海绵城市技术影响下的屋顶绿化植物配置研究

2022-09-11

2014年10月, 国家住房和城乡建设部发布了《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建 (试行) 》 (以下简称《指南》) , 指南中提出的低影响开发技术包含有透水铺装、绿色屋顶、下沉式绿地、雨水湿地、植草沟等16种单项技术措施[1]。近年来, 国内外很多城市出台系列政策措施推动屋顶绿化发展, 既在有限的地域范围内增加了绿化数量, 也扩展了户外活动空间, 具有广阔的发展前景。但在海绵城市建设技术的指导下, 如何选择合适的植物是屋顶绿化发展面临的新课题。

1 概念及研究历史

1.1 海绵城市建设技术的概念及研究历史

海绵城市是指城市能够像海绵一样, 在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”, 下雨时吸水、蓄水、渗水、净水, 需要时将蓄存的水“释放”并加以利用[1]。海绵城市建设是面对气候条件急剧变化提出的应对措施, 支撑海绵城市建设的低影响开发雨水管理技术是海绵城市建设的核心, 也是生态园林城市建设的重要措施。

低影响开发 (Low-Impact Development, 简称LID) , 最早由美国马里兰州环境资源署首次提出, 其内涵是通过源头分散的、小规模的控制机制和设计技术, 综合采用入渗、过滤、蒸发和蓄流等方式减少径流排水量, 使城市开发区域的水文功能尽量接近开发之前的自然水文循环状态[2,3], 这对城市的可持续发展具有重大意义。LID的理念是管理雨水而非处理雨水, 与造价高、工程量大的末端雨水治理方法最大不同的是, LID是通过小动作、高性价比的景观方法从源头进行雨水过程管理。LID通过使用精妙设计和先进技术, 使保护生态系统安全和保证公众生活质量二者达到良好的平衡, 在环境受到较小影响的情况下, 使区域的高速发展成为可能[4]。

城市化的发展带来了城市景观格局的演变, 也带来了一系列环境问题。场地规划最直接影响的就是场地的雨水径流 (图1) , 在我国, 绝大多数项目在进行场地规划时, 缺乏对雨水及自然水文循环的考虑, 增加大量的不透水面, 场地原有的自然水文循环被破坏, 自然排水路径被改变, 导致场地开发后雨水径流量加大, 洪涝风险加剧[5], 地下水位不断下降, 地表温度和空气湿度的变化引起了一系列生态系统的重平衡, 增加了极端气候的再现频率, 恶化了人类的生存环境。

1.2 屋顶绿化的概念及发展情况

屋顶绿化泛指在高出地面以上, 周边不与自然土层相连接的各类建筑物、构筑物等的顶部以及天台、露台上的绿化[6,7]。

19世纪, 德国建筑物大面积实施屋顶绿化, 那个时期, 德国已经开始对屋顶绿化植物选择进行研究[8], 并根据不同栽培基质层厚度及不同光照条件选择可栽植的植物品种, 对精、粗两种绿化形式可应用的植物种类和配置方式都取得了一些成果[9]。此后, 其他欧洲国家也相继开展类似的研究, 并筛选出多个能适应屋顶特殊环境的植物品种。在亚洲, 日本屋顶绿化技术一直处于领先地位, 培育出的植物品种很多, 采用的技术和材料也是非常先进的, 屋顶绿化的标准体系完善。

我国开始研究屋顶绿化技术的时间比较晚, 是在上世纪70—80年代。最早统一规划设计、与建筑物同步建设的屋顶花园是上世纪70年代在广州东方宾馆屋顶建成的。1983年, 北方第一座屋顶花园在北京长城饭店主楼西侧低层屋顶上建起[10]。到了本世纪, 屋顶绿化相关的技术规范更加完善, 相关的研究范围越来越广阔和深入。随着我国城市化的加速, 城市建成区中绿地面积不足的现象日益加剧, 在提高城市的绿化覆盖率, 改善城市生态环境的呼声下, 屋顶绿化已越来越受到重视[11]。

2 海绵城市建设技术与屋顶绿化发展的关系

2.1 屋顶绿化对海绵城市建设雨水回用起着重要作用

2.1.1 屋顶绿化具有一定的去除污染能力

被空气污染的雨水或者被屋顶污染的水流汇入河流, 对整个水系都会造成严重的污染, 屋顶绿化特殊的结构对雨水具有一定的净化处理作用。 (1) 通过屋顶绿化各结构层的材料拦截雨水中的污染物, 并发挥植物和土壤中微生物降解这些污染物。 (2) 利用土壤渗透过程净化雨水中的部分污染物质。 (3) 屋顶绿化可以避免硬质屋面材料对径流雨水的污染[12]。

