2017年春夏两季是北美东部（包括安大略省南部）有记录以来降雨最多的时期之一。
春季的降雨量打破了纪录，例如多伦多，24小时内降雨量达到44.6毫米。
持续不断的暴雨导致加拿大最大城市的雨水基础设施不堪重负并发生溢流，繁忙的市中心街道因此被淹。
多伦多等城市的城市化进程导致可供雨水自由渗排的透水地面迅速减少。再加上市中心人口不断增长，这意味着现有雨水和污水系统必须处理比过去几十年更多的水。
此外，全球气温升高与世界各地极端天气事件增多有关，如果全球变暖得不到控制，这一趋势可能会加剧。
多伦多等城市难以应对前所未有的降水量，因为其雨水基础设施不足且陈旧。
多伦多市中心有23%的下水道为合流制，也就是说，城市雨水和污水通过同一根管道流向污水处理厂。在强降雨期间，下水道中的雨水可能达到容量上限，并溢流至多伦多街道及其湖泊和河流中。
这意味着，为防止市中心地区发生洪涝，未经处理的污水会被排入允许游泳和开展其他休闲活动的水体。
随着全球降雨量不断增加，现在正是关键时刻，应当审视多伦多等城市如何改造现有建筑基础设施，以减轻洪涝损害，并以更可持续的方式处理雨水。
渗透性铺面、生物滞留沟、蓄水池和绿色屋顶等绿色基础设施技术，如今已成为应对极端天气事件的常见推荐方案。
用于雨水管理的绿色屋顶
绿色屋顶是一种绿色基础设施（GI）方案，只要屋顶承重能力允许，几乎任何屋顶都可以采用。绿色屋顶的益处远不止显而易见的美观。
多伦多大学土木工程师珍妮·希尔及其同事开展的一项研究在该校绿色屋顶创新测试实验室（GRIT实验室）进行，研究显示，在一定时段内，绿色屋顶平均能够截留70%的降雨，减轻地下雨水系统的负担，并让雨水重新蒸发回大气。
这项研究考察了四项代表行业常见做法的绿色屋顶设计变量：种植类型（多肉植物，或禾草及草本开花植物）、土壤替代材料（矿物材料、木屑堆肥）、种植深度（10厘米或15厘米）以及灌溉安排（不灌溉、每日灌溉或由传感器触发灌溉），并分析这四项因素如何影响雨水截留。
研究显示，灌溉安排的影响最大：每日灌溉时，截留能力为50%；由传感器触发灌溉或不灌溉时，则增至70%。换言之，未经浇水的屋顶，或仅在土壤湿度达到预设水平时浇水的屋顶，吸收雨水的能力更强。
此外，研究计算出绿色屋顶的新峰值径流系数——用于计算绿色屋顶蓄水能力的一个常数——约为0.1至0.15，与不透水地面相比降低了85%至90%。
设计师和工程师通常使用0.5这一数值（即降低50%）来评估绿色屋顶的表现。行业惯例与基于区域证据得出的研究结果之间存在这一差异，凸显了进一步研究的必要性。
对雨水截留影响第二大的变量是土壤替代材料。应用最广泛的绿色屋顶种植材料依据德国景观研究、开发与建设协会（FLL）的指南制定。
FLL建议使用矿物骨料，因为人们认为它比生物土壤替代材料更耐久、更坚固。但当前研究对这一建议提出了质疑。
希尔及其团队将矿物种植材料与木屑堆肥进行了比较。在不灌溉的种植床中，堆肥的表现比矿物材料高出10个百分点（截留降雨量分别为70%和60%），而且随着时间推移，压实或分解程度都很小。
希尔的研究还发现，种植材料在已经潮湿（无论是因浇水还是降雨所致）时，对蓄水的影响最大。完全饱和时，堆肥的表现最高可达矿物土壤替代材料的三倍（截留降雨量分别为83%和29%）。
堆肥是更好的土壤替代材料
这意味着，堆肥不仅在每个季节的表现都更好，在雨季和连续遭遇暴风雨时更是明显胜出。
与种植材料和灌溉安排相比，种植深度（10厘米或15厘米）以及植物类别（多肉植物或禾草及草本开花植物）对雨水截留的影响都很小。
因此，在不影响雨水管理的前提下，植物选择可以满足美学目标和生物多样性、物种栖息地等环境指标。
一只蜜蜂在多伦多大学GRIT实验室屋顶花园的一株开花植物旁盘旋。多伦多大学GRIT实验室
绿色屋顶建设的一项限制是承重负荷，尤其是那些最初并未按承受饱和绿色屋顶重量设计的建筑。因此，与15厘米相比，采用10厘米的种植深度意味着更多屋顶符合改造条件。
尽管包含禾草和草本植物的高生物多样性植物组合能让绿色屋顶在美学和生态方面更加丰富，但这些植物确实需要浇水才能在多伦多这样的城市存活。由于灌溉会降低雨水截留能力，绿色屋顶设计师可以考虑种植景天等耐旱多肉植物。
不过，如果将草本植物种在堆肥中，而不是矿物种植材料中，就可以避免雨水截留能力下降。
由土壤湿度传感器触发的按需灌溉，可以兼顾水资源管理和植物生长所需的水分供应。此外，堆肥的重量明显轻于矿物种植材料，因此有更多屋顶可供改造。
因此，希尔及其团队对四项不同绿色屋顶变量的研究，让我们得以了解各项变量的益处和局限，以及它们如何组合。
绿色屋顶：理想的绿色基础设施
作为GRIT实验室的研究人员，我们认为绿色屋顶是理想的城市绿色基础设施，因为它们具有多种功能：可以加装到现有建筑上，为城市野生动物提供生物多样性空间，还能打造令人流连的公共空间，供城市居民享用。此外，绿色屋顶能让原本不适宜停留的地方变得宜人，也能为上班族提供新的户外空间。
这些最新发现清楚地展现了绿色屋顶的潜力。但要确定实现最佳表现所需的绿色屋顶构造，仍有必要开展GRIT实验室所进行的那类全面科学研究。
例如，虽然种植类型对雨水截留影响不大，但研究表明，由本地植物组成的草本植物混合种植更能吸引本地蜜蜂，而且可以说观赏性也更强。这一点至关重要：尽管多肉植物目前是行业标准，但屋顶上只种多肉植物，可能会对不同地区的城市生态产生负面影响。
设计绿色屋顶时还应考虑一个变量：屋顶的位置。GRIT实验室研究员斯科特·麦克艾弗及其同事发现，建筑高度很重要：绿色屋顶太高时，蜂巢数量会少得多，因此设计位于八层以上、旨在帮助蜜蜂的屋顶将徒劳无功。
对各地市政部门而言，暴风雨事件正变得愈发频繁且严重。多伦多等雨水基础设施老化的城市正努力寻找减轻其影响的方法。绿色屋顶可以成为解决方案的一部分，但绿色屋顶的效果并非都一样。适当的研究和专业知识必不可少。
