绿色屋顶如何保护城市街道免遭洪水侵袭

绿色屋顶如何保护城市街道免遭洪水侵袭 日本福冈的Acros福冈生态建筑拥有世界上最著名的绿色屋顶之一。 多伦多大学的GRIT实验室正在努力为城市及其他地区带来绿色屋顶,以应对气候变化。 (存在Shutterstock)

2017春季和夏季是北美东部有记录以来最潮湿的季节。 世界仍在注视休斯敦,飓风“哈维”造成了毁灭性的洪水。

春天的降雨量 破纪录 在多伦多这样的地方,44.6小时内就有24毫米的降雨。 今年春天初的倾盆大雨导致加拿大最大城市的雨水基础设施泛滥,导致繁忙的市区街道泛滥成灾。

北美许多城市的城市化进程导致可自由排水的可渗透表面迅速丧失。 再加上多伦多城市中日益增长的市中心人口,这意味着现有的雨水和下水道系统必须比过去几十年管理更多的水。

此外, 全球温度升高与全球极端天气事件的增加有关如果不控制全球变暖,这种趋势可能会恶化。

许多城市 装备不良 由于雨水基础设施不足和过时,无法应对这些前所未有的降水。

绿色屋顶如何保护城市街道免遭洪水侵袭 在7月2013暴雨过后,一名拖车司机在多伦多的Don Valley Parkway上钩了一辆汽车后,穿过洪水。 加拿大新闻/弗兰克冈恩

多伦多市区下水道的百分之二十三,这意味着该市的雨水和废水都在一条管道中一起流向水处理厂。 在大雨期间,下水道中的雨水量可能达到极限,并溢出到多伦多的街道,湖泊和河流中。

这意味着为了防止市区洪水泛滥,污水未经处理就被释放到允许游泳和其他休闲运动的水体中。

全球降雨量在上升,这是研究城市如何改造现有建筑基础设施以减轻洪灾破坏并以更可持续的方式处理雨水的关键时刻。

绿色基础设施技术,例如渗透性路面, 生物污水 现在通常建议使用水箱和绿色屋顶来应对极端天气事件。

雨水管理的绿色屋顶

绿色屋顶是绿色基础设施(GI)选项几乎可以应用于给定重量负载能力的任何屋顶。 绿色屋顶的好处远远超出了其明显的美学吸引力。

多伦多大学土木工程师詹妮·希尔(Jenny Hill)及其合作者进行的研究 在学校的绿色屋顶创新测试实验室(GRIT实验室)表明,在给定的时间内,绿色屋顶能够捕获平均70%的降雨,从而减轻了地下雨水系统的排放并将雨水释放回大气中。

绿色屋顶如何保护城市街道免遭洪水侵袭 多伦多大学的GRIT实验室

这项研究检查了代表最常见行业惯例的四个绿色屋顶设计变量:种植类型(多肉植物或草和草本开花植物),土壤替代​​品(矿物,木材堆肥),种植深度(10厘米或15厘米)和灌溉计划(无,每天或传感器激活),以及这四个因素如何影响水的捕获。

灌溉时间表显示出最大的效果,保水能力从每天灌溉的50%增至传感器激活或不灌溉的70%。 换句话说,未浇水的屋顶或仅在土壤达到预定湿度时才浇水的屋顶具有更大的吸收雨水的能力。

此外,研究计算了一个新的峰值径流系数(用于计算绿色屋顶保持水量的常数),使绿色屋顶的0.1-0.15左右,与不渗透表面相比减少了85至90。

设计人员和工程师通常使用0.5(减少50%)的数字来评估屋顶绿化性能。 行业实践与区域循证发现之间的差异突出了需要进一步研究的必要性。

绿色屋顶如何保护城市街道免遭洪水侵袭 GRIT实验室绿色屋顶上的屋顶多肉植物和开花植物。 多伦多大学的GRIT实验室

保留雨水的第二个最重要的变量是土壤替代物。 最广泛使用的屋顶绿化材料是根据德国景观研究,开发和建筑协会(FLL).

FLL推荐使用矿物骨料,因为它被认为比生物土壤替代品更持久,更坚硬。 但是此建议已受到挑战 今天的研究.

