不同型式滲透管溝保水性能探討

本節將進一步整合跨年度之試驗成果，以及本計畫發展之滲透管溝滲透量及 保水量推估理論，據以建立滲透管溝保水量計算之流程，以供技術規範修正、研 擬之依據。根據本年度及前二年度之試驗結果，茲將不同型式之滲透管溝滲透量 及保水量設計公式，包括：滲透側溝；滲透排水管；及建研所自辦案滲透陰井，

進行歸納探討。

一、滲透側溝

首先就滲透側溝而言，滲透側溝之滲透性能主要與其本身材質及其底層土壤 之滲透性有關，而不同型式之滲透側溝雖使用之材料、工法與透水機制互有不 同；但若由保水量設計的觀點來看，不同型式之滲透側溝應可以一單一因子，即 側溝本身之滲透係數（K_gutter）來表示。依據表 4-5 之設計公式，單位長度保水量 可以函數型態表示如下：

FUL= f [ Au.s(Kgutter, Ksoil, H, b), t ] (4-7) 由式(4-7)顯示滲透側溝保水量之設計涉及參數頗多，為使在實務計算上更為簡 易，故假設側溝之設計水深（H）及寬度（b）均採用 0.3m，則經由回歸分析，

不同型式側溝之單位長度滲透量計算公式可簡化為：

Au.s= -6 + 116 Kgutter0.1

, H=0.3m; b=0.3m; Kgutter> 0, r²= 0.99 (4-8) 則單位長度保水量之計算公式可表示為：

FUL= (-6 + 116 Kgutter0.1

) Ksoilt + 0.1, H=0.3m; b=0.3m; Kgutter> 0 (4-9) 上式中，「-6 K_soilt」項對於保水量較不敏感，故式(4-9)可進一步簡化為：

FUL= 116 Kgutter0.1

Ksoilt + 0.1, H=0.3m; b=0.3m (4-10) 式(4-10)中等號右邊第一項為滲透項，表示側溝之滲透能力；第二項為貯水項，

表示側溝級配層之貯水量。式(4-10)為「滲透側溝保水量整合計算公式」，設計者

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

The Ratio of Openness(%)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Au.s(m3/m)

H=0.2m

H=0.15m

H=0.1m 二、滲透排水管

滲透排水管之滲透性能主要與其本身材質及其底層土壤之滲透性（土壤 滲透係數，K_soil）有關；而不同型式之排水管雖使用之材料、工法與透水機 制互有不同，但若由保水量設計的觀點來看，不同型式之滲透排水管應可以 一單一因子，即排水管本身之開孔率來表示。本計畫亦已將土壤滲透係數

（K_soil）納入比滲透面積（A_u.s）此特性參數一併考量，此特性參數可表示滲 透側溝於單位土壤滲透係數下之滲透性能；故不同型式滲透排水管之滲透性 能應可以排水管本身之開孔率與比滲透面積（A_u.s）之關係表示，則不同型式 滲透排水管之滲透性能曲線如圖 4-18 所示。

由圖顯示當開孔率增加，其比滲透面積亦隨之增加，但比滲透面積隨著 開孔率過臨界值後則漸趨平緩。

圖 4-17 不同開孔率滲透排水管之 Au.s變化趨勢（R=0.2m）

子計畫一：滲透管溝滲透試驗及電腦輔助設計 軟體之研究

若假設滲透排水管之設計水深（H）及管徑（R）採用 0.2m，則經由回 歸分析，不同開孔率 x（%）排水管之單位長度滲透量計算公式簡化為：

Au.s= -0.415 + 21.631 x^0.158, H=0.3m; b=0.3m; x > 0, r²= 0.99 (4-11) 將上式代入式(4-6)，則不同開孔率滲透排水管單位長度保水量之計算公式可 表示為：

