屋頂綠化雨水貯集利用系統文獻回顧

雨水貯集利用可廣泛定義為雨水直接收集或是收集地表逕流過濾後貯存使 用。古時已廣泛使用雨水貯集，但在改善自來水普及率後雨水貯集利用也逐漸勢 微。我國經濟蓬勃發展，工業與民生用水大幅提升，以致水資源日漸不足。在開 發新水源不易及供需求量尚未達到平衡下，耗能少、污染低、取得易之雨水貯集 利用技術逐漸受到重視。本節針對雨水貯集利用進行探討。

壹、雨水貯集利用技術

雨水貯集廣義定義為：雨水利用泛指降水、大氣與雨水資源再次利用之水 源。水資源主要貯存型式之地表水與地下水皆由雨水轉化而至，故水資源開發項 目亦是雨水開發之項目，如興建水庫、灌溉系統與埤塘等開發水資源項目。

雨水貯集狹義定義為：雨水利用泛指雨水直接利用之活動，如利用集水面收 集雨水、農業生產及城市清潔等。水資源循環再生過程之雨水，以天然或是人工 方式截取貯存，並精簡易淨化處理後加以利用。

雨水貯集利用具有新興水源、調配用水與滯洪防澇等多重功能。可用於農業 灌溉，作為工業及民生用水之替代水源、建築物(如澆灌、沖廁等)或都市防洪等。

一、雨水貯集之效益

雨水貯集系統根據當地氣候環境、降雨量、其他供水水源與經濟開發程度 等，而有所不同。雨水貯集利用之優缺點如下圖所示。

缺點 優點

圖 2- 9 雨水貯集利用優缺點 (資料來源:本研究整理)

雨水貯集其他優點如：因地制宜、私有性高、降低洪峰量、提供節水教育、

設備維護容易、維護費用低廉、對環境衝擊小、減少旱災損失、減少地表逕流、

增加地下水補注、施工工方法容易、提高水資源利用率、降低地下水抽取量、提 供災備用水補給、促進水土資源永續利用、減少海水入侵之機率、若水源乾淨水 質亦良好、設施可視需求彈性擴張、供需水點近，方便取用、減少地下水系統處 理量、提供人、農業灌溉、牲畜用水及提升水資源保育。

二、雨水貯集利用之形式

本小節主要針對美國、日本、泰國、印度、香港、新加坡與菲律賓等各國雨 水貯集之形式進行介紹。

美國夏威夷島地下水較少，該全島有七千戶以上民眾，利用雨水貯集系統供 應家庭用水，占全島用水量 20%以上。日本雨水貯集系統發展十分蓬勃，如應用 於大阪地區之雨水貯集系統作為沖廁補給(Waller，1989)；東京巨蛋棒球場屋頂 也設計為集水面積，雨水淨化後供該球場沖廁、環境維護與災備用水等項目。泰 國最著名的雨水貯集計畫為 1990 年完成的大水缸計畫，共建造九萬個大水缸，

受益人口達一千八百萬人。新加坡及香港地區為人口密度集中，且為海島型國 家，可利用公共空間從事，如機場、車站進行雨水貯集利用。Appan(1987)利用 車站貯存之雨水使用洗車用水及部分用水。並對於高層建築雨水貯留系統作為經 濟及效益分析與評估，並提出適當的水質管理方法。菲律賓沿海 Capiz 地區缺乏 飲用水，根據當地經濟、人文、地理等各項因素，利用雨水貯集系統解決飲用水 (Lo，1990)。印尼沿海地區，因地下水受鹽化不適飲用，因此該地區利用建築物 屋頂集水系統，作為該地區飲用水之補充水源。

雨水貯集除能提供用水外，還具有：災備用水及減洪效用。

根據生活方式、地形地貌、水文及氣候等不同條件產生，雨水貯集利用方式 如下表所示：

表 2- 15 雨水貯集利用方式 雨水貯集利用方式

建築物類

區域雨水應用、屋頂雨水貯留系統、雨水收集結合污水回 收系統。

非建築物類

入滲廊道、地表水收集、霧氣收集系統、開闊地雨水收集、

田間雨水貯留工程、公路逕流收集系統、雨水收集結合入 滲系統。

(資料來源:本研究整理)

屋頂雨水貯集系統包含四個主要組成部分:

(一) 集水系統 (二) 貯存系統 (三) 導管系統 (四) 水質處理系統 以下分項進行介紹。

(一)集水系統

利用屋頂及排水管道進行收集。雨水收集後能快速提供屋內使用端使用，台 灣除非都會區傳統老式斜屋頂外，都會區中多為平屋頂或鐵皮搭建之混凝土屋 頂。

(二)貯存系統

集水系統可分為傳統式集水槽、水牆式集水槽及地底式集水槽(廖朝軒，

2008)。傳統式集水槽外觀呈圓柱形，體積與容積選擇性多，價格低廉，容量 300~50,000 公升。水牆式集水槽為組合式集水槽，有 1,200 和 2,400 公升兩種 大小，數個水槽可相互串連，達使用端之需求量，有效利用簷下或空調設備間隙 等空間死角。地底式水槽主要優點為隱蔽性高及貯存量較大，缺點為需支付額外 之挖地費用。鄉村地區因空間大，設置地上型貯水槽容易，但在市區大型水槽只 能往地下發展。

