基于北京市气候特征和水量水质调控规律的简单式绿色屋顶建设适宜性研究

In the rapid progress of urbanization, waterlogging problems and urban non-point source pollution caused by urban rainwater have hit the city's aquatic environment. In recent years, to alleviate these problems, China started to pilot construction of the "Sponge City". The green roof is one of the typical forms of low-impact development system in "Sponge City". This research takes the extensive green roofs as study object and choose Beijing as research area. Aiming at the dispute whether "Beijing is suitable to construct extensive green roofs", this research systematically analyzes the regulations of extensive green roofs on rainwater runoff and its pollutants in Beijing, and then discusses the suitability of the construction of extensive green roofs. Combined with the extensive green roof experimental modules and the actual project monitoring, the roof plants will be analyzed for their survival and growth under the climatic characteristics of Beijing. By doing this, revealing the regulation of the extensive green roof on rainwater runoff and studying the mechanism of improving or deteriorating the water quality of runoff. This research finally comprehensively evaluates the construction cost, ecological, environmental and social benefits and determine the suitability of its construction, looking forward to provide a theoretical basis and technical support for the sponge city construction in Beijing and nearby provinces and cities.

在城市化建设快速推进的过程中，由城市雨水引起的积水内涝和城市面源污染使得城市的水生态环境遭受重创。近年来，为缓解这些问题，我国开始试点建设海绵城市。绿色屋顶是海绵城市中“低影响开发”系统的一种重要措施。本研究以简单式绿色屋顶作为研究对象，选择北京市作为研究区。针对“北京是否适宜建设简单式绿色屋顶”这一争议，系统分析北京市简单式绿色屋顶对雨水径流及其污染物的调控规律，在此基础上研究其建设适宜性。结合简单式绿色屋顶实验装置及实际工程的监测，分析屋顶植物在北京市气候特征下存活和生长状况，揭示简单式绿色屋顶对雨水径流的调控规律，研究其对雨水径流水质的改善或恶化作用原理。结合建设成本、生态环境效益及社会效益等方面综合研究判断其建设适宜性，以期为北京市及周边省市的海绵城市建设提供理论依据和技术支撑。

在城市化建设快速推进的过程中，由城市雨水引起的积水内涝和城市面源污染使城市水生态环境遭受重创。近年来，为缓解这些问题，我国开始建设海绵城市。绿色屋顶是海绵城市中“低影响开发”系统的一种重要措施。本研究以简单式绿色屋顶作为研究对象，针对“北京是否适宜建设简单式绿色屋顶”这一争议，基于“模拟试验-长期监测-模型模拟”的研究手段，系统开展了绿色屋顶径流水量水质调控规律研究、绿色屋顶植物在北京市气候特征下的存活和生理研究、绿色屋顶改善或恶化屋顶雨水径流水质的影响机制研究，综合三方面的研究内容探讨了绿色屋顶的建设适宜性。研究发现：（1）基质厚度、植物种类对绿色屋顶滞留能力具有显著影响，并且降雨等级和季节月份的不同也会对绿色屋顶滞留效果产生显著差异；（2）基质类型、厚度和装置规模会显著影响绿色屋顶对径流污染物的削减效果，此外大多数情况下绿色屋顶都会淋出大量的营养盐；（3）北京市气候特征下，佛甲草、红叶景天、三七景天、八宝景天和垂盆草均可在屋顶环境下生存，八宝景天、三七景天和佛甲草的生长适应能力最强，垂盆草的生长适应能力较强，红叶景天生长适应能力一般；（4）绿色屋顶基质淋出的氮磷浓度随淋溶次数增多而降低，进水量达到一年降雨量后，氮磷浓度逐渐趋于稳定，淋出的DOM组分主要是类富里酸和色氨酸类蛋白物质。基于本研究，可以明晰绿色屋顶在海绵城市建设中的生态环境效应和建设适宜性，为北京市及周边省市的海绵城市建设提供理论依据和技术支撑。