿化系统的雨水储藏系统。实验材料和方法如下：

　　1.屋顶绿化体系

　　屋顶绿化体系建立于 2007 年，位于首尔女子大学行政楼。这一作为参照的屋顶没有倾斜度，屋顶面积约为 140 ㎡。绿化屋顶长为 14 米，宽为 10m，地面高度为13m。

　　屋顶绿化属于粗放型，地层深度为 100mm。本次实验中所采用的是韩国本土植物（Caryopteris incana, Hemerocallis dumortieri etc.）和一些景天属植物（Sedum kamtschaticum,Sedum sarmentosum etc.）（表格 1）

　　2.雨水储藏系统

　　实验中的雨水储藏系统配有屋顶绿化系统，从而研究初期降雨后的保水潜力，和径流量。

　　在房顶的边沿安装了两个雨水槽和开放式的排水沟，用于储藏穿过底层的雨水。而且在两个水槽上还安装了流量计，用于测量在一定时间内从系统中流入到水槽中的水量。太阳能系统的建立是为了通过安装在两个水槽里的水泵半永久性地使用储藏的雨水。

　　3.数据的收集和分析

　　采用 Campbell Scientific 数据采集器制造的 CM6 模型天气自动监察站，并将其按装于研究现场记录雨水变化。该气象站的测量项目包括环境空气温度，环境湿度，相对湿度，风速和风向。配有整体数据记录器的浮球 Thailmedes 轴头编码器（由 OTT MESSTECHNIK GmbH & Co.KG 制造）安装在雨水槽，来测量雨水径流量。

　　轴头编码器和气象站数据，是从 2007 年 9 月到 2010 年 7 月一天 24 小时中每 10 分钟测量一次收集而来的。测量时，使用了配有交换关闭模块和储藏模块的数据记录器。基于调控期间发生的 24 次降雨，分析测量得到的保水力数据。

　　结果

　　监控期间收集到了发生的 24 场降雨（表 2）。降雨量变化幅度为 2.0-30.9mm。所挑选的降雨事件显示了屋顶绿化对于径流的量和延迟上的影响。此外，从 24 次降雨中选择了 8 次

　　来分析强降雨和微降雨的特征。

　　案例 1：这是发生在 2007 年 9 月 1 号的一次强降雨，降雨量为 15.89mm，径流量为 3.18mm/㎡。保水力百分比为 80%，滞后时间为 2.3h。

　　案例 2：这是发生在 2007 年 6 月的一次强降雨，降雨量为 11.56mm，径流量为 2.38mm/㎡。保水力百分比为 79.4%，滞后时间为 2.5h。

　　案例 3：这是发生在 2009 年 7 月 24 日的一次强降雨，降雨量为 23.3mm，径流量为 4.9mm/㎡。保水力百分比为 78.8%，滞后时间为 1.1h。

　　案例 4：这是发生在 2009 年 9 月 21 日的最强的一次降雨，降雨量达到 30.9mm，径流量为5.29mm/㎡。保水力百分比为 82.9%，滞后时间为 2.1h。

　　案例 5：这是发生在 2008 年 7 月 5 日的一次微降雨。降雨量为 2.01mm，径流量为 0.02mm/㎡。保水力百分比为 99.3%，滞后时间为 2.5h。

　　案例 6：这是发生在 2008 年 7 月 12 日的一次微降雨。降雨量为 3.79mm，径流量为 0.11mm/㎡。保水力百分比很高，为 97%，滞后时间为 0.5h。

　　案例 7：这是发生在 2008 年 9 月 22 日的一次微降雨。降雨量为 4.0mm，径流量为 0.11mm/㎡。保水力百分比很高，为 97%，滞后时间为 0.2h。

　　案例 8：这是发生在 2008 年 9 月 25 日的一次微降雨。降雨量为 6.8mm，径流量为 0.29mm/㎡。保水力百分比很高，为 95.8%，滞后时间为 1h。

　　1.综合分析

　　被研究的绿化屋顶的降雨量的平均保水力的百分比为 89.7%，变化范围为 78.8%~99.3%。表 2 展示了调控期间选取的 24 次降雨。结果显示，被研究的绿化屋顶可以延迟雨水径流量约 1.6h。强降雨和微降雨将的保水力和延迟时间上存在一些差异。强降雨的平均保水力百分比为 80.2%，平均延迟时间为 2.0h。而微降雨中分别为 97.3%和 1.1h。

　　表 2 2007年9月到2010年7月测量的降雨事件的径流延迟时间

　　*1), 2), 19), 21): 强降雨/ 9), 10), 15): 微降雨

　　探讨

　　植被覆盖的绿化屋顶能留住更多的雨水，并且也能延迟更多的径流时间。有些研究已经表明已铺路面的地区包括建筑物的屋顶区域，其雨水径流率接近于 90~100%。相比之下，自然绿化区域为 10%~20%，而且在自然绿化区域的滞后时间比已铺路面的地区的地区长（Geiger W and Dreiseitl H, 1995; Jeroen M et al., 2005）。

　　根据加拿大温哥华图书馆绿化屋顶的调控项目的报告，图书馆的绿化屋顶减少了16%的径流率，平均高于一个普通的铺面屋顶的径流率减少水平。在暴雨情况下，径流量减少了 3%，而在干燥的季节，雨水径流量能减少达 80%或者更多（Johnston J and Newton J, 1996）。对于植被覆盖的水文形态的研究结果表明，绿化屋顶的暴雨保水力变化幅度是 39%~100%，平均保水力接近于 78%（Carter T L and Rasmussen T C, 2006）

　　结果，我们的实验发现跟的其他一些学者 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 的报告发现一致。在其他一些研究中也考虑到了屋顶绿化对于保水力的影响，同时也表明绿化的屋顶能够吸收雨水并且在一段时间内能慢慢释放这些雨水。这跟传统的屋顶恰恰相反。散落在传统屋顶上的水分会马上流失掉 （ Liesecke HJ, 1999; Schade C, 2000; Moran A et al., 2003;Roth-Kleyer S, 2005）。有些研究中还暗示依靠底层深度的粗放型绿化屋顶可以留住 60%的降落到它上面的雨水（Liesecke HJ, 1998; Schade C, 2000; Monterusso MA et al., 2004）。 FLL指导方针《绿化屋面的种植，设置和养护》（2002）也同样表明绿化屋顶的年保水力决定于水道的深度。在 FLL 指导方针中，水道深度为 100-150mm 的粗放型绿化屋顶的年保水力百分比为 55%。但是本文中的实验发现这一百分比在水道深为 100mm 的粗放型绿化屋顶中为90.3%，和 FLL 的结论相悖。原因在于，本文中的研究结果不是局限于年度的，而是根据主要降雨持续时间得出的。FLL 中的数据是每年的平均值，但是本文中的研究结果在时间和气候等方面和 FLL 存在一定差异。其次，在 FLL 知道方针中还提到，水道深为 500mm 或以上的精耕细作型绿化屋顶的年平均保水力的百分比为 90%或者更多。韩国有很多深水道的精耕细作型绿化屋顶。因此，广泛开展精耕细作型绿化屋顶保水力效果的研究具有一定的必要性。

　　本文中对于保水力平均百分比和滞后时间的观察研究表明绿化屋顶有助于通过保水力和径流滞后的效果改善市区水循环。因此可以得出这样的结论：绿化屋顶有助于预防市区洪涝灾害。

　　在地价高昂的首尔市中心，绿化屋顶是替代绿化地面的最佳选择。激励性政策对于促使公民自发建设绿化屋顶有一定的必要性，同时对于市区可持续性环境的建设也要积极给予支持。