(資料來源:本研究成果)
(1) 矩形排放口
Q = C×B×D× 2gH ……….………...………..……….(6)
式中:
Q:放流量、排洪量(cms)
C:流量係數,0.6~0.8(新北市建議值是以 0.6 計)
B:排放口底寬(m) D:排放口高(m) H:水頭高(m)
g:重力加速度,9.81(m/sec2) (2) 圓形排放口
Q = 0.25C×π×D2× 2gH ……….…...……….…….(7)
式中:
D:排放口直徑(m) 2. 溢流口溢流量計算
溢流口一般設計在LID 設施之蓄水層(或植栽層),其形狀之設計常用為矩 形斷面或梯形斷面,其放流方式通常以自由液面方式溢流,國內溢流量常用計算 公式表示如下:
(1) 矩形斷面
Q = 1.767×B×h3/2………….…....………...……….(8)
水 頭 高
式中:
Q:溢流量(cms) B:溢洪口底寬(m) h:溢流水深(m) (2) 梯形斷面
Q= 15
2 (2Bu+3Bo) ×C×h × 2gH ….……...……….……….(9)
式中:
Bu:梯形頂寬(m) Bo:梯形底寬(m)
若梯形兩邊斜率為1:1,則排放量為:
Q = (1.77Bo +1.42h) ×h3/2….…….…..……….……….….(10)
若梯形兩邊斜率為1:0.5,則排放量為:
Q = (1.77Bo +0.71h) ×h3/2….…….…..………..……….(11)
肆 、 動 力 排 放 排 洪 量 計 算 ( 或 稱 機 械 排 放 )
若設施底部高程許可,可設置放流口以重力方式自然排放雨水,然而重力排 放情況不允許時(尤其是地下型滯蓄洪設施),需設置抽水泵浦以機械抽排方式 排放。抽排量與抽水機之管徑可採用以下簡易方式計算:
DP = 892 Q….…….…..………...……….….(12)
Hp =17.52×Q×Ha.…….…..………...….….….(13)
此外,如需進一步考慮效率(η)與水體比重(γ),則進一步可利用下列 泵浦馬力計算式進行估算:
HHP= 4.562 1.341 60 γ H Q a
×
×
×
× …….….……….…...……….….(14)
BHP= η
HHP ……...…...………...……….….(15)
上述(13)~(16)式中:
Q:抽排量(cms)
Hp:使用抽水機馬力(hp) DP:出水管徑(mm) Ha:抽水機總揚程(m) HHP:水馬力(kw) BHP:軸馬力(kw) η:幫浦效率 γ:水體比重
上式中,泵浦吸入水面至輸出水面高度差為實際揚程 ha,其中自吸入水面 至泵浦中心之高度差為吸入實際揚程hs,又自泵浦中心至輸出水面之高度差為輸 出實際揚程hd,故:
hd hs
ha= + .…….…..………...….….….(16)
若泵浦之位置較吸入水面為低時,則其實際揚程為:
hs -hd
ha = .…….…..………...….….….(17)
然而泵浦之能力除了實際揚程外尚須克服能量損失(一般稱損失揚程hf),
故泵浦必要之揚程為實際揚程ha 與損失揚程 hf 之和,稱為總揚程 Ha,則為是我 們設計或採購Ha時所需的揚程高度。
Ha=ha+hf…….…..………...….….….(18)
式中,Ha =抽水機總揚程;ha=實際揚程;hf=損失揚程。式中損失揚程會隨 流體速度及管路配置而求得,為便於計算,總揚程與實際揚程有一比值,一般情 況下建議比值為:
Ha/ha = 1.2~1.5.…..………...….….….(19)
若管路配置並不複雜時,可取比值1.25 計算之。
伍 、 可 滲 透 型 設 施 排 洪 量 計 算 式
可滲透型設施設計(如透水鋪面、雨水花園或屋頂綠化等)其溢流、排放過 程類似前述之計算原理,而其中從降雨到儲蓄至入滲過程之計算,係首先假設建 築基地面積的逕流量或直接落在LID 設施本身雨水假設為入流量 Qin,當入流量 大於 LID 設施本身的儲蓄體積和入滲量,便會產生溢流量;入滲型 LID 水文方 程式恆等式可假設為(21)及(21’)所示:
