关于绿色屋顶影响因素的研究
【摘要】 SWMM相比于传统的在5min;集约型绿色屋顶的滞蓄能力高，径流总量控制率达模型中添加低影响开发设施以后得出研究区域改造前后对比效果的研究，应更加了解导致产生不同结果的具体影响因素，便于以后制定“因地制宜”的海绵城市建设方案。通过采用单一敏感性分析法，对比改变单一参数得到的模型模拟结果，确定绿色屋顶的各项参数对于模型计算结果的影响。得到试验结果:粗放型绿色屋顶排水能力强，形成径流时间相64.4%，高于比于集约型绿色屋顶提前了粗放型绿色屋顶对径流总量的控制率61.3%;土壤层为沙土的绿色屋顶下渗率最大，粘土最小。研究得出结论:首先在相同土壤组织类型条件下，绿色屋顶的土壤层厚度对于降雨径流的影响最大，其次是同一降雨事件发生在同一个屋顶的情况下，土壤层土壤组织类型会对降雨径流影响，最后植被容积小数虽然在模型中对于结果的影响并不大，但是在现实生活中由于植被根茎对于雨水的滞留和对土壤的团化作用，也有着十分重要的影响。低影响开发设施文献标识码:A植被容积小数文章编号:1002-8471（2020）S1-0858-05模型关键词SWMM中图分类号:X45DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2020.S1.191土壤层ResearchoninfluencingfactorsofgreenroofZhaoTinghong，JiaoJiao（SchoolofEnergyandPowerEngineering，LanzhouUniversityofTechnology，Lanzhou730050，China）Abstract:ComparedwiththetraditionalresearchonthecomparativeeffectoftheresearchareabeforeandafterthetransformationafteraddingthelowimpactdevelopmentfacilitiestotheSWMMmodel，weshouldknowmoreaboutthespecificinfluencingfactorsthatleadtodifferentresults，soastoformulatethespongecityconstructionplanof“adjustingmeasurestolocalcondi-tions”inthefuture.Byusingthesinglesensitivityanalysismethodandcomparingthesimulationresultsobtainedbychangingthesingleparameters，theinfluenceoftheparametersofgreenroofonthecalculationresultsofthemodelisdetermined.Theexperimentalresultsshowthatthedrainagecapacityoftheextensivegreenroofisstrong，andtherunofftimeis5minutesearlierthanthatoftheintensivegreenroof;thestoragecapacityoftheintensivegreenroofishigh，andthetotalrun-offcontrolrateis64.4%，whichishigherthanthatoftheextensivegreenroof，whichis61.3%;theinfiltrationrateofthegreenroofwithsandlayeristhelargest，andtheclaylayeristhesmal-lest.Theresultsshowthat:firstly，underthesamesoilorganizationtype，thethicknessofsoillay-erofgreenroofhasthegreatestinfluenceonrainfallrunoff，secondly，underthesamerainfalle-基金项目:国家自然科学基金（51509122;51369014）。858第46卷增刊2020年给水排水WATER&WASTEWATERENGINEERINGVol.46增刊2020ventonthesameroof，thesoilorganizationtypeofsoillayerwillhaveaninfluenceonrainfallrun-off，andthelastvegetationvolumefractionhaslittleinfluenceontheresultsinthemodel，butitisinrealityTherootsofvegetationalsohaveaveryimportantinfluenceontheretentionofrainwaterandtheaggregationofsoil.Keywords:SWMMmodel;Lowimpactdevelopmentfacilities;Soillayer;Vegetationvolumedecimal。