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摘 要：选取2种基质构成的4种绿色屋顶（试验框1、2、3和4）的径流为研究对象，通过9场连续降雨监测，分析探讨了径流控制率以及径流水质特点。结果表明，清洁型基质的径流控制率可以达到42%～68%，常规基质的径流控制率为30%～58%，并且随着基质厚度的增加，径流控制率呈增加趋势;清洁型基质径流中TP浓度低于常规基质;清洁型基质径流中COD、NH3-N和TN浓度低于常规基质径流中的浓度，但两者均高于天然降雨中的浓度;清洁型基质径流的TSS浓度明显低于硬化屋面和常规基质径流中的浓度，TSS的消减率平均可达到34.6%。
关键词：绿色屋顶;清洁型基质;径流;水质
中图分类号 TU823 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2019）05-0130-04
Abstract：Four green roofs （box 1，2，3 and 4） based on two substrates were selected for study.By monitoring nine consecutive rains，the control rate and water quality characteristics of four green roofs were analyzed.The results show that the runoff control rate of clean substrate can reach 42% ～68%，the runoff control rate of conventional substrate is 30% ～58%，and the runoff control rate increases with the increase of substrate thicken TSS.The concentration of TP in clean substrate runoff is lower than that of conventional substrate;Concentrations of COD，NH3-N and TN in clean substrate runoff were lower than those in conventional substrate runoff and were higher than those of COD，NH3-N and TN in natural rainfall;The TSS concentration in clean substrate runoff is significantly lower than that in hardened roof and conventional substrate runoff，and the TSS reduction rate can reach 34.6 %.
Key words：Green roof;Clean substrate;Runoff;Water quality
近年來，城市雨水利用作为缓解水资源短缺和洪涝灾害问题的一项重要措施正日益受到重视，屋面雨水因收集量较为集中而成为一种可利用资源[1]。屋顶绿化的基质成分直接影响绿色屋顶雨水收集回用的水质，在开发清洁型基质，通过基质层的过滤和吸附作用消减径流中的污染物方面，目前研究较少[2-4]。笔者基于清洁型基质，研究其绿色屋顶径流效应，以期为后续工程实践提供理论支撑，促进城市节能环保与生态文明建设。
1 材料与方法
1.1 试验地点概况 试验地点位于广东省东莞市，东莞市属亚热带气候区，夏季多南风，夏秋季（7～10月）常有8级以上的台风侵袭，冬季盛行东风和北风。靠近东江沿岸，受季风影响，四季分明，最高温度36℃，最低1～3℃，平均气温22℃。年日照时间在200d以上，无霜期350d，年降雨量在1800～2000mm。
1.2 降雨特征 径流监测在2016年降雨集中的7～9月，共监测12场降雨，去除异常监测数据后共统计9场降雨，降雨事件的雨前干旱时间、降雨量、降雨历时情况如表1所示。
由表1可以看出，降雨事件的雨前干旱时间的变化范围为6～53h，降雨量的变化范围为4.1～85.5mm，降雨历时的变化范围为2～17h，降雨量、雨前干旱时间和降雨历时的变化范围较大，降雨事件具有一定代表性。
1.3 试验设计 试验基于简式的屋顶绿化工艺，结构包括植被层、椰丝层、基质层、过滤层、蓄排水层和防水阻根层，共设置了4个绿色屋顶试验框，试验框的结构组成见表2。试验中绿色屋顶试验框1和3的尺寸为1m×1.5m×0.3m，试验框2和4的尺寸为1m×1.5m×0.5m，由PVC材料制成，放置在屋面上，倾角与屋面倾角一致（如图1）。在试验框一面基质层底端钻一排侧向溢流口，溢流口下方设置径流收集槽，收集径流量。