Qin(t) = Vs (t)+ Vp (t) + Vd (t) + Q5(t) + Q3 (t) + Q2 (t) ...….….(20)
Qout(t)= Q3 (t) + Q2 (t) ...…...….(20’)
式中:
Qin(t) =總入流體積(m3) Qout(t) =放流體積(m3) Q2(t) =溢流體積(m3) Q3(t) =底層排放體積(m3)
Q5(t) =原土層土壤入滲體積(m3);如果為RC 底層,則 Q5=0 Vs(t) =地表蓄水層雨水體積(m3)
Vp(t) =介質層蓄水體積(m3)
Vd(t) =底層蓄水體積(m3)(備註:包含基層、過濾水層或排保水層等)
Q4(t) =為入滲過程之入滲體積量(m3)=Min(A×f1×t, Qin) A =LID 設施表面積(m2)
f1 =為入滲層平均入滲率(m/s)
陸 、 可 滲 透 型 設 施 模 擬 計 算 概 念
為進一步說明本研究可滲透型 LID 設施其模式概念與水文流程,本小節進 一步別介紹模擬假設過程及計算概念(備註:本小節所提設施表層可包括地上/
地下型滯蓄洪設施底層、透水鋪面層或植生介質層等,中間蓄水層包含基層蓄水 或生長介質層蓄水;地表蓄水層包含地表蓄水層蓄水或地表暫存蓄水;另地上/
地下型滯蓄洪設施如主要設計為不可滲透型式,則排除此模擬假設)。水文模擬 概念示意圖如下附圖
2,雨水貯集、排放過程各情境預設說明如下述:
1. 當入流體積 Qin(t)小於表層最大可滲透體積 Q4max(Qin(t)< Q4max),
Q4(t)<Q5max(表層滲透體積<底層/原生土壤層最大滲透體積),則 LID 設施原則上可以透過本身滲透能力,有效控制逕流體積;此外,如底層 為RC 不可滲透 Q5(t)=0,則底層開始蓄水,未達排放口底高度則 Q3(t)=0。
2. 當入流體積 Qin(t)大於設施表層最大滲透體積 Q4max(Qin(t)> Q4max),且 Q4(t)<Q5max(表層滲透體積<底層/原生土壤層最大滲透體積)時,則 LID 設施可以維持滲透過程,但滲透體積較小,設施表面儲水體積產生,當 儲水體積>最大可儲蓄體積或蓄水層水位已至溢流出口高,即會產生溢流 Q2(t)>0;此外,底層為 RC 不可滲透 Q5(t)=0,則底層開始蓄水,未達排 放口底高度則Q3(t)=0。
3. 當入流體積 Qin(t)小於設施表層最大滲透體積 Q4max(Qin(t)< Q4max),且 Q4(t)>Q5max(表層滲透體積>底層/原生土壤層最大滲透體積)時,入流體 積可以滲透至底層蓄水,但底層滲透體積太小,可以維持滲透,且底層 有儲水產生,當底層蓄水層水位至排水管孔口高,由排水管排出,然而 當底層蓄水層儲水體積>底層蓄水層最大可儲蓄體積,則視為本設施設計 失效;此外,如底層為RC 不可滲透 Q5(t)=0,則底層一開始便蓄水,直 至水位於排放口底高度以上,則底部排水產生Q3(t)>0。
4. 當入流體積 Qin(t)大於設施表層最大滲透體積 Q4max(Qin(t)> Q4max),且 Q4(t)>Q5max(表層滲透體積>底層/原生土壤層最大滲透體積)時,但表層 滲透體積較小,設施表面儲水體積隨即產生,當儲水體積>表層蓄水層最 大可儲蓄體積或蓄水層水位已至溢流出口高,即會產生溢流Q2(t)>0。此 外,入滲體積仍可滲透至底層,且底層有儲水產生,當底層蓄水水位至 排水管孔口高,則由排水管排出,然而當底層蓄水層儲水體積>底層蓄水 層最大可儲蓄體積,則視為本設施設計失效;此外,如底層為 RC 不可 滲透Q5(t)=0,則底層一開始便蓄水,直至水位於排放口底高度以上,則 底部排水產生Q3(t)>0。