綠色屋頂如何保護城市街道免遭洪水侵襲

綠色屋頂如何保護城市街道免遭洪水侵襲
日本福岡的Acros福岡生態建築擁有世界上最著名的綠色屋頂之一。 多倫多大學的GRIT實驗室正在努力為城市及其他地區帶來綠色屋頂,以應對氣候變化。 (存在Shutterstock)

2017春季和夏季是北美東部有記錄以來最潮濕的季節。 全世界都在註視著休斯頓,那裡的颶風“哈維”造成了毀滅性的洪水。

春天的降雨量 破紀錄 在多倫多這樣的地方,44.6小時內就有24毫米的降雨。 春季早些時候的傾盆大雨導致加拿大最大城市的雨水基礎設施氾濫,導致繁忙的市區街道氾濫成災。

北美許多城市的城市化進程導致可自由排水的可滲透表面迅速喪失。 加上像多倫多這樣的城市中不斷增長的市中心核心人口,這意味著現有的雨水和下水道系統必須管理比過去幾十年更多的水。

此外, 全球溫度升高與全球極端天氣事件的增加有關如果不控制全球變暖,這種趨勢可能會惡化。

許多城市 裝備不足 由於雨水基礎設施不足和過時,無法應對這些前所未有的降水。

綠色屋頂如何保護城市街道免遭洪水侵襲
在7月2013暴雨過後,一名拖車司機在多倫多的Don Valley Parkway上鉤了一輛汽車後,穿過洪水。 加拿大新聞/弗蘭克岡恩

多倫多市區下水道的百分之二十三,這意味著該市的雨水和廢水都在一條管道中一起流向水處理廠。 在大雨期間,下水道中的雨水量可能達到極限,並溢出到多倫多的街道,湖泊和河流中。


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這意味著為了防止市區洪水氾濫,污水未經處理就被釋放到允許游泳和其他休閒運動的水體中。

全球降雨量在增加,這是研究城市如何改造現有建築基礎設施以減輕洪災破壞並以更可持續的方式處理雨水的關鍵時刻。

綠色基礎設施技術,例如滲透性路面, 生物污水, 現在通常建議使用水箱和綠色屋頂來應對極端天氣事件。

雨水管理的綠色屋頂

綠色屋頂是綠色基礎設施(GI)選項幾乎可以應用於給定重量負載能力的任何屋頂。 綠色屋頂的好處遠遠超出了其明顯的美學吸引力。

多倫多大學土木工程師詹妮·希爾(Jenny Hill)及其合作者進行的研究 在學校的綠色屋頂創新測試實驗室(GRIT實驗室)表明,在給定的時間內,綠色屋頂能夠捕獲平均70%的降雨,從而減輕了地下雨水系統並將雨水釋放回大氣中的能力。

這項研究檢查了代表最常見行業實踐的四個綠色屋頂設計變量:種植類型(多肉植物或草和草本開花植物),土壤替代​​品(礦物,木材堆肥),種植深度(10厘米或15厘米)和灌溉計劃(無,每天或傳感器激活),以及這四個因素如何影響水的捕獲。

灌溉時間表顯示出最大的效果,保水能力從每天灌溉的50%增加到傳感器激活或不灌溉的70%。 換句話說,未澆水的屋頂或僅在土壤達到預定濕度時才澆水的屋頂具有更大的吸收雨水的能力。

此外,該研究計算了一個新的峰值徑流係數(用於計算綠色屋頂保持水量的常數),使綠色屋頂的0.1-0.15左右,與不滲透表面相比減少了85至90。

設計人員和工程師通常使用0.5(減少50%)的數字來評估屋頂綠化性能。 行業實踐與區域循證發現之間的差異突出了需要進一步研究的必要性。

綠色屋頂如何保護城市街道免遭洪水侵襲 GRIT實驗室綠色屋頂上的屋頂多肉植物和開花植物。 多倫多大學的GRIT實驗室

保留雨水的第二個最重要的變量是土壤替代物。 最廣泛使用的屋頂綠化材料是根據德國景觀研究,開發和建築協會(FLL).

FLL推薦使用礦物骨料,因為它被認為比生物土壤替代品更持久,更堅硬。 但是此建議已受到挑戰 今天的研究.

