Application of Green Roof in Relieving Urban Waterlogging: A Review

Green roof plays a critical role in regulating roof runoff by reducing runoff, delaying runoff generation, reducing runoff peak flow and improving runoff water quality effectively. On the basis of introducing significance and role of green roof, this paper reviewed domestic and international researches on the green roof's control over roof runoff, and analyzed the factors that influence the control of green roof over the runoff, so as to provide a theoretical support and method for the construction of green roofs in urban districts.

Green roofs for storm water management:a review

The rapid urbanization and industrialization involve an unsustainable use of natural systems,leading to various problems in cities.The urban hydrological system experiences fluctuating amount of surface runoff water when it rains heavily.It has been suggested that green roofs significantly mitigate storm water runoff generation even in tropical climate.Green roofs have become popular due to its proven benefits by mitigating urban heat island effects and protecting biodiversity.The annual rainfall and runoff relationship for green roofs is determined by the depth of the substrate.Water retention capacity mostly depends on substrate's physical conditions such as dry or wetness.Generally 6 mm to 12 mm rainfall is required for dry substrate to initiate runoff whereas response of wet conditions is mostly straight.Besides,there are some other factors affecting runoff dynamics such as type of a green roof and its slope,age of green roof,type of vegetation,soil moisture characteristics,weather.The review indicates that there is not much research in green roofs performance over storm water runoff;hence there is a need for further research.This paper reviews and addresses the role of green roofs in urban storm water management.

基于城市洪涝径流和积水特征的绿色屋顶空间布局优化研究

【目的】绿色屋顶等LID设施的空间布局差异会对城市洪涝灾害的削减效果产生不同的影响。为解决绿色屋顶在城市规划中具体空间形态的优化问题,【方法】通过设置随机分布、沿道路分布和沿积水点分布等3种绿色屋顶空间布局方案,利用SWMM模拟其对洪涝径流和积水特征的影响,并利用熵权-TOPSIS法综合评价出最优方案,实现绿色屋顶的空间布局优化。【结果】结果显示:(1)在相同绿色屋顶覆盖率下,不同空间布局的绿色屋顶对地表径流都具有较好的削减作用,对径流总量和峰值的最大削减率能够达到23.99%和39.12%。(2)不同空间布局对洪涝积水的影响差异明显,其中沿积水点分布布局的削减效果总体上要优于其他方案,该方案平均积水时间最多削减15.18%,积水节点最多减少69.19%,最长积水时间最多缩短10.98%,严重积水节点最多减少48.08%。(3)沿积水点分布布局的TOPSIS评分在多种情景下的总得分分别为0.663、0.685、0.526和0.594,均为得分最高的方案。【结论】结果表明:不同空间布局的绿色屋顶方案对地表径流总量的影响差距不明显,差值在2%以内,难以据此进行布局优化;凭借空间位置差异,沿积水点分布布局对洪涝积水的削减效果明显优于其他方案,在相同绿色屋顶覆盖率情况下能够更好地减弱洪涝的不良影响;沿积水点分布布局可以作为研究区绿色屋顶布局规划的参考方案,具有研究区类似下垫面特征和城市建设规划的地区,在开始进行绿色屋顶铺设时,可以优先在积水严重区域布设,形成沿积水点分布的空间布局,获取较好的洪涝削减效果,后续规划时再向其他区域扩张。

城市降雨屋面径流污染分析和管理控制

城市屋面是城市不透水面积的一个重要组成部分,屋面径流是城市非点源污染的一个重要来源。分析国外对屋面径流水质研究情况并结合自己的实验结果发现,屋面径流水质含有的污染物浓度较高。实验研究表明不同屋面材料、屋面的使用时间长短、位于不同功能区的屋面其径流中污染物浓度存在有很大的差异,其大致的规律是混凝土屋面径流的污染指标基本上都比较高,屋面使用的年载越长,其径流中污染物浓度相对越高,靠近交通要道的屋面,径流中污染物浓度都较高。用无量纲累积污染物量与累积径流量的比值方法分析初始冲刷效应,发现屋面径流初始冲刷比较明显。屋面径流处理后实现再利用,处理过程简单,可以成为城市用水的一个重要来源。

