约翰-巴克（John Buck）是宾夕法尼亚州匹兹堡市的一位创新型土壤科学家，他一直在尝试利用土壤监测设备在许多不同的城市定量回答这个问题，以确定绿色基础设施在管理雨水方面的功效和最佳类型。

为什么要进行屋顶绿化？

在老城区，雨水径流通常与污水合流，这些合流水在干旱天气和小雨时由污水处理厂进行处理。不幸的是，在更大的暴雨（有时只有几毫米的雨量）期间，合流水量超出了污水处理厂的处理能力，未经处理就以 "污水合流溢流"（CSO）的形式排放到地表水中。缓解 CSO 的方法之一是收集和储存雨水，使其不流入合流的下水道。绿色屋顶本质上是屋顶上的花园，但安装人员并不是在土壤中种植植物，而是使用由膨胀页岩、膨胀粘土、碎砖或其他高渗透率的多孔轻质材料制成的合成基质。在暴雨期间，水会浸入基质中充满空气的孔隙中，基质就像海绵一样吸收雨水。多余的水会流入地下排水层，并通过现有的屋顶排水沟流出屋顶花园。由于相当一部分雨水被储存在基质中，因此可以通过蒸发散失，而不会造成雨水量和 CSO。

寻找答案

设计者和监管者想知道绿色屋顶的效果如何，以及它们是否被过度设计。他们想知道以下问题的答案"我应该使用什么样的基质？什么样的植物可以在屋顶绿化条件下生存？当没有暴风雨时，我是否需要灌溉屋顶绿化来浇灌植物？"以及 "半小时内发生一英寸的暴风雨与五天内发生五英寸的暴风雨相比，屋顶绿化的效果是否一样好？"ZL6 数据记录器 巴克使用土壤分析仪和改装的翻斗雨量计来测量进出绿色屋顶的水量、强度和水质。他还跟踪天气参数，计算景观的日蒸散量。他使用 METER 土壤传感器测量导电率（溶解盐）、体积含水量和温度。他安装了 METER 数据记录器，通过 GSM 蜂窝连接将数据发送到网络，使利益相关者能够实时访问数据。这种数据遥测技术提供了额外的数据安全性、即时更新的结果、系统问题的即时反馈，以及与他人共享数据的简便方法。

屋顶绿化面临的新挑战

屋顶绿化成果喜人，但也带来了新的挑战：确保植物有足够的水分。这一挑战的关键在于，作为屋顶绿化设计标准的轻质膨胀页岩/粘土基质材料虽然吸水效果良好，但却具有一些不同于典型土壤的特殊性质。具体来说，膨胀页岩和膨胀粘土介质往往以沙子和细砾大小的颗粒为主，这些颗粒提供了很高比例的大孔隙，但大颗粒的内部孔隙率则以微孔为主。这种孔隙大小分布导致研究人员提出了两个重要问题：植物生长可以获得多少水？非饱和水力传导性是否足以避免根系在高蒸发需求下因水分从大块土壤流向根系而处于饥饿状态？随着屋顶绿化技术的不断发展，这些都是至关重要的问题。

绿色屋顶验证所需的测量

不过，巴克还是从他的工作中学到了很多东西。考虑到夏季暴雨的空间分布很不均匀，对屋顶绿化性能的定量研究需要在当地测量降雨量。在测量降雨量的同时监测土壤含水量，通过lysimeter 测量排水量，可以了解总饱和度和毛细管饱和度、排水率以及可用于储存的孔隙度。将 METER 土壤水势传感器放置在地下排水层积水的毛细管边缘内，可提供有关排水层和上覆土壤干燥度以及排水层内可用雨水存储量的有用信息。在绿色屋顶性能量化项目中，使用渗滤仪对土壤排水进行直接测量是一项关键的补充测量，因为在绿色屋顶上使用耐旱的高山多肉植物（通常是景天科植物）时，还有一部分蓄水量是无法测量的。景天科植物可在其植物组织中吸收多达 10 毫米的降雨当量。

其他项目和未来计划

在地面上，巴克正在量化密集雨水渗透区域的性能，这些区域被称为雨水花园、生物滞留区，或者更通俗地说，基于渗透的雨水最佳管理措施（基于渗透的最佳管理措施）。在监测基于渗透的雨水最佳管理实践时，巴克使用了与绿色屋顶类似的工具，但增加了水位传感器和压强计。Buck 发现，含水量传感器上通常都有电导率辅助测量，再加上地表水和孔隙水取样，可以用来记录渗透系统中发生的变化。这些测量结果表明，绿色屋顶和基于渗透的 BMP 确实在改善城市环境，并对 CSO 有所贡献。现在的挑战是如何更广泛地实施这项技术。不过，有了现在的验证，这项工作应该会容易得多。

发现 METER数据记录器、土壤湿度和水势传感器

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