屋顶绿化对海绵城市建设作用初探

李 艳 伟

(济南大学土木建筑学院，山东 济南 250022)

0 引言

2007年7月18日，济南市区遭遇超强特大暴雨。暴雨造成多人伤亡，约33万群众受灾，全市直接经济损失约13.2亿元[1]。2012年7月21日～22日，北京市和北京市的周边地区遭遇强降雨。强降雨共造成10 660间房屋发生倒塌，直接导致164万人受灾，总经济损失达到116.4亿元[2]。近年来，每当进入雨季后，“城市看海”现象经常在我国多地城市发生。根据防汛部门的相关数据，2015年全国有150多个城市因暴雨发生内涝。城市内涝日益严重，地面硬化越来越多是主要原因之一。据统计，随着城市建设的飞速发展，在城市中心地区，地表径流系数(同一时间段内流域面积上的径流深度(mm)与降水量(mm)的比值)普遍由0.3左右增长至近0.7左右，当下雨时地面上有约70%的降水不能及时渗入地下。

为了解决日益严重的城市内涝问题，国务院正在大力推进海绵城市的建设，提出到2020年，力争城市建成区内20%以上的建成面积达到将70%的雨水量本地消纳和利用；到2030年时，城市建成区内80%以上的建成面积要达到这个目标要求。为了配合和指导国内海绵城市的建设，住房城乡建设部于2014年10月颁布了《海绵城市建设技术指南》。

1 海绵城市的内涵以及当前我国海绵城市建设的现状

海绵城市是一种很形象的概念，其内涵就是指城市在应对水的问题时能像海绵一样，在遇到环境变化和发生自然灾害等的情况下能够具有良好的“弹性”，下雨的时候具有吸水、蓄水、渗水和净水等方面的功能，而在城市需要的时候能将存储的水释放出来以供城市持续的利用。

当前一段时期，虽然我国海绵城市的建设仍处于试验和摸索阶段，但是国家对各地海绵城市的建设是非常重视和积极鼓励的。根据相关政策的规定，中央财政会对海绵城市建设试点给予专项的资金补助。在一定的期限内，具体的补助资金数量按试点城市的具体规模分档来确定，直辖市每年的补助最多可达6亿元，省会城市每年补助5亿元，其他城市每年则是4亿元。如若试点城市的海绵城市建设采用PPP模式，并且达到了一定要求，则该城市按上述的补助基数另外再奖励10%[3]。

2 海绵城市的建设途径

根据国家住房和城乡建设部于2014年10月发布的《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》(试行)的具体内容，海绵城市目前的建设途径主要包含以下几个方面：首先，我们应注意保护城市内现有的自然生态系统。为了达到这个目标，我们应尽可能地保护城市之内的现有河流、水塘、湖泊、沟渠和湿地等水环境生态比较敏感的区域，并且要保持足够的林地、草地、湖泊和湿地等面积，以此用来存储水源并在突发情况下应对较大强度的降雨，以达到延续城市人工高强度开发前本区域内原有的自然水文的特征，这是建设海绵城市内容的最基本要求。其次，我们应注意恢复和修复被破坏的生态。对于那些在过去传统粗放式的城市发展和建设过程中，已经遭到明显破坏的水体和其他的自然生态环境，我们就应该尽可能的采用生态的办法帮助尽快恢复和修复。另外就是低影响开发。低影响开发的概念要求我们在整个城市建设过程中，应严格遵循对城市内现有的生态环境造成最低程度影响的建设和开发理念，因此我们应考虑适宜的开发强度，以便在城市建成区内拥有足够面积的生态缓冲区域，合理控制城市建成区内的不透水界面的比例，以达到尽可能的降低因为开发建设而对城市现有自然生态环境带来的不利影响[4]。

以上三种途径涵盖于城市规划的多个层面之中——城市总体规划、专项规划和详细规划。而屋顶绿化的建设，就是属于详细规划的层面，它是建设海绵城市的有效方法之一。

3 屋顶绿化对于海绵城市建设的作用

与海绵城市的建设途径相对应，屋顶绿化对海绵城市的建设具有综合性作用。首先，屋顶绿化对于受到破坏的城市生态具有恢复和修复作用；其次，屋顶绿化对于建设低影响开发雨水系统具有积极的促进作用。

3.1 屋顶绿化有利于城市生态的恢复和修复

在城市开发建设过程中，基地原有的自然环境必然会受到一定程度的影响和破坏，而屋顶绿化对遭到破坏的自然环境具有生态的修复和恢复作用。屋顶绿化不仅能够避免夏季太阳直射屋面，进而对室内具有隔热和降温的作用,还能够改善日益恶化的城市生态环境，进而缓解大城市日益严重的热岛效应[5]。根据相关研究，屋顶绿化能向空气中蒸发水分，增加城市的湿度。绿化地区的绝对空气湿度要高于同等条件下的没有绿化的地区1 mb左右。特别是在干旱的春季，绿化充分的地区绝对湿度能增加约2 mb，而相对湿度能够增加大约20%～30%。相关研究还表明，屋顶和铺地等人工的硬质界面，在夏季太阳同等情况的照射下吸收热量最多温度升高最快，对大城市热岛效应的影响也最大。因此，随着城市开发强度的加大，大城市的热岛效应日益严重。然而，树冠和草坪等绿地的下垫面升温速度较慢，能够有效避免城市热岛效应的发生。当一个城市区域内的绿化覆盖率大于30%时，该城市区域热岛效应的强度开始出现明显地降低。所以，普通的硬质屋顶变成屋顶绿化以后，屋顶绿化能够对开发过程中形成的人工下垫面实现生态修复，有效缓解热岛效应[6]。

