駱天慶 黃胤

為應(yīng)對(duì)全球氣候變化，基于綠色基礎(chǔ)設(shè)施和氣候適應(yīng)的海綿城市得到了空前的關(guān)注[1]。中國的城市開發(fā)普遍高度密集，洪水泛濫和水質(zhì)污染等問題因而愈發(fā)嚴(yán)重[2]。在高度城市化地區(qū)，復(fù)雜的下墊面建設(shè)情況和有限的建設(shè)用地制約了以地面為載體的海綿技術(shù)措施，若利用占城市下墊面65%的屋頂來進(jìn)行綠化[3]，借助綠色屋頂?shù)闹脖粚?、基質(zhì)層以及排蓄水層滯蓄降水，在一定程度上降低徑流峰值、減少徑流總量、延緩產(chǎn)流和峰值時(shí)間，可在立體空間上增加“海綿”數(shù)量，發(fā)揮降雨徑流調(diào)控效益，從而在土地資源緊缺的情況下有效改善城市水安全與促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展[4]。

綠色屋頂作為一項(xiàng)重要的海綿技術(shù)措施，目前國際上的研究應(yīng)用大都局限于小型控制實(shí)驗(yàn)區(qū)，隨著海綿城市建設(shè)的推進(jìn)，中國有望將其應(yīng)用擴(kuò)展到城市規(guī)模[5]，但造價(jià)高昂是制約其建設(shè)的主要因素[6]。出于經(jīng)濟(jì)性的考慮，鑒于綠色屋頂?shù)臏钭饔檬芙邓卣鳎◤?qiáng)度、歷時(shí)和間隔）、基質(zhì)狀況（厚度、吸水和持水性能）、屋面坡度、植物（品種和蒸騰量）等的影響，隨著氣候條件和設(shè)計(jì)特征的不同而具有顯著差異[7]，故針對(duì)具體城市的地域性研究至關(guān)重要[8-9]。各個(gè)城市在推進(jìn)綠色屋頂建設(shè)之前，有必要結(jié)合本地氣候特征、屋面條件和屋頂綠化產(chǎn)品切實(shí)測(cè)評(píng)屋頂綠化的滯蓄效益，以明晰這一技術(shù)手段的實(shí)效。

上海是第二批海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市，地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨熱同期，每年初夏梅雨期的集中、連綿降水以及短時(shí)強(qiáng)降水易引發(fā)城市內(nèi)澇和洪澇災(zāi)害，綠色屋頂是適合當(dāng)?shù)貧夂驐l件的低影響開發(fā)技術(shù)[10]，然而有模擬研究表明上海以綠色屋頂削減城市雨洪的效果不及德國、美國、加拿大的部分城市[11-13]。面向城市高密度建成區(qū)存量建筑的規(guī)模化綠色屋頂建設(shè)宜采用輕薄的拓展型產(chǎn)品[14]，但目前普遍認(rèn)為拓展型產(chǎn)品的滯蓄能力不如基質(zhì)較厚的綠色屋頂[9,15]。在上海的鄰近城市南京，通過屋頂?shù)臍庀?、土壤觀測(cè)及水量平衡方程估算，也發(fā)現(xiàn)拓展型綠化屋頂全年徑流削減率僅約為花園型的2/3，且四季之中綠化屋頂?shù)膹搅飨鳒p效應(yīng)反而以夏季為最低[16]。并且，雨季時(shí)綠色屋頂會(huì)因?yàn)榛|(zhì)含水量飽和而使滯蓄能力大幅下降（如屬于溫帶海洋性氣候的美國俄勒岡州所報(bào)告的下降幅度可達(dá)50%以上[17]）。因此，實(shí)測(cè)拓展型綠色屋頂產(chǎn)品在梅雨期的歷時(shí)滯蓄實(shí)效以及對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水的滯蓄能力，對(duì)于評(píng)估其實(shí)際價(jià)值極為關(guān)鍵。