，，，、、。。（0坡度雨水渗透池生物滞留池但其对于屋顶的承重能力产流时间等特性各不相同、引言海绵城市的渗透技术措施分为绿色屋顶下凹式绿地、透水、塘和铺装）绿色屋顶是一种绿色低影响开发设施雨水渗井，该低影响开发设施可有效降低雨也称为绿化屋面绿色水中污染物负荷和降雨径流总量和降雨峰值不同类型绿色屋顶的屋顶的土壤层具有渗透作用渗透能力虽然绿色屋顶这一低影响开发设施可带来许多关于雨水控制利用的积极影响时间与空间条件和防水等均有严格要求根据种植基景观复杂程度和选配质深度植物的种类数可以分为粗放型绿色屋顶和集约型，也称为简单式绿色屋顶和花园式绿色屋绿色屋顶，集约型顶基质深度一般为绿色屋顶由于需要搭配种植乔木粗放型绿色屋顶由于对景观效果集约型雕、所以粗放型绿色屋顶在为建可根据不同需求选择不同种类600mm要求偏低绿色屋顶对于景观效果要求较高像等景观设施占用屋顶面积的植被容积小数普遍大于集约型绿色屋顶筑添加绿色屋顶时的绿色屋顶[4]。以上[1-2];普遍采用单一种类植物植被层[3]，，主要由土壤层组成（粗放型基质深度一般为需要设置假山，200mm以下）、、。、。，，，。，不同种类绿色屋顶对于降雨径流的影响11.1试验方法试验场地选用位于中国西北地区的甘肃省兰州适用性与市某住宅社区、雨洪管理模型选用俄亥俄州辛辛那提市付费情况，美国环境保护局国家风险管理研究与开发实验室开发的暴雨洪水管理模型综合考虑了软件的操作性，ManagementModel）区所示平面图与和CAD其中S8S45。SWMM（StormWater社作为本研究的建模软件[3]。子汇水区划分块如图为社区商业建筑楼顶区域1SWMM，958和S32为居民住宅楼楼顶区域选取以上子汇水，分，采用单因素敏感性分析法，添加集约型绿色屋顶S6区作为试验研究对象别对子汇水区和LID为原设施S6混凝土屋面个子汇水区在同一降雨事件和同种土壤组织类型条件下的降雨径流情况添加粗放型绿色屋顶不添加任何，设施对比对，设施，S8LIDLIDS45S8。4。图1SWMM子汇水区划分块Fig.1SWMMsubcatchmentareablockdiagram1.2参数选取选取兰州市38月年添加为新的按照2019钟降雨数据导入模型渗方法选取户手册与工程经验为相关参数取值最大入渗率地蓄水量17.13mm/h，，下渗法Horton曼宁值，，最小入渗率“2.54mm，添加的绿色屋顶的各项N0.013，与日降雨事件将住分，下时间序列用”。SWMMH5.1子汇水区3mm/h，子汇水区S32洼S8、S45所示S6土壤组织类型选取壤土作为研究定量，可知LID的土壤层厚度为与的土壤层厚度均为200mm，1为S60.2;S8S45的植被容积小数为0.18S45事件和同种土壤组织类型下和对比子汇水区0.13。参数如表。1由表植被容积小数与在同一降雨与600mm，S8S6，第46卷增刊2020年给水排水WATER&WASTEWATERENGINEERINGVol.46增刊2020可得出土壤层厚度对于降雨径流的影响S8汇水区的影响S8、S45得出低影响开发设施添加前后的区别S8将子汇水区;对比子;可得出植被容积小数对降雨径流可对比S32S45S6与与与，。表1绿色屋顶的各项参数LID子汇水区结构层Tab.1Lidparametersofgreenroof值）N）表面层S6土壤层排水垫层表面层S8土壤层排水垫层表面层S45土壤层排水垫层名称/mm曼宁（）容积比（容积比（）/mm/h/%/%/mm/mm/mm/mm护堤高度植被容积小数表面粗糙度表面坡度厚度孔隙率容积比（产水能力枯萎点导水率导水率坡度吸水头厚度孔隙比粗糙度曼宁（护堤高度植被容积小数表面粗糙度表面坡度厚度孔隙率容积比（产水能力枯萎点导水率导水率坡度吸水头厚度孔隙比粗糙度曼宁（护堤高度植被容积小数表面粗糙度表面坡度厚度孔隙率容积比（产水能力枯萎点导水率导水率坡度吸水头厚度孔隙比粗糙度/mm/mm/mm/mm/mm/%曼宁（）容积比（容积比（）/mm/h值）N/mm曼宁（值）N））容积比（容积比（）/mm/h值）N/mm曼宁（值）N）。。2，与，3，4S32S45对比可知S8、S6、S45径流截止时间和峰现时间如表、项时间指标均排名最后子汇水区可以知道径流形成时间与个子汇水区的产流产流径流将在屋面不添，低，日降雨事件后得出数据截止时间以及洪峰出现时间所示时间。