瑞典环保和节省城市空间的“绿色房顶”技术
从城市暴雨洪水管理的角度来看，“绿色房顶”作为一个源头控制洪水的措施越来越多地得到人们的广泛应用，因为“绿色房顶”能储存并缓慢释放雨水。该技术的应用还有别的好处：例如，能为鸟类和昆虫提供一个栖息环境；为浮质提供过滤功能；通过提隔热层起着能源保护的作用；通过蒸发起着改善区域微气候的作用，并且减少房顶的气温，最后的三个功能与城市热岛效应有关，能减少城市热岛效应，有些专家声称，“绿色房顶”能控制营养物质的传输，然而“绿色房顶”的减污效果还有待观察，值得注意的是“绿色房顶”技术所带来的具体效益与具体站点是有关的。
从美学的角度出发，“绿色房顶”有助于维持一个舒适宜人的生活环境，并且保持植被和城市基础设施之间的平衡。与其他的城市暴雨洪水管理的解决方式相比较，“绿色房顶”不再需要额外的空间，这在城市地区是一个很大的优势，因为在城市地区，土地实在是太珍贵了。实际上，“绿色房顶”技术能够将城市中不透水面积的40％到50％转变为透水面积，这个面积也就是房顶的面积，这些没有利用的面积变成对人类有益的面积。“绿色房顶”的优点还包括所需要的日常维护工作较少，除了偶尔进行一些施肥工作和刚开始时的一些种植工作之外，其他时候基本不需要什么维护工作，当然当自然降水太少的时候也可能需要一些浇水之类的工作，但由于“绿色房顶”所种植的植被多为景天属植物，这类植物耐旱，易生长，所需要的生长条件极低，人们的维护工作也极少。“绿色房顶”的施肥工作也因具体的站点的不同而不同。最近，关于“绿色房顶”对暴雨水质的影响研究表明，在一个实施了“绿色房顶”技术的两到三年的观察中，在房顶偶尔施肥的情况下发现：在施肥以后，暴雨洪水的水质中呈现出降低的现象，即化肥中的磷释放到房顶土壤，然后又被暴雨冲走，从而降低了暴雨水质。然而，对暴雨水质的影响可以通过减少使用化肥，或者是使用溶解速度可控制的肥料来达到。
从暴雨管理的角度，研究“绿色房顶”如何长时间季节性地发挥作用很有意义，Bengtsson等人2002年在瑞典的奥格斯特博格（Augustenburg）镇，用水量平衡的理论研究“绿色房顶”技术。奥格斯特博格是瑞典南部的一个小镇，在这里，景天属植物Sedum对土壤的要求极低，并且有很强的抗干旱和抗太阳晒的能力。瑞典奥格斯特博格的“绿色房顶”实践表明，由于“绿色房顶”的蒸发作用，该区的年径流减少了35％。在其他国家开展的相关研究也表明了类似的结果，根据Kohler等人的研究，德国5-12cm厚的绿色房顶的蒸发所造成的降雨占全部的60-79％。基于美国城市，例如芝加哥，费城和波特兰等的暴雨研究表明：75％的城市径流被深度发展的“绿色房顶”所保持。城市径流被保持的结果具体取决于“绿色房顶”的土壤类型、厚度和植被的种类等。
综上所述，“绿色房顶”能够改进气候和改善城市暴雨管理，本文的目的是分析国外“绿色房顶”对单一的一次降雨事件的蓄滞作用，为了达到这个目的，在瑞典南部的Lund镇进行了控制实验。研究的基本分析是对比“绿色房顶”与普通光秃秃房顶（径流系数为1），对暴雨保持能力的不同。得出的结论是，在城市环境中，当很大部分的不透水面积是光秃秃的房顶时，而几乎没有机会去实施其他的能够保持暴雨雨水的方法的时候，“绿色房顶”可以作为这种地区暴雨洪水控制措施的。
1、材料和方法
种植景天属植物“绿色房顶”位于瑞典Lund大学水资源工程学院的停车场上，“房顶”长宽分别为1.93m和0.8m，土壤植被层0.04m厚，土壤由5％的碎石灰，43％的碎瓦砾，31％的沙，5％的粘土和10％的有机物组成。当干燥时，“绿色房顶”质量密度为3kg/m2，土壤空隙度为70％。这个“房顶”位于一个不透水的支架上，能够进行径流采集，人工降雨使用喷水头来模拟设计暴雨事件，径流直接利用大口杯进行测量，实验还在不同的坡度进行，例如2度、5度和8度等，以及在不同的潮湿初始条件下进行，如在是否达到田间持水能力时等。
实验所使用的降雨事件的雨型采集三种，有当地实际发生的，有重现期为2年的设计暴雨，也有降雨强度为常数的降雨，例如每分钟降雨为0.8、0.97和1.0mm的降雨等。
2、蓄滞能力分析
绿色房顶的蓄滞能力分析能通过一个水文图形来完成，图形中入流代表从一个流域面积进入的水流，出流代表从一个蓄滞区出来的水流，出流洪峰比入流洪峰减少的数量代表了蓄滞区的削峰作用，而峰现时间的延长则体现了蓄滞系统对径流的调节作用，入流曲线和出流曲线间的阴影面积代表了蓄滞区的蓄量，蓄滞区的最大蓄量发生于入流曲线与出流曲线交叉的地方。