一直以來，屋頂綠化滯蓄研究或采用相對(duì)便捷的受控試驗(yàn)法（設(shè)定降水條件測(cè)取個(gè)別設(shè)計(jì)變量的短時(shí)滯蓄效果），或借助間接估算法（通過氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)和水量平衡方程模擬分析屋頂綠化的歷時(shí)滯蓄規(guī)律），對(duì)于特定地域復(fù)雜的自然降水條件，多變量非受控作用下的滯蓄效果具有不確定性，這方面的實(shí)測(cè)研究相對(duì)較少[18]。上海目前在自然降水條件下的相關(guān)研究見諸報(bào)告的，僅有基于時(shí)降雨量界定屋頂綠化生長(zhǎng)最佳土層厚度的研究[19]。

此外，有研究表明，植被類型和植物多樣性對(duì)綠色屋頂截流能力的影響也有顯著差異，佛甲草（Sedum lineare）對(duì)于徑流的削減作用相對(duì)較差[20]，甚至與無綠化屋面相差無幾[18]。但佛甲草作為上海具有代表性的景天屬植物，長(zhǎng)期被用于輕型屋頂綠化，可滿足低荷載、低維護(hù)的需求[21]。因此，本研究針對(duì)適于上海地區(qū)推廣的拓展型佛甲草屋頂綠化產(chǎn)品，測(cè)量其在梅雨期自然降水和典型屋面形式下的滯蓄實(shí)效，旨在獲取直接、客觀的在地性數(shù)據(jù)支撐，以切實(shí)評(píng)估拓展型佛甲草屋頂綠化在梅雨期的歷時(shí)及單次降雨下的實(shí)際滯蓄效果，并借此討論和推斷其全年的滯蓄實(shí)效，既可供上海的海綿城市建設(shè)直接參考，又可為其他同樣遭受長(zhǎng)江中下游地區(qū)梅雨困擾的城市提供借鑒。

1 研究背景

上海梅雨期 （6—7 月 ）和臺(tái)風(fēng)雨期 （8 月 ）暴雨頻發(fā)，其中強(qiáng)暴雨、大范圍及長(zhǎng)時(shí)間的暴雨更容易在6 月出現(xiàn)[22]，因此6 月往往降水量最大、變異性最為顯著，且近年來上海的降雨中心向中心城區(qū)集聚[23]。

上海宜采用坡屋面建筑以利于保溫隔熱、減少屋頂滲漏，屋面坡度范圍應(yīng)在15°～35°[24]。前期研究通過對(duì)上海中心城區(qū)建筑的抽樣調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在適于屋頂綠化推廣建設(shè)的低層和多層建筑中：坡屋頂占比高于平屋頂；坡度大于30°的屋頂較少[25]。

目前上海地區(qū)屋頂綠化建設(shè)項(xiàng)目多采購市場(chǎng)上常見的營養(yǎng)土與蛭石等進(jìn)行混合。佛甲草用于上海大面積輕型屋頂綠化，采用深度為8 cm 的基質(zhì)（簡(jiǎn)稱8 cm 基質(zhì)）既可滿足存量建筑屋面荷載限制，又可順利越冬[25]。

2 研究方法

本研究選取0°和26.6°（坡比為1∶2）為試驗(yàn)研究的典型屋面坡度，在同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院文遠(yuǎn)樓樓頂設(shè)置試驗(yàn)裝置，對(duì)2019 年6—7 月梅雨期自然降雨過程及佛甲草模塊滯蓄情況進(jìn)行持續(xù)記錄觀察，并參照試驗(yàn)期間土壤濕度的測(cè)定數(shù)據(jù)，解析佛甲草模塊對(duì)于梅雨全期及單次典型降雨過程的滯蓄實(shí)效（圖1）。