众所周知，生态环境恶化、热岛效应等是大城市气候异常的重要原因，这也加剧了城市非正常的干旱和暴雨量以及暴雨发生的频率。屋顶绿化对城市生态的恢复和修复作用，有利于大城市气候的正常化，进而能够降低暴雨频率和减少暴雨降雨量，这就能在一定程度上对困扰海绵城市的难题起到预防作用。

3.2 屋顶绿化有利于城市低影响开发雨水系统的建设

相关研究表明，一个建设成熟的海绵城市应至少具备以下三个完善的水系统：低影响开发雨水系统、城市雨水管渠系统和超标雨水径流的排放系统。低影响开发雨水系统的贡献，主要是通过对雨水的渗透、储存、调节、转输等功能，有效控制暴雨发生时城市内的径流总量、径流峰值等。城市雨水管渠系统就是目前城市内建设的传统的排水系统，该系统的主要功能是和低影响开发雨水系统发挥协同作用，暴雨时组织径流雨水的收集、转输和排放。而超标雨水径流的排放系统，简而言之就是在暴雨发生时，主要用来排放超过城市内现有雨水管渠系统设计标准的雨水径流。这几个系统之间互为补充、相互依存，共同发挥作用，是建设海绵城市建设的最基本的组成部分。但是，我们也不难理解，低影响开发雨水系统在三者中间发挥着非常重要的基础性作用，它的承载能力对于控制城市暴雨灾害有着非同寻常的作用。因为低影响开发雨水系统是以最天然的方式就地渗透，主动的应对雨水问题，减少暴雨发生时流向别处的雨量，这是最安全的方式。因此，如果一个城市具有完善的低影响开发雨水系统，总的地面径流量就会减少，它就能够减小城市雨水管渠系统和超标雨水径流的排放系统的排放压力，那么该城市发生城市内涝的可能性就会大大降低。这也正好解释了虽然城市有排水管道，但是近年来城市内涝愈演愈烈；虽然大部分农村没有排水管道，但是农村内涝要少很多。这就是因为农村地面更容易渗水，低影响开发雨水系统承载能力强，而城市随着开发强度加大，低影响开发雨水系统承载能力在逐年减弱。

通过以上分析，我们不难理解，一个城市低影响开发雨水系统承载能力的加强，将大大有助于该城市的海绵城市建设。屋顶绿化能有效提高低影响开发雨水系统对暴雨的承载能力，这主要表现在如下方面。

3.2.1屋顶绿化有助于减少地面径流总量

降雨落到地面后，一部分会蒸发成水蒸气，一部分会下渗进入土壤变为地下水，剩余的水就会在地面上形成漫流，这就形成了地表径流。当遇降雨时，没有绿化的平屋顶和坡屋顶渗透量极小，绝大部分降水量都会直接排向与建筑相邻的地面，增加该区域的地表径流。

屋顶绿化有显著的蓄水作用。首先，屋顶绿化的植物能吸收一部分水分；其次，屋顶绿化所用的基质(比如土壤)能含有一部分水分；此外，屋顶绿化有一个蓄水层，可以根据实际情况的需要设计其蓄水量的大小。只有屋顶绿化的蓄水功能达到了饱和状态，雨水才会流向地面。因此，与没有绿化的屋顶相比，当同样的降雨量落到相同面积的绿化屋顶上时，雨水排向地面的可能性和水量都会大大减小，这就会减少地面的径流总量和地面的排水压力。屋顶绿化的存在相当于增加了地面的渗水面积，进而加强低影响开发雨水系统对暴雨的承载能力。

3.2.2屋顶绿化有助于控制地面径流峰值

地面径流峰值即是在降雨过程中，地面径流的最大值。暴雨过程中，地面径流峰值超过一定上限后，就会危害城市和居民安全。因此，控制地面径流峰值对海绵城市建设有着重要意义。

由上述可知，屋顶绿化能够吸收一部分降雨量，从而减少地面径流总量，这就无疑会降低地面径流峰值。同时，屋顶绿化的基质和蓄水层能够延缓落到屋顶的雨水排向地面的时间，这就会推迟地面达到径流峰值的时间。对于同样的降雨量，地面径流峰值时间延后，这就相当于增加了地面的渗水时间。一定雨量的情况下，渗水时间越长，渗入地下的雨水量就会越多，需要汇集向地面排出的雨水量就越少，这也无疑会降低地面径流峰值。因此，屋顶绿化对于控制地面径流峰值能起到双重作用。

4 结语

屋顶绿化有助于城市生态的恢复和修复，对困扰海绵城市的暴雨现象有预防作用。同时，屋顶绿化有利于城市低影响开发雨水系统的建设，对于暴雨降水有缓解作用。因此，屋顶绿化对海绵城市的建设具有积极作用。

[1] 许 静，孙 征，马宇熹.济南市“7·18”特大暴雨洪水灾害成因分析及对策[J].城市道桥与防洪，2009(6):42-45.

[2] 刘 强，郭其云，蒋慧灵.我国公共危机应急救援力量体系建设[J].消防科学与技术，2013(1):74-77.

[3] 关于开展中央财政支持海绵城市建设试点工作的通知[Z].财政部，2014.

[4] 海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)[Z].住房城乡建设部，2014.

[5] 唐鸣放，郑澍奎，杨真静.屋顶绿化节能热工评价[J].土木建筑与环境工程，2010(2)：87-90.

[6] 李 博，雷 丹，董 靓.屋顶绿化在城市空间中的绩效分析[A].建筑环境与建筑节能研究进展——2007全国建筑环境与建筑节能学术会议论文集[C].2007.