2017年の春と夏は、オンタリオ州南部を含む北米東部で、観測史上有数の雨の多い季節となりました。
春の降雨量は記録を更新し、トロントなどでは24時間に44.6ミリの雨が降りました。
絶え間ない豪雨によってカナダ最大の都市の雨水排水インフラが処理能力を超え、繁華な都心の道路が冠水しました。
トロントのような都市では、都市化により水が自由に浸透する地表面が急速に失われています。都心部の人口増加も相まって、既存の雨水排水・下水システムは、数十年前より多くの水を処理しなければなりません。
さらに、世界的な気温上昇は、世界各地で異常気象が増加していることと関連づけられており、地球温暖化を抑制できなければ、この傾向はさらに悪化する可能性があります。
トロントのような都市は、対応能力が不十分で、雨水排水インフラが不十分かつ老朽化しているため、これまでにない降水量に対処できていません。
トロント都心部の下水道の23％は合流式です。つまり、雨水と汚水が同じ管を通って浄水処理施設に流れます。大雨の際には、下水道内の雨水が処理能力の上限に達し、トロントの道路や湖、河川にあふれ出すことがあります。
そのため、都心部の浸水を防ぐために、下水が未処理のまま、水泳などのレクリエーションができる水域へ放出されます。
世界的に降雨量が増加しているいま、トロントのような都市が既存の建築インフラを改修し、洪水被害を軽減するとともに、より持続可能な方法で雨水を処理するにはどうすればよいかを検討することが極めて重要です。
透水性舗装、バイオスウェイル、貯水槽、緑化屋根などのグリーンインフラ技術は、異常気象への対策として、いまや広く推奨されています。
雨水管理に役立つ緑化屋根
緑化屋根は、GI（グリーンインフラ）の選択肢の一つで、荷重に耐えられる屋上であれば、ほぼどこにでも導入できます。緑化屋根の利点は、明らかな美観上の魅力にとどまりません。
トロント大学の土木技師ジェニー・ヒル氏と共同研究者が行った研究では、同大学のグリーンルーフ・イノベーション・テスティング・ラボ（GRITラボ）において、緑化屋根は一定期間に降る雨の平均70％を捕捉できることが示されました。これにより地下の雨水排水システムの負荷が軽減され、雨水は大気中に戻されます。
この研究では、業界で最も一般的な慣行を反映する緑化屋根の設計要素を4つ検討しました。植栽の種類（多肉植物、または草類や草本性の花を咲かせる植物）、土壌代替材（鉱物系資材、木質堆肥）、植栽の深さ（10センチまたは15センチ）、灌水スケジュール（なし、毎日、またはセンサーによる作動）です。そして、これら4つの要素が水の捕捉にどう影響するかを調べました。
保水能力への影響が最も大きかったのは灌水スケジュールで、毎日灌水する場合の50％から、センサーで作動させる場合または灌水しない場合の70％へと高まりました。つまり、水を与えていない屋根、または土壌があらかじめ設定した水分量に達したときだけ灌水する屋根のほうが、雨水を多く吸収できます。
さらにこの研究では、緑化屋根のピーク流出係数（水を保持する能力の算定に用いる定数）の新たな値を約0.1～0.15と算出しました。これは不透水面と比べて85～90％の低下に相当します。
設計者や技術者は、緑化屋根の性能評価に慣例的に0.5（50％の低下）という値を用いています。業界の慣行と地域の実証データに基づく知見とのこの不一致は、さらなる研究の必要性を示しています。
雨水の保水に2番目に大きな影響を及ぼした要素は土壌代替材でした。最も広く使われている緑化屋根の植栽基盤材は、ドイツ造園研究・開発・建設協会（FLL）のガイドラインに基づいています。
FLLは、鉱物系の骨材のほうが生物由来の土壌代替材より長持ちし、耐久性が高いと考えられることから、これを推奨しました。しかし、この推奨は近年の研究によって疑問が呈されています。
