屋頂雨水貯集利用系統與地表逕流貯集利用

屋頂雨水貯集利用系統係透過建築物屋頂進行雨水收集，其集雨面積通常較 小，且集水區域通常為單一材質，集水量受其他因素影響較小；而其水質主要受 落塵、落葉與飛禽排泄物等污染物影響，影響因子較單純；進而因應不同供水標 的與建築物型式於建築內部或空地處以地面或地下型式設置貯水設施，並搭配所 需之淨水設施，將收集雨水作為植栽綠化、沖廁及其他非接觸用水使用。

地表逕流貯集利用系統係透過建築基地地表(非建築物的範圍)進行雨水收 集，其集雨範圍較大，集水量受地表利用型式及其面積占比等較多因素所影響；

而其水質受不同土地利用與區域特性所影響，如：汽車排放的廢氣、輪胎磨損、

人為丟棄的垃圾、農藥噴灑…等，影響因子較複雜；進而因應不同供水標的與地 表型態，貯水設施將考量集中或分散、地上或地下等型式設置，而淨水設施除本 手冊提及的相關設施(設備)，可搭配既有或新設的基地保水設施進行現地處理，

收集的雨水依不同基地需求可作為植栽綠化、沖廁及其他非接觸用水使用。

屋頂雨水貯集利用系統與地表逕流貯集利用系統因其雨水收集來源之差異 性，故雨水儲水槽(貯水設施)的規劃上應以分開設計為原則，兩系統在建築基地 規劃設計之相關配置位置，可參考圖3-5 所示意。

圖 3-5 屋頂雨水貯集利用與地表逕流貯集利用系統配置示意

(資料來源：本計劃成果)

綜整前述屋頂雨水與地表逕流貯集利用之差異性，將各項討論內容包括適用 範圍、建置成本、土地需求、集水方式、雨水收集的水質及儲水方式等差異比較 項目，可彙整如表3-1 所示。

表 3- 1 屋頂雨水貯集利用系統與地表逕流貯集利用系統差異比較表

比較項目 屋頂雨水貯集利用系統 地表逕流貯集利用系統 適用範圍 單一機關或家庭之非接觸用水 集中型社區、校園、工業區或

公共設施之非接觸用水

總成本 較低 較高

單位用水成本 較低 較高

輸/配水成本 較少(貯水設施位置與使用者較 近)

取決於集水系統、貯水設施與 使用者的相對位置

土地需求 較小 較大

集水方式 簡易集水設施(設備) 完整集水系統

(包含集排水設施、設備) 雨水收集的水

質 污染源較單純 污染源較複雜

雨水利用之水 質標準

經濟部水利署：建築物雨水貯 留利用之水質建議值

行政院環境保護署：建築物生 活污水回收再利用建議事項

污染削減效益 屋頂雨水相對乾淨，對環境的 減污效果有限

地表雨水相對污染物較多，對 環境具顯著減污效益

逕流削減效益 僅減緩屋頂雨水逕流體積 可減緩建築基地或開放場域內 的雨水逕流體積

維護管理 個人或管委會等組織 管委會等組織

既有建築基地

之適用性 合適 合適

(資料來源：本計畫成果)

本節特針對屋頂雨水貯集利用與地表逕流貯集利用之系統規畫設計所需考 量的差異之處進行探討，主要分為三個大方向，分別為「集水區域之逕流量估算」、

「貯水設施容量設計與配置型式」、「污染源與水質特性」，說明如后。

壹、集水區域之逕流量估算

建築物屋頂作為集雨區域，其雨水逕流接觸面通常為單一材質(混凝土或金 屬材質等)且集雨面積較小，故相對建築基地內地表逕流雨水收集之影響因素較 少，通常可以洪峰流量評估其雨水收集量；然因地表雨水逕流在建築基地內常為 不同土地利用的方式及土壤，如不透水地面(混凝土、PU、柏油路面等)、透水地 面(草地、花園、透水鋪面、水體等)而影響整體可收集的逕流量，且因建築基地 集雨面積較大，需透過逕流體積計算雨水收集量。