时间是指绿色屋顶排水垫层产生径流的时间，截止时间是指排水垫层中径流停止产生的时间子汇水区加低影响开发设施时影响开发设施的积极影响显而易见与影响并不显著度内容积分数的根茎所占容积与土壤容积的分数对于降雨径流的影响并不显著S6对比可知粗放型型绿色屋顶相比于集约型绿色屋顶，集约型绿色屋顶相比于粗放型在排水效能方面更优，绿色屋顶滞蓄能力更强集约型绿，对于屋面的色屋顶具有极佳的景观效益与经济效益，承压能力并且初期造价，需根据不同用途的建筑以成本高，种绿色屋顶的选择及面对人群的需求决定S8对比可知植被容积小数对于各项时间指标的植被容积小数是指植被填充蓄水深在本试验中植被容积小数代表植物，植物，与防渗能力等均有严格要求、后期养护费用高、但在现实生活中，由此可知，子汇水区S8。。2。表个子汇水区的产流时间、径流截止时间和峰现时间24Tab.2Runoffgenerationtime，runoffcut-offtimeand子汇水区peaktimeoffoursubcatchmentareas产流时间径流截止时间峰现时间3与S6S8S8S6S45S32S32S45，S45水区2:31:002:03:002:05:002:10:000:07:000:20:000:18:000:14:000:54:000:51:000:51:000:51:00个子汇水区的降雨径流逐分钟变化如图子汇水区个子汇水区4所示。其余子汇水区，流量略高于子汇水区2a高峰径流量与总径流量远高于高峰径流量与总径而子汇水区与S8关于高峰径流量与总径流量相差不明显子汇子汇水区与S6的径流控制率为虽然粗放型绿色屋顶64.4%。S45对于径流的控制率高滞蓄能力强但同时这一现象，、也会加大屋顶的负荷对房屋的建筑结构安全造成负面影响继，续选取不同峰值位置与降雨强度的雨型进行模拟，得到降将雨径流逐分钟变化如图个子汇水区的径日降雨事件模拟结果年流曲线走向与降低试验偶发误差，日降雨事件添加至模型的径流控制率为为证实模拟结果61.3%，2b月2019所示12S8，4年月9，。，，201983数值2000.20.40.52000.4630.2320.1163.31088.9500.50.110000.180.40.56000.4630.2320.1163.31088.9500.50.110000.130.40.56000.4630.2320.1163.31088.9500.50.11.3试验结果将建立完成的值）NSWMM模型添加2019年月38068第46卷增刊2020年给水排水WATER&WASTEWATERENGINEERINGVol.46增刊2020、，、、11沙质粘土粉质粘土粘质壤土、种土壤组织类型粉质粘壤土、土土土壤总容积的分数孔隙水容积与总容积的相对值存土壤含湿量的临界数值在良好排干的土壤具有结合水时孔隙水容积与总容积的相对值，率是指土壤的饱和导水率的最小下渗速率度与土壤湿度亏损曲线水头粘孔隙率是指土壤孔隙容积与，产水能力是指土壤允许排干时枯萎点是指植物生仅仅导水，参数中导水率坡度是指导水率的平均坡吸水头是指土壤的毛细吸土壤组织类型参数如表，等价于Horton所示，，，，。，3表3土壤组织类型参数Tab.3Parametertableofsoiltissuetype土壤组织类型沙土壤质沙土砂质壤土壤土粉质壤土沙质粘壤土粘质壤土粉质粘壤土沙质粘土粉质粘土粘土厚度/mm孔隙率容积比（产水能力容积比（）枯萎点容积比（）导水率）/mm/h导水率坡度吸水头/mm2000.4370.0620.024120.3961049.0222000.4370.1050.04729.9721060.692000.4530.1900.08510.92210109.9822000.4630.2320.1163.3021088.92000.5010.2840.1356.60410169.9262000.3980.2440.1361.52410219.9642000.4640.3100.1871.01610210.0582000.4710.3420.2101.01610270.0022000.4300.3210.2210.50810240.032000.4790.3710.2510.50810290.0682000.4750.3780.2650.25410320.043---在以上壤土、粘土、《SWMM5.1种土壤组织中选取分别添加至模型，用户手册下渗参数种最具代表性11沙土的土壤在下，与工程经渗编辑器中根据验修改每种土质相应的如表所，4示加由于土壤中的植物根茎阻挡径流路径，，大下渗时长加大孔隙更易透水两方面的原因使得具有植物的土壤下率，渗速率大于具有很少或是没有植物的土壤当没有植物的沙土植物根茎易使土壤团质化粘土的最大下渗速率分别为、壤土、Horton其中》。;，，最小下渗速率是等价于土壤的导水率。mm/h、76.2mm/h、25.4mm/h下渗速率应大于该值线中的最小下渗速率常数单位为区的土壤径流量与下渗量的关系常用数值范围在为对象1/h，S6，2~7。