ヒル氏のチームは、鉱物系の植栽基盤材と木質堆肥を比較しました。灌水しない植栽区画では、堆肥のほうが鉱物系資材を10％上回り（降雨量の70％を保水したのに対し、鉱物系資材は60％）、時間が経過しても圧縮や分解がほとんど見られませんでした。
ヒル氏の研究では、灌水や雨によってすでに湿っている場合、植栽基盤材が保水性に最も大きく影響することも明らかになりました。完全に飽和した状態では、堆肥の保水量は鉱物系土壌代替材の最大3倍に達しました（降雨量の83％に対して29％）。
土壌代替材として堆肥が優れている
つまり、堆肥はどの季節でも優れた性能を示しただけでなく、雨の多い季節や、嵐が連続する状況では格段に優れていました。
植栽の深さ（10センチと15センチの比較）と植物の科（多肉植物と草類や草本性の花を咲かせる植物の比較）は、どちらも植栽基盤材や灌水スケジュールに比べると、雨水の保水にほとんど影響しないことが示されました。
したがって、雨水管理を損なうことなく、植物の選定によって景観上の目標や、生物多様性や種の生息環境といった環境基準を満たすことができます。
トロント大学GRITラボの屋上庭園で、ミツバチが花の周りを飛んでいる。トロント大学GRITラボ
緑化屋根の設置における制約の一つは荷重です。特に、飽和した緑化屋根の重量に耐えるよう当初設計されていない建物では問題となります。そのため、植栽の深さを15センチではなく10センチにすれば、改修の対象となる屋根を増やせます。
とはいえ、草類や草本植物を含む生物多様性に富んだ植物構成は、景観面でも生態面でもより豊かな緑化屋根となりますが、トロントのような都市でこれらの植物を生育させるには灌水が必要です。灌水は雨水の保水に悪影響を及ぼすため、緑化屋根の設計者は、セダムのような乾燥に強い多肉植物を検討できます。
ただし、鉱物系の植栽基盤材ではなく堆肥に草本植物を植えれば、雨水の保水能力の低下を防げる可能性があります。
土壌水分センサーで作動する必要時灌水なら、植物の生育に必要な水の供給と水管理のバランスを取れます。さらに、堆肥は鉱物系の植栽基盤材よりかなり軽いため、改修できる建物の範囲も広がります。
ヒル氏のチームが緑化屋根の4つの異なる要素を調べたことで、それぞれの利点と限界、そしてそれらをどう組み合わせられるかが明らかになりました。
緑化屋根：最適なグリーンインフラ
GRITラボの研究者である私たちの見解では、緑化屋根は多機能性ゆえに、都市に最適なグリーンインフラです。既存の建物に後付けでき、生物多様性に富む空間を都市の野生生物に提供し、都市住民が楽しめる充実した公共空間にもなります。さらに、これまで人が過ごすには適さなかった場所を快適にし、オフィスで働く人々に新たな屋外空間を提供できます。
最近の知見は、緑化屋根の可能性を明確に示しています。しかし、最適な性能を発揮する緑化屋根の構成を特定するには、GRITラボで行われたような、緑化屋根に関する綿密な科学的研究が必要です。
例えば、植栽の種類が雨水の保水に与える影響は小さいものの、在来植物を組み合わせた草本植物の植栽は、在来種のミツバチを引きつけることが示されており、見た目の魅力も高いと考えられます。この情報は重要です。多肉植物が現在の業界標準ですが、屋根に多肉植物だけを植えると、地域によっては都市生態系に悪影響を及ぼす可能性があります。
緑化屋根を設計する際に考慮すべきもう一つの要素は、その立地です。GRITラボの研究者スコット・マックアイヴァー氏と共同研究者は、建物の高さが重要であることを明らかにしました。緑化屋根が高すぎるとミツバチの巣箱の数は大幅に減るため、8階を超える高さでミツバチの生息を促す屋根を設計しても効果は見込めません。
自治体にとって暴風雨がより頻繁かつ深刻になるなか、トロントのように雨水排水インフラが老朽化した都市は、その影響を軽減する方法を見つけようと苦慮しています。緑化屋根は解決策の一部になり得ますが、すべての緑化屋根が同じように機能するわけではありません。適切な研究と知識が不可欠です。
