屋頂花園雨水利用系統(tǒng)設(shè)計與實踐

呂盛虎 梁琳琳

（新鄉(xiāng)市人民公園，河南 新鄉(xiāng) 453000）

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的加快，城市用地緊張，并且出現(xiàn)了一系列的環(huán)境問題。為了緩解這種狀況，可在城市綠化中積極采用屋頂花園的園林綠化形式。屋頂花園具有降溫隔熱的優(yōu)良效果，而且能夠美化環(huán)境、凈化空氣、改善局部小氣候。從美觀角度來說，建設(shè)屋頂花園有利于豐富和美化城市的俯仰景觀，在很大程度上提高城市的綠化覆蓋率。而雨水的利用是屋頂花園設(shè)計中急需解決的問題之一。

1 前期準(zhǔn)備工作

1.1 屋頂花園結(jié)構(gòu)分析

屋頂花園的空間布局受到建筑固有平面的限制和建筑結(jié)構(gòu)承重的制約，屋頂花園設(shè)計復(fù)雜，必須與建筑設(shè)計、建筑構(gòu)造、建筑結(jié)構(gòu)等配合，因此屋頂花園的規(guī)劃設(shè)計是一項難度較大、限制較多的園林規(guī)劃設(shè)計項目。為了進(jìn)行屋頂花園雨水利用的分析，首先要對屋頂花園有具體、全面的了解，要具體問題具體分析，不同的區(qū)域、不同的屋頂花園有各自的特點(diǎn)，并非所有的設(shè)計原理和理念都可以用作萬金油［1］。另外，屋頂綠化需要環(huán)境和技術(shù)來配合，只有充分協(xié)調(diào)好這兩方面，才能促進(jìn)屋頂綠化工作的順利開展。在前期的準(zhǔn)備調(diào)查工作中要了解地區(qū)的自然條件，植物的種類、特點(diǎn)及對雨水的需求等，栽培介質(zhì)的類型和特點(diǎn)；對屋頂花園所在地區(qū)的光照時間、晝夜溫差、溫度濕度、年降水量等數(shù)據(jù)進(jìn)行測定，為后期的雨水利用系統(tǒng)設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)。只有在充分了解實際情況的前提下，才能把握細(xì)節(jié)，確保設(shè)計合理、完善。

1.2 雨水利用分析

屋頂花園一般建在離地面十幾米或者幾十米高的屋頂，因風(fēng)速大，水分極易蒸發(fā)，并且土層薄不易保持水分，因此對于雨水的有效利用成了關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在雨水利用系統(tǒng)設(shè)計過程中，一方面要計算屋頂花園綠化植物的需水量，為雨水利用系統(tǒng)設(shè)計提供依據(jù)，提高雨水的利用率。具體來看，可以采用農(nóng)業(yè)水土工程學(xué)科的彭曼-蒙特斯公式進(jìn)行科學(xué)計算，具備充分的理論依據(jù)和較高的計算精度，能夠計算出植物的需水量。在此過程中要注意園林植物的種類、植物種植密度等，綜合分析并計算出屋頂花園植物的需水量。另一方面要對所在地區(qū)可利用水資源、氣候類型、降水量、主要降水時期進(jìn)行分析，為雨水收集提供思路。同時，將植物需水量和降水量結(jié)合起來進(jìn)行對照分析，在水量不足的情況下提出解決方案，水量充足時則進(jìn)行儲存收集，實現(xiàn)高效的雨水收集利用，避免水資源的浪費(fèi)［2］。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 雨水收集