城市降雨径流污染因素与防治

城市降水径流污染中的污染物主要来自降水、城市地表和排水系统。根据武汉不透水区、透水区和森林覆盖区的不同区域的采样试验分析得出,降水径流污染除了受大气质量影响外,还受到降水强度、降水量、降水历时、降水间隔时间和汇水面等因素的影响;屋面径流污染物的来源具有多样性、复杂性和不确定性,除了大气湿沉降带来各种不同类型的污染物外,还受到屋面材料、屋面年限、材料腐蚀、管道腐蚀和污染残留物等因素的影响。一般规律是降水径流初始污染物浓度高,随着降水历时的延长,降水径流污染物浓度逐渐降低。在合流制排水系统的城市,有20%～60%的径流污染(SS、COD和BOD5)来自排水系统。因此,改造排水系统、控制径流污染,可以维持生态平衡和保护城市水环境。

屋面径流污染物的出流类型与水质特性研究

在对上海城区屋面径流进行监测的基础上,分析了屋面径流中污染物的出流过程,并探讨了其水质特性。通过对污染物出流过程的研究,得到了3种屋面径流污染物的出流类型及出流水质的变化特征和发生的环境条件;污染物出流事件平均浓度(EMC)的对数正态概率分布结果表明,不同污染物的EMC均具有较好的正态分布性;对屋面径流污染物的出流EMC进行统计分析,得到上海城区屋面径流的COD、SS、BOD5、NH3-N、TP、TN的EMC分别为42.6、76.9、15.2、1.61、0.14、4.8 mg/L,其中SS、COD为主要污染物。

天津平顶沥青屋面径流雨水污染特征分析

在监测天津市不同功能区(文教区和居住区)的平顶沥青屋面径流雨水水质的基础上,探讨了屋面径流雨水随降雨历时的变化规律及污染的影响因素.结果表明:平顶沥青屋面的初期径流雨水污染严重,CODCr、TOC、BOD5、TN、色度和浊度均超出地表水V类或生活杂用水标准,CODCr、BOD5和TN浓度的最高值可以达到1 632,399.814,55.01 mg/L,不宜直接收集回用.屋面径流雨水BOD5/CODCr为0.201,可生化性低.

城区屋面径流水质特征与初期径流量研究

研究城区屋面径流水质变化特征和初期径流量,可为有效利用城市雨水、控制非点源污染等提供依据。对新乡市2010年城区屋面3场降雨～径流的水文水质过程进行采样分析,结果表明:①屋面径流系数在0.92～0.98之间,径流形态与降雨过程线类似,二者波动幅度相对较小;②各指标标准差率呈SS>COD>DO>pH值的趋势,这与各自含量变化过程的指向性一致;③径流中主要污染物SS、COD变化趋势基本一致,即随着降雨历时的持续其含量逐渐降低,并趋于一个稳定值;④径流中SS与COD之间的相关性较好,而DO与其之间的相关性较差;⑤场次降雨屋面初期径流量为1～3mm的降雨量或前15～20min的径流量。

城市屋面降雨冲刷污染物变化模型模拟研究

城市屋面降雨径流污染是受纳水体质量恶化的主要影响因子。以典型屋面作为汇水单元,开展天然降雨情况下雨水径流水文水质过程监测试验,水质指标包括SS、COD、TN。利用雨水径流产流负荷替代降雨强度校正了传统冲刷模型,研究有效降雨深度与径流水质之间的相关函数关系,构建了雨水径流污染物浓度变化模型,对相关参数进行求解。模型模拟的SS、COD、TN的浓度变化过程精度较高,纳什效率系数均在0.87以上。表明模型的实用性较好,可为城市雨水资源高效利用、面源污染控制技术与措施制定、海绵城市建设等提供依据。

城区屋面雨水径流水文水质特征研究

研究城区屋面径流水文过程与污染物浓度变化特征,为有效利用城市雨水、控制非点源污染提供依据。通过体积法对新乡市城区屋面降雨径流进行采样,水质指标分析包括pH、SS、COD和DO。屋面径流系数为0.92~0.98间。研究结果表明：径流初期污染严重,后期COD、SS浓度分别在25 mg/L和30 mg/L以下。径流曲线形态与降雨过程线类似,两者波动幅度相对较小。径流中COD与SS之间的相关性较好,而DO与其之间的相关性较差。径流水质主要受降雨量、降雨强度、屋面材料、季节和气温等因素影响。

