第五章 滲透管溝之法制化研究
第三節 建築基地保水設計方法之探討
本節首先針對綠建築解說與評估手冊中之滲透側溝保水設計公式與本計 畫發展之公式進行比較。其次以一假設之建築基地保水設計案例為例，分別 以土壤之「飽和滲透係數」及「最終入滲率」來計算基地保水指標，探討二 設計方法之差異。然後並嘗試研擬設透管溝、陰井之適當設計水位與滲透設 施之影響係數。最後提出保水量設計公式的建議修改方式，以作為修訂規範 之參考。
一、滲透測溝保水量與計算方法之比較
現行之滲透側溝設計斷面如第二章中之圖 2-3 所示，其係以依標準尺寸 的設計斷面來作為計算上之依據，其保水量計算方法如下式所示。
Q8=(2.0KsoilLt)+(0.057L) (5-1) 式中 Q8為滲透側溝之設計保水量；t 為最大降雨延時(s)。
式(5-1)中，「2.0KsoilLt」為滲透側溝側面及底面在降雨事件中之滲透量，
「0.057L」為側溝本身的貯水量。
假設土壤之 Ksoil = 10-5 m/s，降雨延時採用 1hr，依據式(5-1)則其保水量 為：
保水量：0.302 m3= 0.072 m3 （滲透量）+ 0.230m3（貯水量） (5-2) 若依據本計畫發展之保水量設計公式，則透水磚側溝之保水量為：
保水量：1.962 m3= 1.872 m3 （滲透量）+ 0.070m3（貯水量） (5-3) 由以上比較顯示，二不同計算公式所得之結果有明顯差異。
本計畫發展之計算公式是以土壤之最終入滲率為計算依據，而最終入滲
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率為飽和滲透係數之函數。最終入滲率是指在土壤表面飽和時（飽和滲透係 數為土體飽和時），水垂直通過土壤的能力；因此最終入滲率之值會比飽和滲 透係數高，導致式(5-3)之滲透量比式(5-2)高出甚多。
而在貯水量方面，由於側溝之地下貯水槽通常為較大孔隙率（n）及高滲 透係數之級配，故雨停後側溝之入流量驟減，則側溝在排水溝底面以上之水 會迅速經由排水溝排向下游。因此本計畫將側溝之貯水容量設定在排水溝底 面以下之級配層，所以式(5-3)之貯水量遠低於式(5-2)之結果。整體而言，式 (5-3)計算所得之保水量遠高於式(5-2)計算之保水量。
二、建築基地保水設計探討
以下以「綠建築解說與評估手冊」之案例為例，進行保水指標計算之探 討。
計算案例：透天集合住宅
1.建築基本資料：
基地面積：2500m2，地面層面積：1250m2 法定建蔽率：50%，實際建蔽率：50%
屋頂 花園 車 道入口
主 入口
裸 露地 貯 留滲透 空 地
景 觀貯留 滲 透水池
透 水鋪面 瀝青 車道 0 5m
滲 透陰井 滲 透排水 管
基地無鑽探資料，經判斷屬於粉土層(Ksoil=10-7m/s) 2.保水設計概要：
(1) 住戶入口中庭部分為透水鋪面，面積為 275 m2，透水鋪面基層厚度 為 20cm。後方庭院為裸露地，面積為 708 m2。
(2) 中庭有貯集滲透空地及景觀貯集水池的設置， 貯集滲透空地面積為 40 m2，可貯集體積為 12 m3，景觀貯集水池可透水面積為 35 m2，高 低水位間體積為 16 m3。
(3) 頂樓有屋頂花園設置，面積為 500 m2，覆土深度為 0.5m。
(4) 降雨延時 44hr。
3.指標計算與檢討：
STEP1 檢驗各類保水設施之規定以決定計算方式及各項變數
(1) 裸露土地保水量Q ：裸露土地面積為 708 m1 2，其上方及下方均無人 工構造物，且其土質為粉土層，Ksoil為 10-7m/s。
(2) 透水鋪面設計保水量Q ：透水鋪面面積為 275 m2 2，透水鋪面基層厚 度為 20cm。採用每塊 24cm×12cm 的連鎖磚(其面積小於 0.25 m2)，且 其下方無人工構造物，故可視為透水鋪面計算。
(3) 人工地盤花園貯集設計保水量Q ：屋頂花園土壤體積經計算為 2503 m3， 屋頂花園土壤由於下方為人工地盤，故可直接將體積代入計算。
(4) 地面貯集滲透設計保水量Q ：貯集滲透空地面積為 40 m4 2，可貯集 體積為 12 m3，景觀貯集水池可透水面積為 35 m2，高低水位間體積 為 16 m3。由於「貯集滲透空地」內採用上述之連鎖磚鋪設， 故可 視為貯集滲透空地計算。而「景觀貯集水池」底部的外緣採用透水性 級配鋪設，中央部分則採用不透水材質以維持低水位，故可視為景觀 貯集水池計算。