為了滿足屋頂花園植物的用水需求，減少雨水的浪費(fèi)，實現(xiàn)雨水資源的可持續(xù)利用，首先需要對雨水進(jìn)行收集處理。由于屋面受人為活動的影響較小，雨水的受污染程度較小，并且屋面雨水收集易操作、易受控制，因此為屋面雨水回收利用提供了有利的條件。雨水收集系統(tǒng)的設(shè)計主要涉及屋面排水坡度的確定、雨水收集區(qū)的設(shè)置及雨水的凈化等。其中排水坡度要根據(jù)屋頂花園的實際地理狀況進(jìn)行設(shè)置，以便于滿足雨水的排流需要。再者，根據(jù)需水量和地形位置設(shè)置集水區(qū)，通過雨落管進(jìn)行集水，主體建筑屋面的雨水經(jīng)過雨落管流入屋頂花園的植物淺溝再滲入排水層，進(jìn)入排水層的雨水匯集到地下的蓄水池。因為建筑屋頂?shù)牡孛娌牧虾谢瘜W(xué)成分，難免會造成污染，而屋頂花園的建造能夠有效避免污染的產(chǎn)生，主要利用植物來降低雨水的徑流速度和雨水流量，通過土壤的滲透作用來凈化雨水。一般雨水流經(jīng)植物淺溝，通過沉淀、過濾、滲透、吸收等共同作用使得雨水徑流中的污染物得到去除，達(dá)到對收集的雨水進(jìn)行凈化的目的。另外，還可以通過在雨落管的入口處設(shè)置過濾網(wǎng)和過濾器來去除雨水中的殘葉和碎屑等。雨水收集的主要流程為雨水降落到主體建筑屋頂，經(jīng)過雨落管流入植物淺溝中，然后逐漸下滲到排水層。另外，屋頂花園道路廣場和綠地內(nèi)的徑流雨水匯集到匯水渠再逐漸下滲到排水層，植物根系對雨水進(jìn)行截留以及土壤滲透對雨水進(jìn)行初步凈化，雨水再通過雨落管流入地下棄流池，在棄流池蓄滿時由另一出水口流入蓄水池進(jìn)行儲存，實現(xiàn)對雨水的收集工作（見圖1）。

圖1 屋面雨水收集系統(tǒng)設(shè)計圖

圖2 雨水儲存系統(tǒng)設(shè)計圖

2.2 儲存設(shè)計

為了有效利用屋頂花園的雨水，雨水儲存系統(tǒng)設(shè)計是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要流程是初期雨水經(jīng)過多道預(yù)處理環(huán)節(jié)，保證了所收集雨水的水質(zhì)，然后可以采用蓄水池或者蓄水模塊進(jìn)行蓄水，有效保證蓄水水質(zhì)，再通過壓力控制泵和雨水控制器實時反映雨水儲存的水位狀況，合理進(jìn)行灌溉（見圖2）。在這一過程中一般可以采用蓄排水板，集蓄水和排水于一體，一方面實現(xiàn)及時排水，更重要的是在雨水過多時可以儲存一部分水分，干旱時及時供給植物水分，避免植物干枯。其次，注重初期的棄流池和蓄水池兩部分的系統(tǒng)設(shè)計。首先要計算出棄流池和蓄水池的容積，以保障棄流和儲存的順利進(jìn)行，并且留有一定的余地。棄流池的設(shè)計是因為污染物集中在初期的數(shù)毫米雨量中，由于初期雨水污染程度高，處理難度大，因此對初期雨水的控制主要采用棄流處理。所以，在儲存雨水時要先進(jìn)行棄流、分流排放，待雨水質(zhì)量較為穩(wěn)定時再進(jìn)行儲存，將可利用的雨水引流入蓄水池中。另外，關(guān)于蓄水池的設(shè)計建造，要根據(jù)雨水重現(xiàn)期年限內(nèi)日雨水徑流總量去除初期棄流量后產(chǎn)生的徑流量來確定蓄水池的容積，因為其容積直接決定了雨水收集的效率。在設(shè)計與建設(shè)過程中，要想實現(xiàn)高效率儲水且具備超強(qiáng)的抗壓能力，可以建設(shè)模塊式蓄水池。相對于混凝土水池來說，其施工周期短、安裝方便、組合靈活、使用壽命更長等，其在完成蓄水的同時具有超強(qiáng)的承壓能力，在水池上可以繼續(xù)作為綠地，而且不受土壤微生物、海藻、細(xì)菌和瀝青等的影響。最后，在雨水儲存的設(shè)計過程中要注意防水問題和屋頂花園的承重能力。

2.3 灌溉系統(tǒng)