對(duì)平、坡屋面進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)，是因?yàn)榧扔醒芯繉?duì)于不同屋面坡度下屋頂綠化的滯蓄試驗(yàn)結(jié)果尚存在差異。如Chow 等[26]的研究表明，屋面坡度越大，拓展型屋頂綠化的滯蓄率越低，坡度從2%增加至7%，滯蓄率會(huì)從56.9%減少到52.3%；而Liu 等[27]的研究則表明相較于7%和12%的屋面坡度，坡度為2%的拓展型屋頂綠化的徑流排放量更大。通過對(duì)照試驗(yàn)可確認(rèn)上海地區(qū)典型屋面條件下的滯蓄效果差異，有助于研判綠色屋頂作為海綿技術(shù)手段的推進(jìn)策略。基質(zhì)含水量也會(huì)影響綠色屋頂尤其是拓展型綠化屋頂?shù)慕亓髂芰?，降雨前基質(zhì)干燥的綠色屋頂較降雨前基質(zhì)相對(duì)濕潤(rùn)者截流效率明顯會(huì)高出很多[16]，因此本研究參考前期降水情況和土壤濕度測(cè)定值篩選基質(zhì)含水整體較高但仍有差異的單次降雨，以深入評(píng)估模塊在梅雨期的滯蓄力下降情況。此外，囿于經(jīng)費(fèi)和可操作性，試驗(yàn)裝置僅設(shè)置了一組，試驗(yàn)地點(diǎn)位于上海中心城區(qū)中暴雨發(fā)生水平較高的楊浦區(qū)[23]，借助較為極端的實(shí)證個(gè)案歸納推斷上海地區(qū)的滯蓄下限。

2.1 試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

選取佛甲草生長(zhǎng)成熟穩(wěn)定的試驗(yàn)?zāi)K共6 個(gè)，種植基質(zhì)以上海地區(qū)市場(chǎng)上常見的營養(yǎng)土（火山巖2%、珍珠巖28%、蚯蚓糞34%、泥炭36%）與蛭石以1∶1 體積混合而成。用角鐵搭建平、坡屋面的模擬構(gòu)架，構(gòu)架上部固定放置試驗(yàn)?zāi)K（在平、坡屋面模擬構(gòu)架上各放置3 個(gè)試驗(yàn)?zāi)K，為平、坡屋面組），下部放置記錄儀器，并通過密封膠管將模塊的滲漏槽與儀器相連，確保經(jīng)過模塊滯蓄后的降水能夠全部流入儀器中（圖2）。記錄儀器為7 臺(tái)美國SPECTRUM WatchDog 2000 系列氣象站。儀器雨量筒的直徑為20.5 cm，測(cè)量范圍為0.25 mm，測(cè)量精度為降水量＜5 cm/h 時(shí)±2%。其中儀器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ作為試驗(yàn)組分別連接平、坡屋面模擬構(gòu)架上的各個(gè)試驗(yàn)?zāi)K，儀器Ⅶ作為對(duì)照組測(cè)量實(shí)際降水量。試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄間隔時(shí)間設(shè)置為1 min。

2 試驗(yàn)裝置Test apparatus

2.2 土壤濕度測(cè)定

采用正大儀器的手持式ZD-06 土壤酸堿度/濕度專用測(cè)定儀進(jìn)行土壤濕度測(cè)定，濕度測(cè)定范圍為10%～80%，測(cè)量精度為±1%。利用降雨間隔在每個(gè)測(cè)驗(yàn)?zāi)K中隨機(jī)選擇3 個(gè)分散的測(cè)點(diǎn)，依次將測(cè)定儀插入土壤底部讀取濕度數(shù)據(jù)并計(jì)算平均值。囿于試驗(yàn)?zāi)K的土壤厚度小于測(cè)定儀準(zhǔn)確測(cè)量所要求的15 cm測(cè)量深度，該數(shù)據(jù)僅作為土壤濕度相對(duì)判定的參考依據(jù)。