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Q1=(708×10-7×158400)= 11.21 (2) 透水鋪面設計保水量
Q2=(275×10-7×158400) = 4.36 (3) 人工地盤花園貯集設計保水量
Q =250×0.05= 12.503
(4) 地面貯集滲透設計保水量
Q4=40×10-7×158400+12+35×10-7×158400+16= 29.19 (5) 保水設計之保水量總和
Q=
Qi =Q1Q2Q3Q4=11.21+4.36+12.50+ 29.19=57.26 (6) 原土地保水量Q = 2500×158400×100 -7=39.6 (7) 基地保水指標 本基地保水及格基準值＝0.8×(1－50%)＝0.40c
由上述計算得本基地保水指標＝1.45＞0.40 故本基地保水指標及格。
上述計算，是以土壤之飽和滲透係數為計算保水量依據，然現實狀況土 壤多呈未飽和情形，此時土壤之滲透性能通常以其「最終（穩定）入滲率」
表示，故以下將以此概念計算保水指標並與原方法比較。
之 Ksoil為 10-7m/s，最終入滲率為 10-6m/s；計算結果如表 5-2 所示。
表 5-1 土壤分類與土壤滲透係數、最終入滲率對照表
土層分類描述 統一土壤分類 土壤滲透係數 Ksoil(m/s) 最終入滲率 ffin(m/s)
不良級配礫石 GP 10-3 10-3
良級配礫石 GW
沈泥質礫石 GM
黏土質礫石 GC
10-4 10-4
不良級配砂 SP
良級配砂 SW 10-5 10-5
沈泥質砂 SM
黏土質砂 SC 10-7 10-6
泥質黏土 ML 10-8 10-7
黏土 CL 10-9 10-7
高塑性黏土 CH 10-11 10-7
註：屬於相同土壤統一分類的不同土質，會因為緊密程度以及組成的不同，其滲透係 數的值會有所差異，最大會有101的誤差。本表為求評估上之客觀，乃是取其最小值，
可使評估結果較為保守可信。
表 5-2 為考慮不同土壤滲透係數、最終入滲率及降雨延時條件下之計算 結果。基本上，在相同降雨延時條件下，不論採用土壤滲透係數或最終入滲 率計算，隨著土壤滲透係數（最終入滲率）之降低，保水指標值越大。這是 因為保水指標之分母，即「原基地保水量」，會隨著土壤滲透係數（最終入滲 率）之變動呈線性比例變化。
而指標分子，即「保水設計保水量」，因為其值為「滲透量」加「貯蓄量」， 所以土地滲透狀況改變時，無法與分母呈線性比例變化；且在土壤滲透性較 小時，保水量大多由「貯蓄量」所貢獻，故指標值較高，這突顯了「貯蓄層」
在保水設計之重要性。
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表 5-2 保水指標計算結果
手冊計算方法（方法 A） 本計畫建議計算方法（方法 B）
Ksoil(m/s) 10-3 10-4 10-5 10-7 ffin(m/s) 10-3 10-4 10-5 10-6 Q1 112147.2 11214.7 1121.5 11.2 Q1 112147.2 11214.7 1121.5 112.1 Q2 43565.5 4361.5 441.1 9.9 Q2 43565.5 4361.5 441.1 49.1 Q3 12.5 12.5 12.5 12.5 Q3 12.5 12.5 12.5 12.5 t = 44hr Q4 11908.0 1216.0 146.8 29.2 Q4 11908.0 1216.0 146.8 39.9 Q’=ΣQi 167633.2 16804.7 1721.9 62.8 Q’=ΣQi 167633.2 16804.7 1721.9 213.6 Q0 396000.0 39600.0 3960.0 39.6 Q0 396000.0 39600.0 3960.0 396.0 λ 0.423 0.424 0.435 1.585 λ 0.423 0.424 0.435 0.539 Q1 2548.8 254.9 25.5 0.3 Q1 2548.8 254.9 25.5 2.5 Q2 995.5 104.5 15.4 5.6 Q2 995.5 104.5 15.4 6.5 Q3 12.5 12.5 12.5 12.5 Q3 12.5 12.5 12.5 12.5 t = 1hr Q4 298.0 55.0 30.7 28.0 Q4 298.0 55.0 30.7 28.3 Q’=ΣQi 3854.8 426.9 84.1 46.4 Q’=ΣQi 3854.8 426.9 84.1 49.8 Q0 9000.0 900.0 90.0 0.9 Q0 9000.0 900.0 90.0 9.0 λ 0.428 0.474 0.934 51.534 λ 0.428 0.474 0.934 5.534 t = 6hr λ 0.424 0.432 0.508 8.942 λ 0.424 0.432 0.508 1.275 t = 24hr λ 0.423 0.425 0.444 2.553 λ 0.423 0.425 0.444 0.636