希尔和她的团队将矿物生长材料与堆肥进行了比较。 在没有灌溉的情况下,堆肥的性能优于矿物的10%(70%对保留的60%),并且 随时间推移压缩或破坏最小。

希尔研究的另一个重要发现表明,无论是浇水还是雨水都已经潮湿,种植材料对保水率的影响最大。 当完全饱和时,堆肥的性能要比替代矿物土壤高出三倍(保留的降雨量为83%,而29为%)。

堆肥更好的土壤替代品

这意味着堆肥不仅在每个季节都有更好的表现,而且在雨季和背靠背的暴风雨中表现也更好。

种植深度(10厘米对15厘米)和植物家族(多肉植物草和草本开花植物与种植材料和浇水时间表相比,两者均显示对雨水滞留的影响很小。

因此,在不影响雨水管理的前提下,植物的选择可以满足美学目标和环境基准,例如生物多样性和物种栖息地。

绿色屋顶如何保护城市街道免遭洪水侵袭 蜜蜂在U的GRIT Lab屋顶花园附近的开花植物上盘旋。 T GRIT实验室

屋顶绿化的限制因素之一是重量负荷,特别是在最初并未容纳饱和屋顶绿化重量的建筑物中。 因此,与10相比,15厘米的种植深度意味着更多的屋顶可以进行翻新。

尽管如此,即使包括草和草类植物在内的生物多样性植物调色板在美学和生态上都将是更丰富的绿色屋顶选择,但这些植物的确需要浇水才能在多伦多等城市中生存。 由于灌溉对雨水的保持有负面影响,因此绿色屋顶的设计者可以考虑使用抗干旱的肉质植物,如景天。

但是,如果将草本植物种植在堆肥而非矿物种植材料中,则可以防止雨水保持能力的下降。

由土壤湿度传感器激活的按需灌溉可以平衡水管理与植物生长用水之间的平衡。 此外,堆肥的重量明显小于矿物种植材料,从而为改造提供了更大的潜力。

因此,希尔和她的团队对四个不同的绿色屋顶变量的研究使我们能够理解每个变量的优点和局限性以及如何将它们组合在一起。

屋顶绿化:最佳的绿色基础设施

我们认为,作为GRIT实验室的研究人员,绿色屋顶由于其多功能性而成为最佳的城市绿色基础设施:可以将其改造为现有建筑物,为生物多样性提供空间 城市野生动物 他们可以丰富 公共场所 供城市居民欣赏。 此外,绿色屋顶可以使以前荒凉的地方令人愉悦,并为上班族提供了新的室外空间。

绿色屋顶如何保护城市街道免遭洪水侵袭 在GRIT Lab绿色屋顶上,一只蝴蝶在花丛中飞舞。 T GRIT实验室

这些最新发现清楚地表明了绿色屋顶的潜力。 但是,必须像GRIT实验室一样对屋顶绿化进行全面的科学研究,才能确定最佳屋顶绿化成分以获得最佳性能。

例如,尽管种植类型对雨水滞留几乎没有影响,但已证明本地植物的草本混合物具有更多的功效。 对本地蜜蜂有吸引力 并且可以说更具吸引力。 这些信息很关键; 尽管目前多肉植物已成为行业标准,但仅在屋顶种植多肉植物可能会对各个地区的城市生态产生负面影响。

设计绿色屋顶时要考虑的另一个变量是其位置。 GRIT实验室研究员Scott MacIvor和共同研究员 发现建筑物的高度很重要:当绿色屋顶太高时,蜂箱会少得多,因此设计一个旨在帮助八层以上的蜜蜂的屋顶是徒劳的。

随着城市暴雨事件变得越来越频繁和严重,雨水基础设施老化的城市正努力寻找减轻影响的方法。 绿化屋顶可以作为此解决方案的一部分,但并非所有的绿化屋顶都是相同的。 适当的研究和知识至关重要。

关于作者

GRIT实验室研究助理Catherine Howell, 多伦多大学; 詹妮弗·德雷克(Jennifer Drake),土木工程助理教授, 多伦多大学以及景观建筑学副教授Liat Margolis, 多伦多大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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