FUL= (-0.415 + 21.631 x^0.158) Ksoilt + 0.08

H = R = 0.2m; x > 0 (4-12) 為便於計算，式(4-12)可進一步簡化為：

F_UL= 21.6 x^0.2K_soilt + 0.1, H = R = 0.2m; x > 0 (4-13) 式(4-13)中等號右邊第一項為滲透項，表示滲透排水管之滲透能力；第二項為 貯水項，表示滲透排水管之貯水量。式(4-13)為「滲透排水管保水量整合計算 公式」，設計者式(4-13)得到設計水深（H）及管徑（R）分別為 0.2m 下，不 同開孔率（x）及土壤情況（Ksoil）下之保水量。

根據式(4-13)，若設計降雨延時（t）採 1hr，則不同土壤滲透性下，當排 水管之設計水深（H）與管徑（R）= 0.2m 時，不同開孔率之排水管保水曲線 繪如圖 4-18 至圖 4-21 所示。

由圖 4-18 至圖 4-21 之曲線結果顯示，當 Ksoil ≦10^-7m/s 時，滲透排水管 之保水量幾乎相同，故當土壤滲透性較小時，應可以 Ksoil =10^-7m/s 之曲線進 行設計。

圖 4-18 不同開孔率滲透排水管之保水曲線（K_soil=10^-3m/s）

圖 4-19 不同開孔率滲透排水管之保水曲線（Ksoil=10^-5m/s）

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

0 10 20 30 40 50 60 70 80

x (%) FUL(m3 /m)

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80

x (%) FUL(m3 /m)

子計畫一：滲透管溝滲透試驗及電腦輔助設計 軟體之研究

圖 4-20 不同開孔率滲透排水管之保水曲線（Ksoil=10^-7m/s）

圖 4-21 不同開孔率滲透排水管之保水曲線（K =10^-9m/s）

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

0 10 20 30 40 50 60 70 80

x (%) FUL(m3 /m)

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

0 10 20 30 40 50 60 70 80

x (%) FUL(m3 /m)

三、滲透陰井

以下節錄建研所自辦案「滲透陰井滲透性能之研究」之成果，以作為後 續計畫成果整合之用。滲透陰井之構造如圖 4-22 所示。

圖 4-22 滲透陰井構造示意圖

資料來源：本計畫自行繪製。

試驗時採用直徑 20、40 及 50cm 之三種高密度聚乙烯陰井，加鑽直徑 5mm 之排水孔，每 5cm 鑽一孔，經估算開孔率約為 1.0%。假設滲透陰井之穩定入 滲能力只取決於其滲透面之面積、斷面水位深（H+d）及土壤飽和滲透係數 K_soil，則滲透陰井之穩定入滲率（Q_All）可視為底面穩定入滲率與側面穩定入 滲率之總和。依據 Darcy’s law、本計畫發展之滲透管溝入滲量推估近似公式 及現地試驗觀測結果，則滲透陰井之保水量（F_ALL）可表示：

F_ALL= 582(1- ^0.243

H

e

for 開孔率 1.0% (4-14)

滲透管溝，包括滲透側溝、滲透排水管及滲透陰井之保水設計公式彙整 如表 4-5 所示。

20

2r H

單位：cm

覆土層 不織布

清碎石級配 過濾砂層 滲透排水管

格柵板

滲透陰井

子計畫一：滲透管溝滲透試驗及電腦輔助設計

b=0.35m 83.25

93

年度 透水磚側溝 2.1×10^-3 A_u.s= 176.41H,

b=0.35m 100.11

排水性側溝

（開孔率 0.21%） 5.0×10^-3 A_u.s= 205.90H,

b=0.30m 116.84

94

116K_gutter^0.1K_soilt+

0.1 H=0.3m

b=0.3m 滲透排水管

（開孔率 x=1.2%） N/A Au.s= 94.77H

R=0.20m 54.59

滲透排水管

（開孔率 x=1.8%） N/A Au.s= 121.66H,

R=0.20m 67.35

滲透排水管

（開孔率 x=3.7%） N/A A_u.s= 139.50H,

R=0.20m 78.93

95