(三)導管系統:

溝槽與落水管需有效將屋頂收集之雨水送往貯水槽，其設置需注意材料表面 光滑、質輕、防滲漏與易連結等項目。平屋頂式建築若無落水管或因管線老舊阻 塞需加以洗洞接管。

(四)水質處理系統:

初期雨水因含帶大量屋頂沖刷堆積之灰塵、植物落葉與動物排泄等，故需將 初期雨水排出貯水槽，確保雨水水質。然而用水標的不同，所需水質不盡相同，

故需依雨水用途及集水區之區域特性，決定雨水水質處理流程及相關系統設置。

貳、雨水貯集利用相關研究 (一)國內相關文獻

台灣近年來，逐漸重視雨水資源再利用。於 1997 年時，廖朝軒(1997)探討 雨水貯集系統水文設計中主要影響因素與建立以最低成本下之住家雨水貯集系 統模式，影響雨水貯集供水系統最主要因素包含:降雨型態、逕流係數、可靠度、

需水型態、系統模擬計算方式取水方式等，此因素故影響雨水貯集供水系統能力

改變，探討貯留容量雨屋頂及水面積之最佳組合。

李士畦 (1999)，針對雨水貯留供水系統設計實務暨設置實例探討。以雨水 貯留供水系統設計模擬、規劃、設計過程中必須注意之重點，進行相關經驗探討。

劉豐壽(1999)，針對雨水貯集系統在台灣地區發展由過去大小型農塘，擴大 為農業、工業與民生用途多目標系統勢，探討雨水貯集供水系統近年來在國內外 之應用情形，分析國內發展情況與推廣成效。

陳瑞鈴等(2000)，在建築物規劃設計中導入雨水貯集供水系統，內容包括雨 水利用系統設計技術及發展背景與變遷，系統設計與模擬解析，並針對國內導入 雨水貯集利用系統之規劃案進行收集及分析。

廖朝軒等(2000)，探討需水量貯集體積與區域平均降雨量之無因次關係圖，

並以北部區域進行案例分析，利用動態聚類法將北部區域依降雨量分四小區域，

並分別建立小區域之雨水貯集容量設計圖，提供設計參考，並進一步評估在不同 區域下，雨水貯集供水系統在建築物節約用水造成之成效。

黃吉正(2000)利用歷年降雨量分析需水量、貯蓄容量與區域平均降雨量之無 因次關係與供水率的相關性，建立屋頂雨水貯集供水系統中在選定供水可靠度下 系統供水量、集水面積、貯水體積及年平均降雨量的區域系統容量設計通式，另 外建立雨水貯集供水系統容量-需水量-供水率關係曲線圖及排列圖，可供設計者 參考。

Liaw and Tsai (2004) 比較五種不同型態的屋頂，並分析逕流係數，結果 顯示各型態屋頂對逕流係數影響不大，並建議以 0.82 作為設計值。此外，作者 亦針對 YBS 及 YAS 兩種不同模式，以供水率及替代率兩種指標進行比較。結果 顯示，在使用供水率為指標時，YAS 模式不適用於較小型之儲蓄容量量設計，

因而建議使用 YBS 模式。

陳美雯(2007) 研究中，以新竹市中華大學第三宿舍為例，利用屋頂為集水 面積收集雨水供給廁所沖洗用水，沖廁量以每人每天 15 公升為計算，分析 1995

～2004 年的各年雨量資料換算雨水貯蓄容量，並以綠建築及水利署建議公式推

算雨水貯蓄容量。前者容量僅能提供 1～2 天的廁所沖洗用水量，介於 8.03～

21.20 立方公尺；後者容量會因每年降雨量而有所差，介於 200～700 立方公尺 間。

(二)國外相關文獻

Jenkins et al. (1978) 建立兩種雨水利用系統之取水模式，分別為「先取 後 溢 」 (YBS ， Yield Before Spillage) 及 「 先 溢 後 取 」 (YAS, Yield After Spillage)。以水文模擬家用雨水利用系統之實證研究顯示，水文模擬法所預測 之系統效能與實測值相當吻合(Fewkes, 1999)，而近年來多為研究者所採用。

Fewkes (1999) 分別利用 YBS 及 YAS 兩種模式進行雨水利用行為模擬，建 立簡易的容量設計方法。Fewkes 並以能代表英國的五處雨量站進行日雨量模 擬，建立由較簡易之月雨量模擬之修正參數，提供一同時考慮空間與時間差異且 簡易的容量設計法。

Amit Chanan and Paul Woods（2005）雨水貯集常應用於綠建築的設計，以 提供植裁或硬舖面清洗等維護目的，不但可以節省用水，進而減少逕流，減輕都 市下水道系統的負擔。至於這種設施的大小，則必須取決於屋頂的面積、用水量 的需求及當地的氣候，提供給工程師，建築師、市政府以及業界來估算或建議合 適的雨水貯集設施尺寸。

J. Alex Forasté, P.E. and David Hirschman (2009) 利用最佳經營策略 (BMP)在雨水貯集管理上，認為貯集系統不應該獨立設計，而是要區域性的規劃 才會達到最佳效益。