地表逕流

SWMM 可模擬雨水降落地面後，流入排水系統前的水量變化歷線，其將實際 的集水區概念化為一矩形之集水區，坡度均一且流向垂直集水區寬度。集水區的地 表逕流是以非線性蓄水模式表示，由降雨、入滲損失、蒸發散損失描述隨著時間地 表逕流的變化量，當雨水降落地面後，其降雨強度超過地表入滲容量時，地面凹陷 處將開始積水，而部分水會蒸發散，當積水達窪蓄飽和容量時，水便溢出而形成地 表逕流，SWMM 地表逕流模式中的入滲率運算提供三種入滲方法，可依使用者需 求選擇，分別為荷頓公式（Horton's Equation）、格林-安普公式（Green-Ampt Equation）

及美國水土保持局入滲公式（SCS Curve Number Method）。而進入排水系統中的 雨量則可由流量演算描述雨量在管渠中的流動過程，其有穩定流演算、運動波演算 及動力波演算可供選擇。

SWMM 由美國環境保護署（U.S.EPA）自 1971 年開發以來，已有發展成熟之 模組可精確模擬水流進入下水道系統之水流狀況，在版本SWMM 5.0 後加入 LID 元件以供使用者選擇，包括透水舖面、雨水花園、雨水儲集、草溝及植生滯留池等，

其可分為表面層、舖面層、土壤層、儲水層及排水層五種分層，藉由不同層的組成 及各層參數來呈現LID 設施之物理特性（Rossman, 2010）。SWMM 中各 LID 設 施之分層如表3-9。部分 LID 設施，例如雨水花園和草溝之分層較少，而透水鋪面 有較多的分層，因此利用透水鋪面來介紹格分層之間的水文過程，各分層之間的出 入流如圖3-13 所示。

SWMM 5.1.012 中內建的 LID 設施有 8 種，分別為生物滯留池、雨水花園、綠 屋頂、入滲溝、透水舖面、雨水儲集桶、屋面雨水斷接及草溝。在SWMM 裡，LID 設施由表層、舖面層、土壤層、儲水層及排水層，五種分層中組合搭配而成，其中 有固定組合的分層及依使用者選擇是否使用的分層，各 LID 設施分層組成整理於 表3-9，例如透水鋪面中，表面層、舖面層、儲水層為固定分層，而土壤層和排水 層則是選擇性分層，如圖3-12，綠屋頂及透水鋪面中排水層加了星號，表示該層可 依使用者需求決定是否使用。

圖3-12 SWMM 中綠屋頂和透水鋪面之分層（SWMM manual, 2015）

表3-9 SWMM 中 LID 設施之分層（SWMM manual, 2015）

LID 設施 表面層 舖面層 土壤層 儲水層 排水層 生態滯留池

（Bio-retention cell） V -- V V * 雨水花園

（Rain garden） V -- V -- -- 綠屋頂

（Green roof） V -- V V V

入滲溝

（Infiltration trench） V -- -- V * 透水鋪面

（Permeable pavement） V V * V * 雨水儲集系統

（Rainwater harvesting system） -- -- -- V V 屋面雨水斷接

（Rooftop disconnection） V -- -- -- V 草溝

（Vegetative swale） V -- -- -- -- V: required; *: optional

圖3-13 透水鋪面分層示意圖

在SWMM 使用手冊中並未針對 LID 設施模擬多做說明，本研究根據 SWMM 原始碼，整理出LID 之方程式，以下方程式將對各分層之間的流動項目進行介紹，

表面層接收雨水及地表逕流，表面層的水透過入滲至鋪面層，而蒸發散和出流導致 表面層的水量損失，而蒸發散量計算由 Hargreaves 公式計算，出流量則由曼寧公 式計算；鋪面層接收來自表面層的入滲後，透過蒸發散和入滲損失水量；土壤層接 受來自鋪面層的入滲後，經由蒸發散和滲漏損失水量，滲漏速率由達西定率計算；

儲存層則是接受土壤層之入滲後，經由蒸發散、入滲與出流損失水量，出流部分由 排水系統管線流出。

Infil Inflow （3-30）

Perm min k _, 1 CF , Perm _, （3-31）

Perc min k _, exp Kslope , Perc _, （3-32）

Infil min k _, 1 CF , Infil _, （3-33）

Drain C H （3-34）

Outflow min ^. D d , （3-35）

CFPave為舖面層之壅塞因子，PermPave,max鋪面層之最大入滲（m/day），PercSoil為土 壤層到儲水層之滲漏（m/day），ksat,Soil為土壤層之飽和水力傳導率（m/day），Φ 為 土壤層之孔隙率，θ 為土壤層之含水量，Kslopesoil為土壤層之傳導坡度，PercSoil,max

為土壤層到儲水層之最大滲漏（m/day），InfilStorage為流出儲存層之入滲（m/day），

ksat,Storage 為儲存層之飽和水力傳導率（m/day），CFPave 為儲存層之壅塞因子，

Infilnative,max為儲存層之最大入滲（m/day），DrainStorage為儲存層之出流（m/day），

Cd為排水係數，H 為排水水頭（m），η 為排水指數，OutflowSurface為表面層之出流

（m/day），n 為表面粗糙係數，DSurface為表面層之水深（m），dsurface為表面層之厚 度（m）。