试验中使用2种基质类型，一是清洁型基质（ZL201510576711.8），另一种是常规基质。其中，清洁型基质模拟土壤团粒形成过程，采用膨胀珍珠岩作为土壤团粒的无机矿物，利用粘结剂把有机肥粘结在珍珠岩表面，在造粒过程中形成满足要求的人造团粒结构;常规基质采用珍珠岩、椰糠、有机肥均匀混合而成，是非团粒性结构。
采用采样桶进行采样，径流水质比较稳定，产流开始30min后，每10min采样1次;1h后，每30min采样1次。对水样进行编号，通过水质检测仪进行检测，检测项目包括pH、COD、TSS、NH3-N、TN、TP，水质分析方法如表3所示。同时采集桥头硬化屋面的屋面径流以及天然降雨作为对比试验，对比绿色屋顶径流水质、硬化屋面径流水质和天然雨水水质，水质监测方法如表3所示。通过公式计算径流控制率：径流控制率=（降雨量?径流量）/降雨量。 2 结果与分析
2.1 径流控制 试验框1（清洁型基质15cm）、试验框2（清洁型基质10cm）、试验框3（常规基质15cm）、试验框4（常规基质10cm）结构不同，径流控制也有一定差异。由图2可知，试验框1、试验框2、试验框3和试验框4在不同的降雨量条件下，随着降雨量增大，径流控制率呈降低的趋势，说明径流控制率和降雨量存在负相关关系;在相同基质不同厚度的处理条件下，试验框1的径流控制率高于试验框2，试验框3高于试验框4，说明基质层厚度与径流控制率呈正相关的关系;在不同基质同一厚度的处理条件下，试验框1的径流控制率高于试验框3，试验框2高于试验框4，说明在相同条件下清洁型基质的径流控制率高于常规基质。在本试验条件下，基质层厚度达到15cm时，清洁型基质的径流控制率可以达到42%～68%，常规基质为30%～58%。
2.2 径流水质 选取9场降雨中具有代表性的3场作为径流污染物分析对象，对降雨、硬化屋面、试验框1、试验框2、试验框3和试验框4的水质进行分析，结果见表4。
由表4可知，在第1场降雨中，NH3-N、COD和TN的浓度以常规基质处理（试验框3和试验框4）径流中最高，其次是清洁型基质处理（试验框1和试验框2）和硬化屋面处理，降雨中所含NH3-N的浓度最低;而同一种基质不同厚度处理NH3-N的浓度差异不大;随着降雨次数的增加，各基质处理径流中所含NH3-N的浓度呈下降趋势。
在3场降雨中，清洁型基质处理（试验框1和试验框2）径流中TP的浓度与天然降雨和硬化屋面中TP浓度相近，常规基质处理（试验框3和试验框4）径流中的TP浓度明显高于清洁型基质处理（试验框1和试验框2），说明常规基质中富含的营养物浓度较高，且较容易流失，团粒性的清洁型基质则大大降低了TP的流出量。
对比硬化屋面、清洁型基质和常规基质径流的TSS指标，清洁型基质处理（试验框1和试验框2）明显低于硬化屋面和常规基质处理（试验框3和试验框4），说明团粒性结构的清洁型基质能够有效降低雨水径流中悬浮物，相较于硬化屋面，TSS的消减率平均可达到34.6%。
3 结论与讨论
（1）Mentens等人研究发现绿色屋顶对降雨具有很强的消减作用[5]。本研究结果也显示清洁型基质处理的径流控制率高于常规基质处理，并且随着基质厚度的增加，径流控制率增加，清洁型基质的径流控制率可以达到42%～68%，常规基质的径流控制率为30%～58%。
（2）屋顶绿化建设中所使用的富含营养物质的土壤（堆肥及人造肥料）和正在施肥的屋顶绿化通常被认为是磷源[6]。本研究中，常规基质径流中的TP浓度明显高于天然降雨，说明常规基质中富含的营养物浓度较高，而清洁型基质径流中TP浓度与天然降雨中TP浓度相近，团粒性的清洁型基质则大大降低了TP的流出量。
（3）魏艳萍等对拓展型屋顶绿化屋面径流污染物进行了分析，发现对于污染物TN、TSS、COD而言拓展型屋顶绿化大于天然降雨[7]。本研究中清洁型基质径流中COD、NH3-N和TN的浓度低于常规基质，但均高于天然降雨中的浓度。
（4）对比硬化屋面、清洁型基质和常规基质径流的TSS指标，清洁型基质明显低于硬化屋面和常规基质，说明团粒性结构的清洁型基质能够有效降低雨水径流中悬浮物，相较于硬化屋面，TSS的消减率平均可达到34.6%。
参考文献
[1]周赛军.南方城市蓄水绿化屋顶雨水资源化利用与防热节能研究[J].给水排水，2008（11）：200-202.
[2]欧岚，车武，汪慧贞.城市屋面雨水绿地水平流渗透净化研究[J].城市环境与城市生态，2001（6）：24-27.
[3]肖海文，翟俊，邓荣森，等.处理生态住宅区雨水径流的人工湿地运行特性研究[J].中国给水排水，2008（11）：34-38.
[4]冯绍元，侯立柱，丁跃元，等.多层渗滤介质系统去除城市雨水径流有机污染物[J].环境科学学报，2008（6）：1123-1130.
[5]Mentens，J.，Raes，D.，Hermy，M.Green roofs as a tool for solving the rainwater runoff problem in the urbanized 21st century[J].Landscape Urban Plan，2006 （77）：217–226.