2.1.2 屋顶绿化可以削减屋顶雨水径流量

屋顶绿化的植物、土壤和渗透性铺装使屋面径流系数显著减小, 在对比≥15°未绿化屋面、≤15°未绿化屋面、屋面铺其他材料、绿化屋面共4种类型屋顶径流量的试验中, 发现其中绿化屋面的雨水径流系数最小, 为0.3。不同的屋顶绿化结构和相同的结构、不同的材料厚度, 对雨水的蓄存能力也有较大的差别。

2.1.3 屋顶绿化可以延长雨水峰值时间

如图2, 屋顶绿化一般包括植物、基质层、过滤层、排蓄水层等多个结构, 雨水先滴落到植物上, 再流到土壤中, 经过地表和地下径流进入过滤层, 再渗入排蓄水层汇入下水管道, 与沥青或水泥屋顶相比, 延长了雨水汇集时间及峰值时间, 降低了峰值强度, 减轻了城市排水系统的压力。

2.2 海绵城市建设技术促进屋顶绿化发展

2.2.1 海绵城市建设助推屋顶绿化发展

海绵城市建设技术是水利、建设领域推广执行的新技术, 并于2015年在全国范围内开展试点建设。《指南》中明确提出了屋顶绿化作为海绵城市建设技术的一部分内容, 因此, 海绵城市建设将会在国家系列政策驱动下助推屋顶绿化快速发展。

2.2.2 海绵城市建设技术改变了屋顶绿化基础条件

海绵城市建设技术强调应用“渗滞蓄净用排”的技术措施, 要求每个环节从规划设计到施工管理都落实径流控制的目标, 海绵城市建设技术对土壤的要求较高, 根据径流控制的目标, 需要渗透多少雨水下去, 选择相应孔隙度的土壤, 改变了屋顶绿化植物生长的土壤条件。另外, 采用“蓄”的措施设备, 把一定的雨水蓄起来用于屋顶绿化灌溉, 改变了屋顶绿化的水分供应条件。

2.2.3 海绵城市建设技术扩宽了屋顶绿化植物选择范围

海绵城市建设技术对屋顶绿化土壤要求更加严格, 土壤的营养成分更高, 使更多不耐瘠薄的植物也可以应用。滞蓄雨水设施的引入, 改变了屋顶绿化的水分供应, 使更多不耐干旱的植物也可以在屋顶绿化中应用。海绵城市建设技术严格的维护程序, 使屋顶绿化也会步入精细化管理, 不耐粗放管理的植物也可以应用在屋顶绿化中。因此, 海绵城市建设技术扩宽了屋顶绿化植物选择范围。

3 海绵城市建设技术影响下的屋顶绿化植物选择

屋顶绿化植物选择本身要考虑屋顶荷载、种植条件等屋面的实际环境和植物本身的形态、质感、色彩、生长速度及屋顶绿化的功能需求, 海绵城市建设技术对屋顶绿化植物选择提出了新的要求。

3.1 屋顶绿化植物选择原则

3.1.1 选择耐短时潮湿积水的植物

海绵城市建设技术要求屋顶绿化能有一定的渗滞蓄的能力, 因此, 一旦下暴雨或者长时间下雨, 易造成短时积水。屋顶绿化植物的耐水湿, 只是短期耐潮湿积水, 完全在水生或湿生环境中才能生长的水湿生植物不适合屋顶绿化, 因为大部分屋顶绿化的客观条件很难满足这样的生长环境。

3.1.2 选择须根发达、喜阳的植物

屋顶基本都是开敞式的, 光照时间长、强度大, 大部分区域应选用阳性植物, 但在乔木遮挡的区域或靠近墙的地方, 可适当选用一些半阳性的植物。屋顶的种植层一般比较薄, 且在种植土层下设置一些海绵城市排蓄水设施, 因此, 应选择须根发达的浅根系植物, 避免根系对屋顶建筑结构和排蓄水设施的破坏。