2.3 滯蓄效益測(cè)算

滯蓄率、削減量以及延緩時(shí)間是目前評(píng)價(jià)屋頂綠化滯蓄力的3 種常用的核心參數(shù)。其中滯蓄率和削減量分別以無量綱和有量綱的方式考察屋頂綠化對(duì)雨水的減量情況，延緩時(shí)間則可分為產(chǎn)流延緩時(shí)間和峰值延緩時(shí)間。本研究通過滯蓄率考察梅雨全期的滯蓄效益，通過滯蓄率和延緩時(shí)間考察梅雨期內(nèi)單次降雨事件的滯蓄效益。

2.3.1 梅雨全期滯蓄效益

2019 年上海官方宣布的入梅時(shí)間為6 月17 日，出梅時(shí)間為7 月20 日，總持續(xù)時(shí)間為33 天。本研究取該時(shí)間段內(nèi)儀器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ記錄總量的平均值反映平屋面試驗(yàn)?zāi)K的滯蓄后排放總量（R平），儀器Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ記錄總量的平均值反映坡屋面試驗(yàn)?zāi)K的滯蓄后排放總量（R坡），儀器Ⅶ的記錄總量反映總降水量（P）。通過比較R平、R坡對(duì)于P的削減量來計(jì)算平、坡屋面滯蓄雨量對(duì)梅雨全期降水量的滯蓄率，進(jìn)而分析比較不同屋面條件下的滯蓄效益差異。由于試驗(yàn)?zāi)K與儀器雨量筒的受雨面積不同，試驗(yàn)組和對(duì)照組儀器的記錄數(shù)值在比較前需按式（1）進(jìn)行換算，整個(gè)梅雨期試驗(yàn)?zāi)K的滯蓄率計(jì)算式如式（2）所示：

式中：R′為換算后的滯蓄后排放量（mm）；R為試驗(yàn)組儀器記錄的滯蓄后排放量R平或R坡（mm）；0.25m2為試驗(yàn)?zāi)K的受雨面積，0.033 m2為儀器雨量筒的受雨面積；φ為滯蓄率（%）；P為降水量（mm）；x為表面徑流流失系數(shù)，x=0 時(shí)表示屋面坡度為0°。

囿于試驗(yàn)裝置較為簡(jiǎn)陋，未能搜集測(cè)得模塊的表面徑流部分。因屋面坡度越大，模塊的表面徑流流失更多[26]，故參考GB 50014—2021《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[28]中規(guī)定的綠地徑流系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值（為0.1～0.2），取上限值0.2作為坡屋面模塊表面徑流流失系數(shù)x。

2.3.2 單次降雨事件的滯蓄效益

以6 h 為最小降雨間隔時(shí)間[29]區(qū)分單次降雨事件。在單次降雨事件i時(shí)段內(nèi)同樣通過儀器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ的記錄總量平均值以及儀器Ⅶ的記錄總量獲得平、坡屋面試驗(yàn)?zāi)K的滯蓄后排放量（Ri平和Ri坡）及該次降水量（Pi），按式（1）對(duì)Ri平、Ri坡進(jìn)行換算后，再按式（2）計(jì)算平、坡屋面滯蓄雨量在該次降水量下的滯蓄率（φi）。比較該次降雨事件中對(duì)照組儀器的初始降水時(shí)間和試驗(yàn)組儀器初始產(chǎn)流時(shí)間以反映產(chǎn)流延緩時(shí)間（Ti/min），以及比較該次降雨事件中對(duì)照組儀器的瞬時(shí)最大峰值時(shí)間和試驗(yàn)組儀器的瞬時(shí)最大峰值時(shí)間以反映峰值延緩時(shí)間（Ti'/min）。由于單場(chǎng)降雨過程往往呈現(xiàn)多個(gè)峰值，在分析Ti'時(shí)也需討論排放峰值與多個(gè)降雨峰值的關(guān)系。