[6]Alar Teemusk，?lo Mander.Rainwater runoff quantity and quality performance from a greenroof：The effects of short-term events[J].Ecological Engineering，2007，30（3）.
[7]魏艷萍，文仕知，谭一凡，等.重型与轻型屋顶绿化对屋面径流的影响[J].河北林业科技，2011（3）：1-2，8.
（责编：徐世红）
关键词：绿色屋顶;清洁型基质;径流;水质
中图分类号 TU823 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2019）05-0130-04
Abstract：Four green roofs （box 1，2，3 and 4） based on two substrates were selected for study.By monitoring nine consecutive rains，the control rate and water quality characteristics of four green roofs were analyzed.The results show that the runoff control rate of clean substrate can reach 42% ～68%，the runoff control rate of conventional substrate is 30% ～58%，and the runoff control rate increases with the increase of substrate thicken TSS.The concentration of TP in clean substrate runoff is lower than that of conventional substrate;Concentrations of COD，NH3-N and TN in clean substrate runoff were lower than those in conventional substrate runoff and were higher than those of COD，NH3-N and TN in natural rainfall;The TSS concentration in clean substrate runoff is significantly lower than that in hardened roof and conventional substrate runoff，and the TSS reduction rate can reach 34.6 %.
Key words：Green roof;Clean substrate;Runoff;Water quality
近年來，城市雨水利用作为缓解水资源短缺和洪涝灾害问题的一项重要措施正日益受到重视，屋面雨水因收集量较为集中而成为一种可利用资源[1]。屋顶绿化的基质成分直接影响绿色屋顶雨水收集回用的水质，在开发清洁型基质，通过基质层的过滤和吸附作用消减径流中的污染物方面，目前研究较少[2-4]。笔者基于清洁型基质，研究其绿色屋顶径流效应，以期为后续工程实践提供理论支撑，促进城市节能环保与生态文明建设。
1 材料与方法
1.1 试验地点概况 试验地点位于广东省东莞市，东莞市属亚热带气候区，夏季多南风，夏秋季（7～10月）常有8级以上的台风侵袭，冬季盛行东风和北风。靠近东江沿岸，受季风影响，四季分明，最高温度36℃，最低1～3℃，平均气温22℃。年日照时间在200d以上，无霜期350d，年降雨量在1800～2000mm。
1.2 降雨特征 径流监测在2016年降雨集中的7～9月，共监测12场降雨，去除异常监测数据后共统计9场降雨，降雨事件的雨前干旱时间、降雨量、降雨历时情况如表1所示。
由表1可以看出，降雨事件的雨前干旱时间的变化范围为6～53h，降雨量的变化范围为4.1～85.5mm，降雨历时的变化范围为2～17h，降雨量、雨前干旱时间和降雨历时的变化范围较大，降雨事件具有一定代表性。
1.3 试验设计 试验基于简式的屋顶绿化工艺，结构包括植被层、椰丝层、基质层、过滤层、蓄排水层和防水阻根层，共设置了4个绿色屋顶试验框，试验框的结构组成见表2。试验中绿色屋顶试验框1和3的尺寸为1m×1.5m×0.3m，试验框2和4的尺寸为1m×1.5m×0.5m，由PVC材料制成，放置在屋面上，倾角与屋面倾角一致（如图1）。在试验框一面基质层底端钻一排侧向溢流口，溢流口下方设置径流收集槽，收集径流量。
试验中使用2种基质类型，一是清洁型基质（ZL201510576711.8），另一种是常规基质。其中，清洁型基质模拟土壤团粒形成过程，采用膨胀珍珠岩作为土壤团粒的无机矿物，利用粘结剂把有机肥粘结在珍珠岩表面，在造粒过程中形成满足要求的人造团粒结构;常规基质采用珍珠岩、椰糠、有机肥均匀混合而成，是非团粒性结构。