地表逕流量即為地表逕流貯集利用系統的入流量，可評價系統雨水收集之成 效，本小節將針對常見用來評估洪峰流量與逕流體積之方法進行分析比較，分別 為合理化公式法、修正合理化公式法、逕流體積計算方法，以及 SCS 逕流曲線 法(Curve Number,簡稱 CN)，作為後續貯水設施(設備)型式配置、位置與容量設 計、以及水質處理量體的參考依據。

一、 合理化公式法

合理化公式為Kuichling 於 1889 年提出，時至今日仍被廣泛應用於集水區之 洪峰流量估算。在集水區內之降雨延時等於集流時間之狀況下，此時集水區將可 產生最大逕流量，即洪峰流量，其關係式可表示如下：

𝑄_𝑃= 0.278 × 𝐶 × 𝐼 × 𝐴𝑟 (3. 1) 其中，

𝑄_𝑃為洪峰流量(cms)；

𝐶為逕流係數，可參考報告前述表 1-1 說明；

𝐼為降雨強度(mm/hr)；

𝐴_𝑟為集水區面積(km²)。

二、 修正合理化公式法

修正合理化公式法係在合理化公式法的原理上做變化，主要用以計算逕流體 積，通常做為滯洪設施容量設計的評估方法。修正合理化公式法與合理化公式法 不同點在於修正合理化公式法係透過降雨延時而非集流時間進行計算，較能準確 獲得在降雨延時內的總雨水逕流體積量

Q

v，能符合滯洪設施的容量設計需求，

修正合理化公式法與合理化公式法之逕流量歷線關係可如圖3-6 所示意。

圖 3-6 修正合理化公式法與合理化公式法之逕流量歷線關係圖

（資料來源：本團隊蒐集彙整）

三、 逕流體積計算方法

地表逕流量將依不同基地型態與地表類型及其面積占比等因素而影響系統 的雨水收集量，故地表逕流量估算應先評估集水範圍的地表逕流體積逕流係數

C

v。 地表逕流體積逕流係數

C

v為地表逕流體積量∀R與實際總降雨體積量∀P的比，即 系統收集地表逕流之雨水入流量與建築基地總降雨量的比值，其關係式可表示如 下：

𝐶_𝑣 = ^∀𝑅

∀𝑃

(3. 2)

其中，

𝐶_𝑣：體積逕流係數(無單位)；

∀_𝑅：地表逕流體積量，即系統雨水入流量(m³)；

∀ ：實際總降雨體積量(m³)。

集水範圍內地表逕流之體積逕流係數Cv 計算，若考量全部基地範圍做為系 統的集水範圍，即係以區域性的考量下，需評估基地地表不透水面積百分比並以 經驗公式計算得之，如圖 3-7 (a) 示意；若分別考量集水範圍內各區塊的地表類 型，則係透過查表法而得到各區塊地表類型之體積逕流係數，進而將各區塊的集 水面積占比進行加權計算，即可得到該集水範圍的體積逕流係數Cv 值，如圖 3-7(b) 示意。

(a) 考量區域性 (b) 考量各集水區塊

圖 3-7 考量不同集水範圍之體積逕流係數 Cv 計算方法

（資料來源：本團隊蒐集彙整）

考量前述區域性與各集水區塊的集水範圍之體積逕流係數Cv 計算方法，分 為「經驗公式計算方法」與「查表加權法」說明如下：

1. 考量區域性：經驗公式計算方法

需先評估整體不透水面積，並藉經驗公式計算之，其公式如下：

𝐶_𝑣 = 0.05 + 0.9 × 𝐼𝑀𝑃 (3. 3)