绿色屋顶对城市流域径流的影响

为使绿色屋顶技术在城市雨洪管理中有效发挥作用,寻求一种高效可靠的评估绿色屋顶应用对城市流域径流影响的方法。以伊利诺伊州CDS-51流域为例,利用Matlab程序建立IUHM-GR(Illinois urban hydrologic model-green roof)组合模型,考虑不同绿色屋顶覆盖率,以及透水-不透水、不透水-透水、组合情况等不同径流方式的情况,分析了绿色屋顶的应用对流域径流的影响。结果表明:绿色屋顶具有较好的蓄滞效果,可有效削减流域径流总量和峰值,且绿色屋顶覆盖率比绿色屋顶径流方式对流域径流有更大的影响。

高度城市化地区屋顶绿化径流调控效益评价——以厦门岛为例

屋顶绿化的降雨径流调控效益对城市水安全与可持续发展具有重要作用,尤其是在土地资源紧缺与环境问题突出的高度城市化地区,然而目前针对城市尺度进行屋顶绿化降雨径流调控效益的研究较少。以厦门岛142 km^(2)的典型高度城市化地区为研究对象,采用ArcGIS与SCS-CN水文模型,研究了四种屋顶绿化实施场景在四种不同重现期(2、5、10、20年)降雨事件下各汇水区屋顶绿化的降雨径流调控效益,并依其空间分异特征制定差异化生态建设策略。结果显示,(1)平均地表径流减少率随城市屋顶绿化量的增加从0.91%增加至4.51%,随降雨强度的增加从2.86%下降到2.01%。屋顶绿化对南部城市核心区中山路商圈汇水区的地表径流削减作用最为显著,在2年重现期降雨事件和100%屋顶绿化实施场景下地表径流减少了8.84%。(2)厦门岛易积水区域主要分布在高崎机场、西北部港口、筼筜湖、五缘湾和环岛路;在四种屋顶绿化实施场景下,平均积水深度降低1.68、4.68、6.45、14.43 cm,平均积水面积减少6.11、16.89、23.29、52.06 hm^(2),而随着降雨强度的增加,积水面积减少率幅度降低,屋顶绿化对中低强度降雨的积水缓解效果显著。研究表明,未来厦门岛大规模屋顶绿化的实施具有显著的降雨径流调控效益,可以有效应对高度城市化地区的水安全问题。此外,屋顶绿化降雨径流调控效益的空间分异特征分析,可以为城市生态化治理提供科学指引。

宁波绿色屋顶径流水质分析

对绿色草坪屋顶和普通沥青屋顶的屋面径流水质作了研究分析,结果表明,绿色屋顶可以削减暴雨径流约58%。绿色屋顶径流中的NH3-N、TN、TP浓度均高于普通沥青屋顶,尤其是绿色屋顶建设初期的TP浓度。随着降雨历时的延续,各项污染物都呈逐渐下降趋势。污染物浓度随绿色屋顶运行时间的延长而逐渐下降。

城市区域不同屋顶降雨径流水质特征

城市屋顶降雨径流是城市面源污染的主要组成部分之一。为了解城市不同屋顶降雨径流的水质特性,以重庆地区5种屋顶为例进行了20场降雨径流的水质监测。研究结果表明,不透水屋顶降雨径流污染物浓度均随降雨历时的延长而降低,混凝土屋顶降雨径流的COD、TP、TN、NH3-N平均浓度分别是瓦屋顶的1.6、1.7、1.4和1.5倍,且不透水屋顶降雨径流总氮的70%~80%为无机氮,总磷的20%~32%为磷酸盐;浅层屋顶降雨径流COD、TN、TP、NH3-N和NO-3-N浓度分别是深层绿色屋顶的0.25~0.26、0.3~0.5、0.07~0.09、0.3~0.6、0.05~0.06倍,且绿色屋顶降雨径流总氮的60%~80%为硝态氮。前期干旱天数和混凝土屋顶径流中的TN、接骨草屋顶径流中的氨氮浓度呈显著正相关关系,混凝土屋顶径流TP浓度与降雨强度显著正相关,降雨持续时间和瓦屋顶径流TSS平均浓度显著正相关。研究结果为城市建筑屋顶降雨径流的科学管理提供了参考。

北京城市典型下垫面降雨径流污染初始冲刷效应分析

城市硬化地表的迅速增加使得降雨径流量增加,屋面和路面等下垫面上污染物的大量累积并随径流进入城市排水系统,对城市水环境造成威胁.为了解径流污染过程和给径流污染控制提供科学依据,于2004～2006年选取典型屋面和路面对径流污染过程进行了监测和分析,计算了两种径流的次降雨平均浓度(EMC)水平,发现两类径流的COD和TN污染较为严重;屋面径流的化学需氧量(COD)、总氮(TN)分别超标(地表水环境质量标准GB 3838-2002 V类)3.64和4.80倍;路面径流的COD、TN分别超标3.73和1.07倍.利用M(V)曲线,判断径流量同径流污染负荷的关系,发现屋面径流污染物总悬浮颗粒物(TSS)、COD、TN和总磷(TP)发生了不同程度的初始冲刷现象;路面初始冲刷现象主要表现为TSS和TP,总体上初始冲刷效应不明显.汇水面性质、降雨强度、污染物累积状况等都是影响屋面和路面径流污染物排放特征的重要影响因素.