鑒于生長(zhǎng)成熟、穩(wěn)定的拓展型佛甲草模塊在既定的屋面條件下，基質(zhì)含水量是影響其滯蓄作用的重要自身系統(tǒng)因素，降雨強(qiáng)度則是影響其滯蓄作用的主要外部環(huán)境因素[30]，因此分別選擇梅雨期間前期降水和土壤濕度情況不同但本場(chǎng)降水特征類似的同雨型單次降雨事件，進(jìn)一步區(qū)分半濕潤(rùn)組和濕潤(rùn)組，考察基質(zhì)含水量和雨型差異對(duì)滯蓄效益的影響。按照中國氣象局的降水等級(jí)劃分[31]，以24 h 內(nèi)的累計(jì)降水量判定單次降雨事件的雨型。對(duì)于降水過程超過24 h 的單次降雨事件，其降水量及試驗(yàn)?zāi)K滯蓄后排放量的分析均采用了完整降水過程的測(cè)量數(shù)據(jù)。

2.4 滯蓄差異性分析

本研究視數(shù)據(jù)正態(tài)性和方差齊性情況，通過獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)或曼-惠特尼檢驗(yàn)判斷梅雨全期平、坡屋面組，單次降雨事件下平、坡屋面組，以及同雨型同屋面條件下半濕潤(rùn)、濕潤(rùn)組的滯蓄差異，通過單因素方差分析或克魯斯卡爾-沃利斯檢驗(yàn)判斷屋面和土壤濕度條件相同時(shí)不同雨型下各組的滯蓄差異，p＜0.050 則表明組間差異顯著。因樣本量小，若差異不顯著則進(jìn)一步考察差異幅度Cohen’s d 值，以0.200、0.500、0.800 分別對(duì)應(yīng)小、中、大臨界點(diǎn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 梅雨期降水概況及單次降雨事件篩選結(jié)果

2019 年上海梅雨季整體雨期偏長(zhǎng)，是近20 年來最長(zhǎng)梅雨期，總體降水量偏多，具有典型性。整個(gè)梅雨期儀器Ⅶ的記錄總量為355.3 mm，與官方公布的上海市各區(qū)觀測(cè)站點(diǎn)測(cè)得的降水量平均值364.1 mm 較為接近。

整個(gè)梅雨期儀器Ⅶ共記錄具有顯著降水過程的單次降雨事件16 場(chǎng)，其中小雨10 場(chǎng)、大雨3 場(chǎng)、暴雨3 場(chǎng)。期間進(jìn)行了9 次土壤濕度測(cè)定，其中平、坡屋面組平均土壤濕度有3 次≥80%，3 次為70%～＜80%，另有2 次在60%左右，1 次僅在40% 左右。從中選取降水特征較為接近、前期降水差異較大且土壤濕度測(cè)定值相對(duì)較高的小、大、暴雨各2 場(chǎng)，分別歸入半濕潤(rùn)組和濕潤(rùn)組進(jìn)行單次降雨事件的滯蓄分析（表1）。

表1 單次降雨事件篩選Tab.1 Selected single rainfall events

3.2 梅雨全期滯蓄率

整個(gè)梅雨期內(nèi)，儀器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的記錄總量在210～230 mm，儀器Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ的記錄總量在150～200 mm。平、坡屋面各試驗(yàn)?zāi)K對(duì)降水總量的滯蓄率在23%～41%，平均滯蓄率分別為38.9% 和30.6%；獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)p值為0.117，平、坡屋面組間滯蓄率差異不顯著；但Cohen’s d 值為1.625，表明差異幅度非常大，且平屋面試驗(yàn)?zāi)K比坡屋面試驗(yàn)?zāi)K平均多滯蓄降水29.4 mm，滯蓄率高8.3%，滯蓄力相對(duì)較優(yōu)（表2）。

表2 梅雨期平、坡屋面試驗(yàn)?zāi)K的測(cè)量數(shù)據(jù)及滯蓄率Tab.2 Measurement data and rainwater retention rates of test modules for flat and pitched roofs during the plum rain season