“绿色房顶”的蓄滞效果和以上描述的蓄滞区的效果非常相似，只是要将入流假设为暴雨降到光秃秃的房顶后所产生的出流过程，而“绿色房顶”的出流曲线则为自身的出流过程。利用以上方法，研究人员计算出了“绿色房顶”对于不同降雨事件的最大蓄量，洪峰消减量和洪峰滞时。研究人员对重现期为10年的降水事件还采用了水文学的“单位线法”进行暴雨设计和蓄水能力分析。
3、讨论
对于不同强度暴雨的降水，“绿色房顶”的蓄滞作用是十分明显的，对于设计暴雨，蓄滞能力能达到65％，而对其他类型的暴雨也能达到31％～45％。但是对于降雨强度恒定的降雨，“绿色房顶”出流显示洪峰流量有所增加大约5％，这可能是一些水流量沿着“绿色房顶”的边缘直接流到出口而没有经过“绿色房顶”的调蓄作用形成的。对于雨强为常数的降雨，实验所观察到的最小蓄量在20％～29％之间，而对变化的雨强，“绿色房顶”的蓄水能力在34％～52％之间。
比较不同效应降雨下的蓄量，发现有两方面的趋势，一个是对于强度变化着的降雨，另一个是雨强为恒量的降雨。对于雨强不断变化的降雨，“绿色房顶”的滞蓄能力似乎与降雨历时中的雨强无关，而重要的是有效降雨量。对于雨强是固定常数的降雨，“绿色房顶”的蓄量有三种表现形式：（1）对于相同历时，不同强度的降雨，蓄水量呈线型变化。（2）相同强度降雨而不同的历时，“绿色房顶”的蓄量是相同的。（3）对不同强度不同历时的降雨，但是降雨效果是相同的，所观测到的蓄水量大致相同。
降雨强度不断变化着的降雨和降雨强度恒定的降雨在“绿色房顶”上的不同表现可以物理地解释为：强度不但变化的降雨所带来的雨水在穿过“绿色房顶”时逐渐变缓，流速降低，允许雨水与土壤充分结合，更好地发挥了土壤的蓄水功能，即“绿色房顶”有更多的空间可以用于蓄滞强度不断变化的降雨雨水。
4、应用
在瑞典南部城镇Augustenborg，对一个有着地表铺盖的广场，停车场和办公室的市政设施，进行了两套系统的城市暴雨管理措施，这两套系统分别是种着景天属植物的“绿色房顶”和一个长约140米的水塘。水塘能蓄存40立方米的水，水塘的出口是一个直径为0.1米的管道，管道在水塘内部的开口距水塘底层高0.2米，这意味着水塘的有效蓄量为24立方米。水塘收集来自市政议会办公室、停车场和附近公园的径流。市政议会的房顶上进行了“绿色房顶”建设，大约有1450m2，约占该区集雨面积的31％。该区的汇流应用一个名叫Pondpack的计算机软件进行模拟，并用以评估“绿色房顶”技术在Augustenburg城市暴雨管理中的作用。Pondpack是一个地表暴雨雨水模拟程序，能够解决很多地表水问题，并且能应用到很多基础设施中去。设计暴雨洪水的重现期为1/2年，2年、5年和10年，并且假设水塘在最初状态是空的，“绿色房顶”和水塘成为研究对象，即认为“绿色房顶”的出流水文过程即是水塘的入流过程线，为了评估“绿色房顶”的径流调节作用，对“绿色房顶”和光秃秃的房顶进行了对比实验。
结果表明，光秃秃的房顶与“绿色房顶”相比，对于重现期为1/2、2、5和10年的设计暴雨，进入水塘的洪峰流量增加64％、37％、27％和13％，进入水塘的水量增加52％、30％、26％和18％；对于同一重现期，没有“绿色房顶”的情况要取得同样的暴雨洪水蓄滞效果，水塘必须要更大一些，根据暴雨重现期为10年的设计暴雨，水塘至少比目前要大29％。
5、结论
“绿色房顶”暴雨滞蓄效果比没有“绿色房顶”的光秃秃房顶的出流进行了测量比较，得出结果表明，“绿色房顶”的蓄滞作用是非常明显的，暴雨洪峰能够消减65％。这种用以评估”绿色房顶“蓄滞效果的方法，也能用于其他设施蓄滞作用的分析。
瑞典Augustenburg的“绿色房顶“的研究是一个示例性研究（Casestudy）。测量和模拟表明，“绿色房顶”技术可以与其他最佳管理实践（BMPS）相结合，这将能减少城市中用于暴雨防控的土地利用和使用，也就是说，“绿色房顶”技术利用其他设施已经使用的空间，进行径流蓄滞，洪峰消减的作用，在减少其他最佳流域管理管理规模的情况下达到相同的设计标准。
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