城市区域绿色屋顶普及对水量水质的影响

绿色屋顶是城市降雨径流管理的主要措施之一,为了解绿色屋顶普及对城市流域降雨径流量和径流水质的影响,本文以重庆大学虎溪流域为研究载体,评估了绿色屋顶规模化应用与流域降雨产流和径流水质的响应关系.结果表明:在城市流域进行屋面绿化有助于消减降雨径流以及产污负荷,且屋顶绿化规模和空间分布情景影响降雨径流水质.在屋顶占城市区域总面积的比例为25%、降雨持续时间15 min、降雨强度14.8 mm·h-1的条件下,当区域内屋顶全部绿化时,峰值降雨径流降低5.3%,降雨径流总量降低31%;总悬浮物(TSS)、总磷(TP)、总氮(TN)的污染负荷分别降低40.0%、31.6%、29.8%,峰值浓度分别降低21.0%、16.0%、-12.2%,平均浓度分别降低13.1%、0.9%、-1.7%;随屋顶绿化率的增加,TSS、TP浓度消减率有所提高,而TN浓度消减率则呈降低趋势,靠近流域总出水口进行屋面绿化,更有利于径流水质的改善.

绿化屋顶雨水滞蓄能力试验研究

屋顶绿化可以配合既有绿地涵养水分,是解决城市雨洪问题的有效策略之一。本文基于绿化屋顶观测试验结果,初步定量研究了北京城市气候下绿化屋顶的雨水滞蓄能力。结果表明:绿化屋顶具有较好的雨水持蓄能力,不同降雨条件下,约有70%的降雨被持蓄;绿化屋顶具有明显的减滞洪峰效果,不同降雨条件下,绿化屋顶均可有效的削减洪峰流量、延滞洪峰到达时间。根据降雨产流过程的观测与分析,归纳出绿化屋顶典型降雨产流模式,即可划分为初期雨水持蓄、快速产流及缓慢释放等3个阶段,并定量分析了各阶段的雨水持蓄特点。

城市绿化屋顶的微气候调节与径流削减效应研究

快速城市化与气候变化双重作用下,热岛效应与城市内涝成为最为突出的城市环境问题。绿化屋顶因能有效利用闲置屋面添緑、帮助城市缓解热岛和暴雨径流而受到关注。以往研究较多探讨单种气象条件下、单个小面积实验型绿化屋面的气候水文调节功能,本研究基于夏秋两季的微气候水文观测数据,定量分析不同气象条件下5种典型绿化屋顶的降温和径流削减效应。首先选择晴朗、多云、降雨3种典型夏日天气条件,分析草坪、裸土、菜地、小面积花园、大面积花园5种类型绿化屋顶与对照光屋顶之间的温度差日变化规律,探讨绿化屋顶热效应强度及时空特征;其次,选择暴雨、大雨、中雨及小雨4次典型降雨,分析大面积草坪与花园型绿化屋顶上的降雨-滞蓄过程及径流削减率。研究结果表明:绿化屋顶降温与升温效应并存,晴朗无风天气条件下,距离屋面10 cm和150 cm两个高度上,绿化屋顶最高可降低气温5.3℃和2.5℃,多云及降雨天气条件下降温强度下降,升温时段延长;白天草坪与裸土上的大气温度高于对照光屋顶,其它绿化屋顶的温度低于对照屋顶;夜间5个绿化屋顶的大气温度均低于对照屋顶,且降温效应按照大面积花园、草坪、小面积花园、裸土、菜地的顺序递减。绿化屋顶径流削减效益与绿化类型及降雨强度密切相关,花园型绿化对一次典型暴雨、大雨、中雨、小雨的径流削减率分别为50.8%、78%、100%、100%,简易型绿化的4次径流削减率分别为24.3%,58.6%,98.2%和100%。研究结果可为同气候区其他城市绿化屋顶环境设计及管理提供一定参考价值。