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由上表之結果顯示，採用方法 A 與方法 B 計算之保水指標值相近，惟在 土壤滲透性較小時有明顯差異，且方法 A 在土壤滲透性較小時之指標值遠高 於土壤滲透性較大時。為進一步分析此現像，茲將結果摘錄於表 5-3。
表 5-3 土壤滲透性較小與不同延時下保水指標計算結果
手冊計算方法（方法 A） 本計畫建議計算方法（方法 B）
滲透性 λ 降雨延時
土壤滲透係數：10-7m/s 最終入滲率：10-6m/s
t=44hr 1.585 0.539
t=24hr 2.553 0.636
t=6hr 8.942 1.275
t=1hr 51.534 5.534
經由表 5-2、表 5-3 之分析與探討，可得下列結果：
整體而言，方法 A 之指標值高於方法 B，且在設計降雨延時、土壤 滲透係數較小時，指標值易偏高，基地保水評定時較易通過。
在土壤滲透性較小時，方法 A 之指標值遠高於土壤滲透性較大時。
採用方法 B 計算對於設計降雨延時較不敏感，且與土壤滲透性較大 時之指標值差異不大。
在水文機制上，最終入滲率較能代表降雨時地表逕流之滲透能力
故在保水指標的計算上，應可採用方法 B，即以「最終入滲率」的觀念 進行計算；而在設計降雨延時之選取上，方法 A 係以台北市最大降雨延時（44 小時）為計算依據，本計畫則建議以目前對於颱風降雨之設計降雨延時，即 24 小時為計算依據。
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三、影響係數之探討
滲透管溝包含「滲透側溝」及「滲透排水管」，本計畫在此納入滲透陰井 一併探討。影響滲透管溝保水量之因子包括：土壤滲透性、設施形狀因子、
設計水位、地下水位、堵塞等；本計畫再研擬相關保水設計公式時，已將前 三項已納入考量，惟設計水位受到降雨逕流之影響，而地下水位、堵塞等因 子亦會影響保水量之大小，故以下針對此三影響因子進行探討，以提供保水 設計時之參考。
滲透管溝滲透量影響係數
滲透管溝之保水量為管溝之「滲透量」與底部之「貯水量」之總和。當 降雨發生時，並非在降雨期間管溝內皆呈滿水位，故若設計水位直接採用設 施之構造深度或管徑，則可能有高估保水量的情形。
若從降雨隨時間分佈的型態來看，一般降雨之雨型可以圖 5-3 之設計雨 型近似之。因此本計畫假設在降雨初期，管溝內水位為 0，而在尖峰降雨時 管溝內水位為滿水位，而在降雨後期，管溝內水位逐漸遞減，至降雨停止時 水位為 0，故管溝之水位平均為滿水位之 1/2。
因此根據上述水位變化之假設，本計畫將管溝之「滲透量」再乘上一滲 透量影響係數（SFINF），而 SFINF為：
SFINF= 0.5 for 管溝 (5-4)
滲透陰井
在滲透陰井之設計水位方面，則參考「下水道用戶排水設備標準」第 19 條：
陰井底部構造規定如下：
二、污水陰井底部應設置凹形導水槽；其坡度不得低於上下游管渠坡度，
槽頂二側並應留設適當坡度。
本計畫之研究對象「滲透陰井」屬於「雨水陰井」，因為陰井大多用來作 為管溝之連接點，且雨停後雨水則順著管溝向下游排放，僅剩底部滯留之雨 水，因此本計畫建議陰井之設計水位採用 0.15m 進行設計。
圖 5-3 設計雨型與側溝水位變化示意圖
滲透設施之保水量影響係數
A. 堵塞影響係數
滲透設施經長期使用後，會因堵塞影響而影響其保水能力，而堵塞又以 底部最容易發生。經本計畫試驗結果，滲透管溝底部阻塞後，仍可維持近 80%
的滲透能力，而其他種類滲透設施亦可能發生阻塞，故建議堵塞影響係數
（SFCLOG）為：
時間 降
雨 量
水位隨時間變化歷程示意
子計畫一：滲透管溝滲透試驗及電腦輔助設計 軟體之研究
SFCLOG= 0.8 (5-5)
B. 地下水影響係數
雖然本計畫前幾年度在探討滲透設施之影響因子時，已針對地下水位之
雖然本計畫前幾年度在探討滲透設施之影響因子時，已針對地下水位之