（資料來源：2017 年美國北卡羅来納州環境質量局-雨水設計手冊）

𝐶_𝑣 = 0.91 × 𝐼𝑀𝑃 − 0.0204 (3. 4)

（資料來源：2018 年美國猶他州環境質量局水質處-低衝擊開發手冊）

其中，

IMP：不透水率(%)。依集水區域之地表情況決定，可參考下式 5. 4 計算之；

亦可透過下表3-1 之各類基地之不透水率參考表而查表求得。

𝐼𝑀𝑃 =^{𝐴𝑆 − 𝛴𝐴𝑃𝐼}

𝐴𝑆 × 100% (3. 5) 其中，

𝐴_𝑠：地表逕流之集水面積(m²)；

𝐴_𝑃𝐼：透水面積(m²)，如綠地、透水鋪面等。

表 3- 2 各類基地之不透水率參考表

基地類型 不透水率(%)

未開發或開放空間 0

部分開發或50%開放空間 22–42 郊區住宅 (200 人以下／公頃) 10–20 低密度住宅 (200～500 人／公頃) 45–85 中密度住宅 (500～800 人／公頃) 60–80 高密度住宅 (1,000 人以上／公頃) 70–90

工商業用 90–100

（資料來源：本團隊蒐集彙整）

2. 考量各集水區塊：查表加權法

參考下表3-2，查表獲得各集水區塊之體積逕流係數 Cv1、Cv2、Cv3…，並依 各集水區塊之面積占比進行加權計算，得到整體集水範圍

C

v值，其計算方法如 下：

𝐶_𝑉 =^{𝐶𝑉1×𝐴1+𝐶𝑉2×𝐴2+𝐶𝑉3×𝐴3⋯}

𝐴𝑆 (3. 6) 其中，

𝐶_𝑉1、𝐶_𝑉2、𝐶_𝑉3⋯：各集水區塊體積逕流係數；

𝐴₁、𝐴₂、𝐴₃⋯：各集水區塊面積(m²)。

表 3- 3 不同基地型式及地表類型之體積逕流係數 C

v

值參考表

類型 體積逕流係數(Cv) 基地型式

未開發地區 0.10 – 0.35

郊區住宅 (200 人以下／公頃) 0.24 – 0.40 低密度住宅區 (200～500 人／公頃) 0.30 – 0.50 中密度住宅區 (500～800 人／公頃) 0.40 – 0.60 高密度住宅區 (1,000 人以上／公頃) 0.60 – 0.75

商業區 0.70 – 0.95

工業區 0.50 – 0.80

公園 0.10 – 0.25

地表類型

瀝青/柏油路面 0.85 – 0.95

混凝土路面 0.80 – 0.95

磁磚路面 0.75 – 0.85

砂質土壤 0.10 – 0.20

黏質土壤 0.20 – 0.30

（資料來源：本團隊蒐集彙整）

藉前述「經驗公式計算方法」或「查表加權法」求得地表逕流體積逕流係數

C

v後，可透過下式計算地表逕流逕流體積量

Q

v：

𝑄_𝑣 = 𝐶_𝑣× 𝑃 × 𝐴_𝑠 (3. 7) 其中，

𝑄_𝑣：逕流體積量(m³)；

𝐶_𝑣：體積逕流係數(無單位)；

𝑃 ：累積降雨量(mm)；

𝐴_𝑠：地表逕流之集水面積(m²)。

四、 SCS 逕流曲線法(Curve Number, 簡稱 CN)

SCS 曲線號碼法為前美國土壤保持局( The U.S. Soil Conservation Service, SCS) 於 1972 年 所 建 立 ， 現 為 美 國 自 然 資 源 保 育 局 (National Resources Conservation Service, NRCS)。此方法為一種經驗公式，為目前各國普遍用於計算 有效降雨量之方法，考慮土地利用方式及土壤條件，推估降雨所產生逕流量，其 累積有效降雨量之公式如下：

