滯留/滯洪型保水設施容量配置理論

保水設施屬於小型的設施，需於建築基地中分散設置以達現地削減逕流的目 的；因此在上述分散設置的型態下，本節將依據滯留、滯洪型保水設施之逕流滯 蓄機制，分別建立其容量設計理論。

一、以維持開發前之逕流體積為標準之滯留型保水設施容量（RS）設計

SCS 逕流曲線法將土地開發與使用對於逕流之影響，歸結於單一影響因子 CN；因此本研究採用此方法，並依據式(3-10)之概念，則在恢復開發前逕流體積 之條件下，滯留型保水設施之容量 RS 可表示為：

式中：P 為降雨量；SBEFDEV及 S_AFTDEV分別為開發前、後之土壤最大保水潛 勢（Potential Maximum Retention）；CNBEFDEV及 CN_AFTDEV分別為開發前、後之 CN 值；DA 為保水設施控制之排水區（Contributed Drainsge Area）面積。

若滯留型保水設施具有入滲功能，則設施之設置容量可以下式表示：

RS100 =100 Sandy clay

loam C 4.32 0.10 0.21 0.31 Clay loam D 2.29 0.05 0.11 0.16 Silty clay

loam D 1.52 0.04 0.07 0.11

第四章 保水設施優化配置原則與方法之探討

CNCPER =

第四章 保水設施優化配置原則與方法之探討

1.5 56.75 71.39 81.41 94.61 2 65.83 78.39 93.85 115.48 6 101.11 120.77 149.61 196.57 12 134.24 162.81 201.03 259.80 24 164.40 202.15 252.41 329.29

資料來源：1. 台灣大學水工試驗所，2002。

2. 本計畫整理。

圖 4-2 雨型分類

資料來源：1. 楊錦釧，1996。

2. 本計畫整理。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Time(hr)

b. Rainfall type II 0

a. Rainfall type I 0

f. Rainfall type VI 0

Percentage Percentage Percentage

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Time(hr)

d. Rainfall type IV 0

Rainfall(%)Percentage

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Time(hr)

c. Rainfall type III 0

Rainfall(%)Percentage

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Time(hr)

g. Rainfall type VII 0

e. Rainfall type V 0

第四章 保水設施優化配置原則與方法之探討 一、減少逕流體積之滯留型保水設施容量

由式(4-1)與式(4-4)，若保水設施之設置深度為 dp，則維持開發前逕流體積所 需設置滯留型設施容量，以其設置面積佔集水區面積之百分比（RS100）可表示為：

式(4-12)為一多變數非線性方程式，若 RS100、P 及 SAFTDEV為已知，則式(4-12) 可簡化為一元二次方程式，可以疊代法（Iteration Method）求得 SBEFDEV，進而得

到 CN_BEFDEV；藉由上述方式即可得在不同開發程度（不同的 CN）下，維持開發

前逕流體積所需設置 RS₁₀₀之關係曲線, 如圖 4-3 所示。

圖中縱座標 CNBEFDEV為開發前之 CN，橫座標 CN_AFTDEV為開發後之 CN，而 由此二座標軸所對應的曲線則是為了維持開發前逕流體積所需設置滯蓄設施面 積之比例。圖4-3 中顯示不同設置百分比曲線幾乎呈現平行，這是因為隨著降雨 量愈大，CN 之改變導致直接逕流體積改變之變化率會趨於相同，故圖中之曲線 幾乎為平行線。

因此，根據圖 4-3，若欲對一基地進行開發，則可依據表 3-1 及式(4-6)至(4-8)，

計算開發後之 CNAFTDEV，然後根據所設定之回復標準（例如：開發前之 CN），

則可知滯留型保水設施之設置面積百分比（RS100）；而保水設施之設置容量可以 式(4-4)求得。

二、削減逕流峰值之滯留型設施容量

本計畫以前述之設計暴雨，以 SCS 逕流曲線法及單位歷線法進行降雨逕流 水文演算，以計算開發後之逕流量（Vr）及逕流峰值（Q）。若開發前逕流峰值 為 q，則可以式(4-9)分別計算不同洪峰比（q/Q）下所需設置之滯留設施設置容 量（RP），即可得到不同洪峰削減率之滯留型雨水滯蓄設施容量設計曲線，如式 (4-13)所示。

(4-13)

第四章 保水設施優化配置原則與方法之探討

三、削減逕流峰值之滯洪型設施容量

在滯洪型設施的容量計算上，本研究在此採用與前小節相同的計算方法，以 式(4-10)分別計算不同洪峰比（q/Q）下所需設置之滯洪設施設置容量（DP），即 可得到不同洪峰削減率之滯留型雨水滯蓄設施容量設計曲線，如式(4-14)所示。

(4-14)

四、不同開發程度下容量設計曲線之建立

根據式(4-13)及式(4-14)進行計算，可很容易得到不同洪峰削減率下之滯留或 滯洪設施設置容量，但若能以維持開發前洪峰流量為規劃依據，將可更適切的減 輕 土 地 利 用 對 水 文 造 成 之 衝 擊 。 對 於 不 同 CN 與 洪 峰 流 量 之 關 係 ， Soil Conservation Service（USDA, 1986）已發展出不同 CN 下之洪峰流量計算公式，

然其皆基於美國之水文條件歸納而得，並不適於台灣之水文情況。

因此本計畫需先建立 CN 與洪峰流量之關係，在此以前述之降雨逕流演算方 法進行水文模擬，求得不同 CN 下之洪峰流量及逕流體積，然後代入式(4-13)及 式(4-14)，即可得到相對應之滯留或滯洪設施設置容量，進一步求得一系列在不 同土地利用條件（不同的 CN）下所需設置 RP100與 DP100之關係曲線，如圖4-4 及圖4-5 所示。圖中縱座標 CNBEFDEV為開發前之 CN，橫座標 CN_AFTDEV為開發後 之 CN，而由此二座標軸所對應的曲線則是為了維持開發前洪峰流量所需設置滯 留型與滯洪型保水設施之面積比例。

圖 4-4 維持開發前逕流峰值所需設置滯留型設施面積百分比

資料來源：本計畫整理。

第四章 保水設施優化配置原則與方法之探討

圖 4-5 維持開發前逕流峰值所需設置滯洪型設施面積百分比

資料來源：本計畫整理。

圖 4-3 至圖 4-5 是假設設施之設計深度為 30cm 下之容量設計曲線，若為其 他設計深度，則可以式(4-15)進行轉換。

深度30cm 下之設置百分比 × 30 設置面積比例(%) =

其他設計深度（cm） (4-15)