3.3 單次降雨滯蓄率

考察各單次降雨事件下各試驗(yàn)?zāi)K的滯蓄率及各組試驗(yàn)?zāi)K的平均滯蓄率（圖3），坡屋面濕潤(rùn)組試驗(yàn)?zāi)K在暴雨事件下的平均滯蓄率最低，為11.6%；平屋面半濕潤(rùn)組試驗(yàn)?zāi)K在小雨事件下的平均滯蓄率最高，為100%。不同組別試驗(yàn)?zāi)K的單次降雨滯蓄率差異性分析結(jié)果表明，除平、坡屋面的濕潤(rùn)組在暴雨和大雨事件下滯蓄率差異不大外，平、坡屋面的半濕潤(rùn)組在暴雨事件下，平、坡屋面的濕潤(rùn)組在小雨事件下，以及坡屋面的半濕潤(rùn)組和濕潤(rùn)組在暴雨事件下雖然p值略大于0.05，但Cohen’s d 值分別為2.211、1.776 和2.154，差異非常大；其余組別p值均小于0.050，差異顯著。佛甲草模塊滯蓄率的基本變化規(guī)律為：屋面坡度越小、基質(zhì)含水率越低、降水強(qiáng)度越低，佛甲草模塊的滯蓄率越高。

3 單次降雨事件的滯蓄率比較Comparison of rainwater retention rates of single rainfall events

3.4 單次降雨產(chǎn)流延緩時(shí)間

考察各單次降雨事件的產(chǎn)流延緩時(shí)間標(biāo)示圖（圖4），在小雨事件?的整個(gè)降雨過程中，平、坡屋面組儀器Ⅰ～Ⅵ的記錄值始終為0 mm，因此盡管坡屋面組在修正表面徑流流失總量后計(jì)算得到的滯蓄率并非100%，但其滯蓄后排放曲線囿于瞬時(shí)數(shù)據(jù)難以修正，平、坡屋面組均未反映產(chǎn)流延緩時(shí)間T16；不過在其余降雨事件中，儀器記錄均反映產(chǎn)流延緩時(shí)間。其中，延緩時(shí)間最短的為濕潤(rùn)組小雨事件?下的平屋面組，T12=5 min；延緩時(shí)間最長(zhǎng)的則為半濕潤(rùn)組大雨事件⑤下的平屋面組，T5=900 min。標(biāo)示結(jié)果表明，在基質(zhì)半濕潤(rùn)時(shí)，平屋面組試驗(yàn)?zāi)K的產(chǎn)流延緩優(yōu)于坡屋面組；在基質(zhì)濕潤(rùn)時(shí)，則是坡屋面組試驗(yàn)?zāi)K表現(xiàn)略優(yōu)。但對(duì)半濕潤(rùn)組和濕潤(rùn)組的平、坡屋面模塊進(jìn)行獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)，p值分別為0.904 和0.933，Cohen’s d 值分別為0.136和0.073，平、坡屋面組之間的差異幅度非常小。

4 單次降雨事件的產(chǎn)流延緩時(shí)間Discharge delay of single rainfall events

3.5 單次降雨峰值延緩時(shí)間

考察各單次降雨事件的峰值延緩時(shí)間Ti'標(biāo)示圖（圖5），在小雨事件?的整個(gè)降雨過程中，平、坡屋面組儀器Ⅰ～Ⅵ的記錄值始終為0 mm，因此坡屋面組的滯蓄后排放曲線同樣囿于瞬時(shí)數(shù)據(jù)難以修正，也未反映峰值延緩時(shí)間T16'。此外，在半濕潤(rùn)組暴雨事件②下首次出現(xiàn)降雨峰值（最大峰值）時(shí)儀器尚未記錄到模塊的排放數(shù)據(jù)，模塊排放峰值與第二次降雨峰值同步出現(xiàn)，距首次降雨峰值滯后240 min。在其余降雨事件中試驗(yàn)組儀器所記錄的峰值時(shí)間均與最大降雨峰值時(shí)間一致，未反映峰值延緩時(shí)間Ti'。