𝑃_𝑒=^{(𝑃−0.2𝑌)}_{(𝑃+0.8𝑌)}² (3. 8)

𝑌 = 25.4(¹⁰⁰⁰

𝐶𝑁 − 10) (3. 9) 其中，

𝑃_𝑒 ：累積有效降雨量(mm)；

𝑃 ：累積降雨量(mm)；

𝑌 ：集水區最大蓄水量(mm)；

CN：SCS 曲線號碼，參照下表 3-3～3-5。其中「國土利用現況對應土地利用 型態 SCS 分類表」，本報告中僅呈現與計畫內容相關之類別如水利、建 築及公共設施使用土利類別(2/3)之分類。

藉前述計算獲得累積有效降雨量，再與集水面積進行乘積，可計算獲得地表 逕流逕流體積量

Q

v如下式：

𝑄_𝑣 = ¹

1000×𝑃_𝑒× 𝐴_𝑠 (3. 10) 其中，

𝑄_𝑣：逕流體積量(m³)；

𝑃_𝑒 ：累積有效降雨量(mm)；

𝐴_𝑠：地表逕流之集水面積(m²)。

表 3- 4 臺灣土壤性質分類表

（資料來源：經濟部水利署，2019，出流管制計畫書與規劃書 檢核基準及洪峰流量計算方法）

表 3- 5 SCS 曲線號碼表【AMC II】

（資料來源：經濟部水利署，2019，出流管制計畫書與規劃

書檢核基準及洪峰流量計算方法）

表 3- 6 國土利用現況對應土地利用型態 SCS 分類表(2/3)

（資料來源：經濟部水利署，2019，出流管制計畫書與規劃書檢核

基準及洪峰流量計算方法）

貳、貯水設施容量設計與配置型式

藉前小節針對集水範圍與逕流量估算之探討，可知系統入流量受不同基地型 式與地表類型所影響，亦將直接影響貯水設施容量之計算方式；由於屋頂雨水貯 集利用系統的容量設計方法，如國內常用的綠建築評估手冊(2019)水資源指標篇 章所介紹之方法，因其計算方法主要係由供給面進行容量設計，然而地表逕流貯 集利用系統的集水面積較大，故收集的雨水通常將遠超過供水之需求。

因此，地表逕流貯集利用系統之貯水設施的容量設計應針對需求面進行設計，

或同時考量供給與需求面進行設計，較能符合容量設置之效益，故本計劃將依地 表逕流貯集利用之貯水設施容量設計方法之考量因素，選擇國內常用的方法，分 別為「考量供給面 - 綠建築評估手冊(2019)容量設計方法」、「考量需求面 - 簡 易計算法」及「考量供給與需求面 - 數值模擬法」等三種方法進行探討，可供未 來規劃設計所需之參考依據，說明如后。

一、 考量供給面 - 綠建築評估手冊(2019)容量設計方法

地表逕流雨水貯集利用系統之容量設計從供給面考量之計算方法，可參照綠 建築評估手冊(2019)的雨水儲水槽設計容量( V

s

)之計算公式：

𝑉_𝑠 ≧ ^𝑅

1000× 𝐴_𝑟× 𝑁_𝑠

(3. 11)

其中，

𝑉_𝑠 ：考量供給面貯水設施之設計容量(m³)；

𝑅 ：代表點日平均降雨量(mm/日)，參考表 3-7 各區降雨資料表；

𝐴_𝑟 ：集雨面積(m²)，如以建築基地地面作為集雨範圍，可參考「建築物雨水 貯留利用設計技術規範」之建議，透水鋪面有效面積採百分之八十、裸

𝐴_𝑟 ：集雨面積(m²)，如以建築基地地面作為集雨範圍，可參考「建築物雨水 貯留利用設計技術規範」之建議，透水鋪面有效面積採百分之八十、裸

在文檔中 建築基地地表逕流貯集利用規劃設計之研究 (頁 46-79)