由于屋頂花園地理位置獨(dú)特，面臨的風(fēng)速較大，水分較易蒸發(fā)，土壤層較薄，因而植物的水分不易保存，這就使得植物較易面臨干涸的狀況，從而缺水枯萎。因此，對于屋頂花園的植物進(jìn)行自動灌溉系統(tǒng)設(shè)置顯得尤為重要。關(guān)于灌溉系統(tǒng)的設(shè)計，需要秉承節(jié)約利用的理念，灌溉時采用前期儲存的雨水進(jìn)行灌溉。該系統(tǒng)的設(shè)計主要涉及傳感系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)及相應(yīng)的通訊設(shè)備等。其中的傳感系統(tǒng)主要設(shè)置于土壤層，用于監(jiān)控土壤的濕度，因為土壤的含水量直接決定土壤的濕度，影響植物的正常生長需求，只有土壤達(dá)到一定的濕度，才能滿足植物的生長，濕度不夠會使植物枯死。土壤濕度傳感器的安置則能夠自動監(jiān)控土壤的濕度狀況，作為開啟灌溉裝置的一個重要指標(biāo)，放置在不同的區(qū)域，實現(xiàn)全面的土壤濕度監(jiān)控，能夠?qū)崟r將屋頂花園的土壤濕度信號傳送到中央控制系統(tǒng)。然后由中央計算機(jī)來分析土壤傳感器傳送的信息，自動實現(xiàn)與系統(tǒng)預(yù)設(shè)濕度值進(jìn)行比較，對此作出判斷決定電磁閥的啟閉程度，如果沒有達(dá)到要求，則開啟電磁閥進(jìn)行灌溉。動力系統(tǒng)功能主要由潛水泵來實施完成，將蓄水池中的水提升到屋頂花園，為灌溉水提供壓力。而輸送系統(tǒng)主要是進(jìn)行灌溉用水的輸送，當(dāng)收集儲存的雨水不足時，通過市政用水來進(jìn)行補(bǔ)水。最后，濕度達(dá)到要求時系統(tǒng)自動關(guān)閉閥門結(jié)束灌溉。由于自然降水具有很大的不確定性，自動灌溉系統(tǒng)的設(shè)計采用了先進(jìn)的電子科學(xué)設(shè)計，能夠有效滿足降水量分布不均衡情況，節(jié)省人力和物力，實現(xiàn)屋頂花園植物的有效生長，并且實現(xiàn)對雨水資源的節(jié)約利用。屋頂花園自動灌溉系統(tǒng)的工作控制流程具體如圖3所示。

圖3 屋頂花園自動灌溉系統(tǒng)工作控制流程

3 注意事項

在屋頂花園雨水利用系統(tǒng)的設(shè)計和實踐中，首先要注意安全問題，屋頂花園的造園過程是在已建成的屋頂?shù)姆浪畬由线M(jìn)行的，極易造成屋頂漏水，因此要引起重視，了解屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)、承重力來選擇不同的植物，并且由專業(yè)的人士進(jìn)行操作。另外，要做好防水處理，這直接影響著屋頂花園的使用效率和建筑物的安全性。提高防水技術(shù)的重要性認(rèn)識，綜合考慮防水工程造價和使用期，精心進(jìn)行施工，重視防水設(shè)計和施工工藝的匹配，進(jìn)而避免一切漏水安全隱患。此外，對于材質(zhì)的選擇，應(yīng)選擇一些高溫不流淌、低溫不碎裂、不宜老化、防水效果較好的防水材料。例如，在國外嘗試用中空類泡沫塑料制品作為綠化土層與屋頂之間一種良好的填充物。最后，在實現(xiàn)高效合理設(shè)計的過程中要注重美感，注重藝術(shù)性，提高屋頂花園的觀賞性。

屋頂花園的建造對城市發(fā)展有著重要的影響，增加城市綠地面積，改善日益惡化的人類生存環(huán)境，減少城市熱島效應(yīng)和沙塵暴的影響，改善人民的生活和居住條件，對于美化環(huán)境、改善生態(tài)環(huán)境有著至關(guān)重要的意義。本文針對屋頂花園的雨水利用系統(tǒng)進(jìn)行了研究，為今后的屋頂花園雨水利用提供了理論指導(dǎo)和設(shè)計建議。但是，在屋頂花園的建造過程中所面臨的情況較為復(fù)雜，容易出現(xiàn)漏水等問題，未來仍需進(jìn)一步改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

［1］曹傳生，劉慧民，王南.屋頂花園雨水利用系統(tǒng)設(shè)計與實踐［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2013（9）：76-85.

［2］楊衛(wèi)敬.平原城市住宅小區(qū)雨水調(diào)蓄系統(tǒng)設(shè)計初探［J］.低溫建筑技術(shù)，2016（6）：128-130.