分别观察降雨事件发生时，，Horton127本试验的最大曲衰减以子汇水不同种类。时，。2.2试验结果选取雨量计168，年日降雨数据作为本模型的2019将每种类型的土壤设置为不同土壤层参月83图2降雨径流逐分钟变化Fig.2Minutebyminutevariationofrainfallandrunoff基本相同。。综合以上结果可知水垫层产流能力成反比层越厚力强土壤层厚度与绿色屋顶排，土壤土壤层越厚产流越小;，粗放型绿色屋顶排水能峰现时间越延后，形成径流时间相比于集约型绿色屋顶提前了，集约型绿色屋顶的滞蓄能力高径流总量控高于粗放型绿色屋顶的径流总量控绿色屋顶的低影响开发设施参数中径流峰值以但是由于植物易土，5min;制率达制率的植被容积小数对于屋面雨水的产流及峰值延后时长的影响并不明显使土壤团化增加孔隙率壤的渗流能力就越大所以植被容积小数越大，64.4%，61.3%。，、，。2土质对绿色屋顶效能的影响为了降低外界因素对试验的干扰粗放型绿色屋顶作为研究对象。本试验采用，2.1土壤组织类型参数土壤和雨水都是大自然的馈赠在对土壤的研究过程中依据孔隙率，枯萎点、、壤质沙土、相互影响相互产水能导水率和吸水头等参数将土壤分为沙沙质粘壤砂质壤土粉质壤土壤土、，、、、、作用力土第46卷增刊2020年给水排水WATER&WASTEWATERENGINEERINGVol.46增刊2020表4沙土、壤土、粘土的下渗参数Tab.4Infiltrationparametersofsand，loamandclay土壤组织类型最大下渗速最小下渗速率衰减常数沙土壤土粘土/mm/h150.6317.71.67/mm/h120.3963.3020.254/h-12.382.813.10图3不同类型土壤对低影响设施开发的影响Fig.3Effectsofdifferenttypesofsoilonthedevelopmentoflowimpactfacilities，33a所示由图S6，分别作用与子汇水区，3壤土次之，得，此处产流能力代表绿色屋顶排种土壤类型粘土，但降雨初期径流量基本相所以土壤组织类型对于径流的影响低于土壤层，种土壤组织的下。壤土和粘土的排水性能由强到当雨水下渗缓慢在绿色屋顶基质层储存过久。会提高屋面塌陷屋面防水层被破坏以及屋顶绿，、数的低影响开发设施出结果如图。水垫层产生的径流量可知中土壤层为沙土的屋顶径流量最高绿色屋顶的径流量最少同厚度对于径流的影响渗率也反映了沙土弱时植水淹的概率3b图中3、，造成直接人身伤亡与财产损失，对于雨水径流的影响，综合以上结果可知。水质、其次为土壤组织类型，植被容，由于适合屋面绿化的温度等生长因素的需对于土壤、，并且不同的建筑屋面也有不同的使用需，所以不能根据模拟结果直接确定绿色屋顶土壤层，但可以以植物的耐受度，尽可能的配制能降低雨水，降、基质厚度影响最显著积小数对于径流的影响最小植物中类很多求不尽相同求中不同的土壤组织类型配比为依据运用本模型结果，产流时间延后洪峰出现时间、低雨水径流并且提高单位时间下渗量的优型土壤提前径流截止时间、。3结论本文对于绿色屋顶的影响因素分为土壤基质厚度---得出对于雨水径流影响的结论，、面数响最显著径流的影响最小其次为土壤组织类型，3个方土壤组织类型和植被容积小土壤基质厚度影，植被容积小数对于，。本文应用，相比于前人宏观方面介绍绿色屋顶在水文与水更加，具体化的研究了不同因素对于雨水径流的影、可以为以后海绵城市的建设和老旧城区的低影响，质方面的作用精细化响开发改造的不同建设需求提供具体的指导建议雨洪管理模型SWMM。总的来说模型参数选择是可靠的但由于缺少气候因素对于参数的细微影，气候方面资料的收集响没有在文中论证。，参考文献[1]ZhangML，ChenH，WangJZ，Rainwaterutilizationandstormpollutioncontrolbasedonurbanrunoffcharacterization[J].JournalofEnvironmentalSciences，2010，22（1）:40-46.[2]JamesW.BestModelingPracticesforUrbanWaterSystem，[3]Monograph10[M].Ontario:CHI，2002.吴建立等孙飞云，董文艺，，域雨水径流和水质分析基于.SWMM水利水电技术模拟的城市内河区[J].，2012，43（8）:90-94.王书敏[4]于慧，张彬，等，。绿色屋顶技术控制城市面源污染应用研究进展重庆文理学院学报[J].自然科学版（），2011，30（4）:59-64.§，:女矫娇年出生甘肃兰州人主要研究方向为内陆水力学与水生态发展甘肃省兰州市城关区红星巷，1994，:730000。作者简介生通信处室1891研究，。99号。土壤，268E-mail:1003936970@qq.com收稿日期:20200521