5 單次降雨事件的峰值延緩時(shí)間Peak delay of single rainfall events

4 討論

盡管本研究測(cè)取的土壤濕度數(shù)據(jù)不盡準(zhǔn)確，僅為參考，不過試驗(yàn)期間模塊的土壤濕度變化基本可對(duì)應(yīng)全期的降雨過程，基質(zhì)濕度總體較高，并不利于滯蓄雨水?；|(zhì)厚度是屋頂綠化雨水滯蓄能力的最大影響因子[9]，8 cm 基質(zhì)屋頂綠化裝置的滯蓄能力普遍不及基質(zhì)厚度大于15 cm 者[18,32]，但梅雨全期平、坡屋面模塊的滯蓄率基本在30%～40%，雖然低于現(xiàn)有研究所報(bào)告的拓展型屋頂綠化平均滯蓄率（為56%）[33]，與同緯度的成都的研究結(jié)果（成都2010 年7 月暴雨期的總雨量約為上海2019 年梅雨期的50%，相同基質(zhì)厚度的佛甲草綠色屋頂滯蓄率約為45%）相比也略有不及[34]，卻與相鄰城市南京的簡(jiǎn)易型屋頂綠化在夏季的徑流滯蓄率估算值32.9%相當(dāng)[16]，且略高于廣州（更為濕熱）30 mm 以上基質(zhì)厚度的垂盆草屋頂綠化的年均降雨滯蓄率實(shí)測(cè)水平[35]。這一頗為理想的滯蓄表現(xiàn)除了基質(zhì)成分和配比的影響之外，可能還因?yàn)樯虾Ｃ酚昶谟隉嵬?，且此時(shí)佛甲草臨近開花期，生長(zhǎng)旺盛，蒸騰作用較強(qiáng)。蒸騰作用是綠色屋頂滯蓄雨水的驅(qū)動(dòng)因素，可在降雨間隙令基質(zhì)生成新的滯蓄空間[36]。根據(jù)Zheng 等[18]對(duì)相關(guān)研究的統(tǒng)計(jì)，植物的高蒸騰作用也有利于綠色屋頂發(fā)揮滯蓄效能，高溫多雨的熱帶地區(qū)以及大陸性氣候條件下植物蒸騰作用顯著，綠色屋頂?shù)臏钚芟鄬?duì)理想。如長(zhǎng)期實(shí)測(cè)得到的紐約州雪城（大陸性氣候）景天屋頂?shù)钠骄鶞盥士蛇_(dá)95.9%[37]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于德國斯圖加特（溫帶海洋性氣候）在干旱年份測(cè)得的40%[38]。上海梅雨期的濕熱天氣疊合佛甲草的高蒸騰作用，所達(dá)到的30%～40%滯蓄率已接近屋頂綠化研究和建設(shè)水平領(lǐng)先的德國對(duì)于屋頂綠化雨水滯蓄的行業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)要求（如對(duì)于土壤基質(zhì)深度為20～40 mm、坡度為2%的綠色屋頂，該標(biāo)準(zhǔn)要求年降水滯蓄率為40%～45%）[39]，應(yīng)能有效緩解上海地區(qū)在梅雨期所面臨的雨洪問題。按照這一滯蓄率水平，以上海梅雨期降水量占全年水量近30%[40]估算，若推廣受試的8 cm 基質(zhì)佛甲草屋頂綠化產(chǎn)品，僅在梅雨期就有望貢獻(xiàn)至少10%的年徑流總量控制率，這對(duì)于上海建設(shè)海綿城市、防范洪澇災(zāi)害可發(fā)揮重要作用。