希爾和她的團隊將礦物生長材料與堆肥進行了比較。 在沒有灌溉的情況下,堆肥的性能優於礦物質的10%(70%對保留的60%),並且 隨時間推移壓縮或破壞最小。

希爾的研究的另一個關鍵發現表明,無論是澆水還是雨水都已經潮濕,種植材料對保水性的影響最大。 當完全飽和時,堆肥的性能要比替代礦物土壤高出三倍(保留的降雨量為83%,而29為%)。

堆肥更好的土壤替代品

這意味著堆肥不僅在每個季節都有更好的表現,而且在雨季和背靠背的暴風雨中表現也更好。

種植深度(10厘米對15厘米)和植物家族(多肉植物草和草本開花植物與種植材料和澆水時間表相比,兩者均顯示對雨水滯留的影響很小。

因此,在不影響雨水管理的前提下,植物的選擇可以滿足美學目標和環境基準,例如生物多樣性和物種棲息地。

綠色屋頂如何保護城市街道免遭洪水侵襲 蜜蜂在U的GRIT Lab屋頂花園附近的開花植物上盤旋。 T GRIT實驗室

屋頂綠化的限制因素之一是重量負荷,特別是在最初並未容納飽和屋頂綠化重量的建築物中。 因此,與10相比,15厘米的種植深度意味著更多的屋頂可以進行翻新。

儘管如此,即使包括草和草類植物在內的生物多樣性植物調色板在美學和生態上都將是更豐富的綠色屋頂選擇,但這些植物確實需要澆水才能在多倫多等城市中生存。 由於灌溉對雨水的保持有負面影響,因此綠色屋頂的設計者可以考慮使用抗干旱的肉質植物,如景天。

但是,如果將草本植物種植在堆肥而非礦物種植材料中,則可以防止雨水保持能力的下降。

由土壤濕度傳感器激活的按需灌溉可以平衡水管理與植物生長用水之間的平衡。 此外,堆肥的重量明顯小於礦物種植材料,從而為改造提供了更大的潛力。

因此,希爾和她的團隊對四個不同的綠色屋頂變量的研究使我們能夠理解每個變量的優點和局限性以及如何將它們組合在一起。

屋頂綠化:最佳的綠色基礎設施

我們認為,作為GRIT實驗室的研究人員,綠色屋頂由於其多功能性而成為最佳的城市綠色基礎設施:可以將其改造為現有建築物,為生物多樣性提供空間 城市野生動物 他們可以豐富 公共場所 供城市居民欣賞。 此外,綠色屋頂可以使以前荒涼的地方令人愉悅,並為上班族提供了新的室外空間。

綠色屋頂如何保護城市街道免遭洪水侵襲 在GRIT Lab綠色屋頂上,一隻蝴蝶在花叢中飛舞。 T GRIT實驗室

這些最新發現清楚地表明了綠色屋頂的潛力。 但是,必須像GRIT實驗室那樣對綠色屋頂進行全面的科學研究,才能確定最佳的綠色屋頂成分以獲得最佳性能。

例如,儘管種植類型對雨水滯留幾乎沒有影響,但已證明本地植物的草本混合物具有更多的功效。 對本地蜜蜂有吸引力 並且可以說更具吸引力。 這些信息很關鍵; 儘管目前肉質植物已成為行業標準,但僅在屋頂上種植肉質植物可能會對各個地區的城市生態產生負面影響。

設計綠色屋頂時要考慮的另一個變量是其位置。 GRIT實驗室研究員Scott MacIvor和共同研究員 發現建築物的高度很重要:當綠色屋頂太高時,蜂箱會少得多,因此設計一個旨在幫助八層以上的蜜蜂的屋頂是徒勞的。

隨著城市暴雨事件變得越來越頻繁和嚴重,雨水基礎設施老化的城市正努力尋找減輕影響的方法。 綠化屋頂可以作為此解決方案的一部分,但並非所有的綠化屋頂都是相同的。 適當的研究和知識至關重要。

關於作者

GRIT實驗室研究助理Catherine Howell, 多倫多大學; 詹妮弗·德雷克(Jennifer Drake),土木工程助理教授, 多倫多大學以及景觀建築學副教授Liat Margolis, 多倫多大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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