3.1.3 选择抗风、不易倒伏的植物

大部分屋顶位置高, 周边无遮挡, 屋顶的风比地面大, 特别是多风的地区狂风对植物的生存威胁最大, 加上屋顶种植土层较薄, 乔灌木很容易倒伏, 因此选配一些抗风性能强的品种更加安全一些。

3.1.4 选择姿态优美的乡土植物

屋顶绿化的条件相对恶劣一些, 乡土植物更加适应当地的气候条件, 选用乡土植物更易成活, 能表达设计者的理念和最终目的。屋顶花园一般面积不大, 每株植物都是观赏的重点, 在相同的生态效益情况下, 姿态优美的植物更能营造出漂亮的景观。

3.2 简单式屋顶绿化植物选择

简单式屋顶绿化 (图3) 突出生态效益和径流控制的目标。但草坪不耐水淹, 在海绵城市建设技术指导下, 草坪在屋顶绿化中的应用要减少, 应多选用一些低矮的草本植物和灌木。要求选用的地被植物观赏价值高、株丛密集、低矮、能吸附尘土、能消除污染, 既能耐一定的干旱, 也能耐短期水湿环境。如垂盆草、细叶芒、紫花地丁、菖蒲、萱草等植物。

3.3 花园式屋顶绿化植物选择

3.3.1 乔木

随着建筑技术的发展, 屋顶绿化在建筑设计时已给予了荷载方面的考虑。乔木在屋顶绿化中的应用更多了, 但是从荷载角度考虑, 单个屋顶的乔木数量必须控制在一定范围内, 乔木在屋顶绿化中一般作为中心景观 (如图4) , 因此选用的乔木必须是景观树, 本身的姿态比较优美, 如果能在色彩或者开花、果实上面有特色, 如罗汉松、红枫、鸡爪槭、紫薇、海棠和棕榈科植物, 将使屋顶绿化的景观层次和丰富度明显提高。

3.3.2 灌木

花灌木在整个植物景观中起到承上启下的作用, 也是屋顶花园种植的主体。配置的方式与地面常用的方式基本相同。单株或多株组合栽植, 如金丝桃、海桐球、苏铁、茶梅、南天竹等灌木, 常观赏其美丽芳香的花朵、色彩艳丽的枝叶和优美的株型;密植后修剪成各种模纹或绿篱, 如红花!木、金叶女贞、金边黄杨、石楠、十大功劳等, 观赏整体造型。

3.3.3 地被植物

屋顶绿化使用的地被植物需要有一定的观赏价值, 如扁竹根、紫色鸭跖草、吊竹梅、葱兰、韭兰、地毯草、肾蕨和凤尾蕨等, 色彩丰富, 对整个屋顶绿化的氛围营造起着基础性作用。在花园式屋顶绿化中应用地被植物, 常常与乔木、灌木相搭配, 在乔灌木下部的地被要考虑耐阴性。

3.3.4 藤本植物

藤本植物在屋顶应用的方式主要有2种, 一种搭配各种廊、栅栏、花架 (如图5) , 另一种在屋顶边缘设置种植池, 藤本植物向下垂吊。目前可以用的藤本植物品种相对较少, 紫藤、常春藤、迎春、黄素馨、七姊妹、九重葛、油麻藤、葡萄、金银花等品种使用频率比较高, 数量大。

4 结语

屋顶特殊的环境和制约因素一直影响屋顶绿化的快速发展, 融入了海绵城市建设技术对屋顶绿化的植物选择提出了更高的要求, 同时, 海绵城市建设也给屋顶绿化的发展带来了机遇, 随着技术的不断发展, 解决问题的措施会越来越多。本文仅仅从海绵城市建设技术对屋顶绿化建设产生的影响角度分析了屋顶绿化的植物选择原则和方向, 因各地的气候条件和实际情况不同, 具体的植物品种还需要经过不断的实践和科学的试验进行验证。

摘要：从海绵城市的概念由来及研究情况入手, 重点阐述海绵城市建设技术与屋顶绿化植物的关系, 提出海绵城市技术影响下的屋顶绿化植物配置的方向。海绵城市技术影响下的屋顶绿化植物选择有了更高的要求, 同时, 海绵城市建设也给屋顶绿化的发展带来了机遇。建议选择耐短时潮湿积水的植物, 选择须根发达、喜阳的植物, 选择抗风、不易倒伏的植物, 选择姿态优美的乡土植物。

关键词：海绵城市,屋顶绿化,植物配置,园林