本次試驗(yàn)單次降雨事件中滯蓄率隨降雨強(qiáng)度、屋面坡度和基質(zhì)含水量的增大而減小，基本符合既往研究得出的規(guī)律[9,41]。盡管同為亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)但更為濕熱的香港有研究表明，8 cm 基質(zhì)的綠色屋頂在頻繁的強(qiáng)降雨下滯蓄效果會(huì)減弱，僅能降低徑流峰值、延緩峰值時(shí)間[42]，但本次試驗(yàn)無論是濕潤(rùn)組還是半濕潤(rùn)組，均在降低徑流峰值、減少徑流總量和延緩產(chǎn)流時(shí)間上發(fā)揮一定作用，而延緩峰值時(shí)間作用并不顯著。這可能是梅雨期雨勢(shì)連綿、峰值出現(xiàn)之前往往會(huì)有較長(zhǎng)時(shí)間降雨、基質(zhì)含水趨于飽和、排放與降雨同步的緣故。因此暴雨事件②是入梅初期的首次顯著降水過程，也是唯一顯現(xiàn)延緩峰值時(shí)間的作用（即試驗(yàn)?zāi)K的排放峰值后于降雨的第一次峰值出現(xiàn)）的降雨事件，這與廣州報(bào)告的暴雨事件中拓展型綠色屋頂可有效延遲暴雨峰值時(shí)間，但持續(xù)的復(fù)峰大降雨會(huì)令峰值延遲作用消弭相吻合[35]。基質(zhì)含水量高對(duì)于大雨，尤其暴雨情況下模塊滯蓄率的影響也非常顯著，濕潤(rùn)組在大、暴雨下的滯蓄率僅有20%～25%和10%左右，比半濕潤(rùn)組在同等雨型下低近20%～35%。而廣州拓展型綠色屋頂在復(fù)峰大降雨中報(bào)告的滯蓄率減少也在10%以上[35]。但目前中國城市對(duì)于屋頂綠化在自然降雨事件下的滯蓄實(shí)測(cè)試驗(yàn)數(shù)量有限，今后需通過更多研究進(jìn)行驗(yàn)證并總結(jié)規(guī)律。

平屋面模塊相較于坡屋面模塊，其滯蓄率以梅雨全期計(jì)算會(huì)高8.3%，不同雨型下則平均高10.7%，除土壤濕度較高時(shí)的大、暴雨事件外，均有明顯差異。但本研究未能搜集測(cè)得模塊的表面徑流，借助徑流系數(shù)估算坡屋面模塊的表面徑流流失量，難免會(huì)有誤差，有待進(jìn)一步研究論證。不過既往研究得出的規(guī)律也是平屋面綠化的滯蓄能力高于坡屋面綠化[9,41]，若本著雨水滯蓄效益推廣屋頂綠化，應(yīng)遵循平屋面建筑優(yōu)先的原則。

5 結(jié)論

本研究通過對(duì)適于上海地區(qū)推廣的拓展型佛甲草屋頂綠化產(chǎn)品在當(dāng)?shù)孛酚昶谧匀唤邓偷湫臀菝嫘问较碌臏顚?shí)測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)佛甲草輕薄屋頂綠化在上海梅雨期可發(fā)揮較為理想的降低徑流峰值、減少徑流總量和延緩產(chǎn)流作用；在上海及長(zhǎng)江中下游梅雨地區(qū)對(duì)各類建筑，尤其是平屋頂建筑進(jìn)行推廣建設(shè)，可有效緩解城市雨洪壓力；但對(duì)于連綿降雨過程中的強(qiáng)降水，其滯蓄作用較為有限，應(yīng)進(jìn)一步改良產(chǎn)品性能并整合其他有效的海綿措施。拓展型屋頂綠化可用作高度城市化地區(qū)的節(jié)地型海綿技術(shù)措施。中國城市今后應(yīng)針對(duì)本地的氣候特征，對(duì)其在自然降雨事件下的滯蓄實(shí)測(cè)進(jìn)行更多的研究，發(fā)現(xiàn)、驗(yàn)證、總結(jié)拓展型屋頂綠化在不同地域的滯蓄效益和規(guī)律。

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