采用采样桶进行采样，径流水质比较稳定，产流开始30min后，每10min采样1次;1h后，每30min采样1次。对水样进行编号，通过水质检测仪进行检测，检测项目包括pH、COD、TSS、NH3-N、TN、TP，水质分析方法如表3所示。同时采集桥头硬化屋面的屋面径流以及天然降雨作为对比试验，对比绿色屋顶径流水质、硬化屋面径流水质和天然雨水水质，水质监测方法如表3所示。通过公式计算径流控制率：径流控制率=（降雨量?径流量）/降雨量。 2 结果与分析
2.1 径流控制 试验框1（清洁型基质15cm）、试验框2（清洁型基质10cm）、试验框3（常规基质15cm）、试验框4（常规基质10cm）结构不同，径流控制也有一定差异。由图2可知，试验框1、试验框2、试验框3和试验框4在不同的降雨量条件下，随着降雨量增大，径流控制率呈降低的趋势，说明径流控制率和降雨量存在负相关关系;在相同基质不同厚度的处理条件下，试验框1的径流控制率高于试验框2，试验框3高于试验框4，说明基质层厚度与径流控制率呈正相关的关系;在不同基质同一厚度的处理条件下，试验框1的径流控制率高于试验框3，试验框2高于试验框4，说明在相同条件下清洁型基质的径流控制率高于常规基质。在本试验条件下，基质层厚度达到15cm时，清洁型基质的径流控制率可以达到42%～68%，常规基质为30%～58%。
2.2 径流水质 选取9场降雨中具有代表性的3场作为径流污染物分析对象，对降雨、硬化屋面、试验框1、试验框2、试验框3和试验框4的水质进行分析，结果见表4。
由表4可知，在第1场降雨中，NH3-N、COD和TN的浓度以常规基质处理（试验框3和试验框4）径流中最高，其次是清洁型基质处理（试验框1和试验框2）和硬化屋面处理，降雨中所含NH3-N的浓度最低;而同一种基质不同厚度处理NH3-N的浓度差异不大;随着降雨次数的增加，各基质处理径流中所含NH3-N的浓度呈下降趋势。
在3场降雨中，清洁型基质处理（试验框1和试验框2）径流中TP的浓度与天然降雨和硬化屋面中TP浓度相近，常规基质处理（试验框3和试验框4）径流中的TP浓度明显高于清洁型基质处理（试验框1和试验框2），说明常规基质中富含的营养物浓度较高，且较容易流失，团粒性的清洁型基质则大大降低了TP的流出量。
对比硬化屋面、清洁型基质和常规基质径流的TSS指标，清洁型基质处理（试验框1和试验框2）明显低于硬化屋面和常规基质处理（试验框3和试验框4），说明团粒性结构的清洁型基质能够有效降低雨水径流中悬浮物，相较于硬化屋面，TSS的消减率平均可达到34.6%。
3 结论与讨论
（1）Mentens等人研究发现绿色屋顶对降雨具有很强的消减作用[5]。本研究结果也显示清洁型基质处理的径流控制率高于常规基质处理，并且随着基质厚度的增加，径流控制率增加，清洁型基质的径流控制率可以达到42%～68%，常规基质的径流控制率为30%～58%。
（2）屋顶绿化建设中所使用的富含营养物质的土壤（堆肥及人造肥料）和正在施肥的屋顶绿化通常被认为是磷源[6]。本研究中，常规基质径流中的TP浓度明显高于天然降雨，说明常规基质中富含的营养物浓度较高，而清洁型基质径流中TP浓度与天然降雨中TP浓度相近，团粒性的清洁型基质则大大降低了TP的流出量。
（3）魏艳萍等对拓展型屋顶绿化屋面径流污染物进行了分析，发现对于污染物TN、TSS、COD而言拓展型屋顶绿化大于天然降雨[7]。本研究中清洁型基质径流中COD、NH3-N和TN的浓度低于常规基质，但均高于天然降雨中的浓度。
（4）对比硬化屋面、清洁型基质和常规基质径流的TSS指标，清洁型基质明显低于硬化屋面和常规基质，说明团粒性结构的清洁型基质能够有效降低雨水径流中悬浮物，相较于硬化屋面，TSS的消减率平均可达到34.6%。
参考文献
[1]周赛军.南方城市蓄水绿化屋顶雨水资源化利用与防热节能研究[J].给水排水，2008（11）：200-202.
[2]欧岚，车武，汪慧贞.城市屋面雨水绿地水平流渗透净化研究[J].城市环境与城市生态，2001（6）：24-27.
[3]肖海文，翟俊，邓荣森，等.处理生态住宅区雨水径流的人工湿地运行特性研究[J].中国给水排水，2008（11）：34-38.
[4]冯绍元，侯立柱，丁跃元，等.多层渗滤介质系统去除城市雨水径流有机污染物[J].环境科学学报，2008（6）：1123-1130.
[5]Mentens，J.，Raes，D.，Hermy，M.Green roofs as a tool for solving the rainwater runoff problem in the urbanized 21st century[J].Landscape Urban Plan，2006 （77）：217–226.
[6]Alar Teemusk，?lo Mander.Rainwater runoff quantity and quality performance from a greenroof：The effects of short-term events[J].Ecological Engineering，2007，30（3）.
[7]魏艷萍，文仕知，谭一凡，等.重型与轻型屋顶绿化对屋面径流的影响[J].河北林业科技，2011（3）：1-2，8.
（责编：徐世红）