滲透設施是少數能同時控制暴雨逕流的四項因子:體積、流量、時間及污染 物,因此對於都市化效應所造成的種種問題具有減輕的功效,同時可盡量回復到 開發前自然地貌覆蓋狀態下的水文情況;經由前面的探討,基地保水滲透設施基 本上可概分為「建築基地保水滲透技術」與「建築基地保水貯集技術」,本章首 先將介紹建築基地保水滲透技術中滲透管溝的型式,然後進一步探討其影響因 素,最後並提出初步選址原則。
第 一 節 滲 透 管 溝 之 型 式
在基地中,可於道路等公共空間,或利用自然地形廣設保水滲透設施,以達 到減少逕流及都市化效應的目的,各設施分別有其特性及適用性,設計方法也各 異,然保水概念相似,且於建築基地規劃時卻又必須依現場狀況進行整體規劃,
互相搭配使用(如圖 2-1 所示)。
圖 2-1 基地保水滲透設施整體規劃配置示意圖
資料來源:內政部建築研究所,2002。
圖中各設施可依現場狀況單獨或數種型式搭配使用,其中綠地、被覆地、草 溝;透水鋪面及人工地盤花園貯留等是屬於「常用保水設計」;而滲透排水管及 滲透側溝合稱「滲透管溝」,在保水設計中屬於「特殊保水設計」,故本計畫即以
「滲透管溝」為研究對象進行探討,並對滲透陰井進行介紹。
子計畫一:滲透管溝滲透試驗及電腦輔助設計 軟體之研究
一、滲透排水管
在都市高密度開發地區,往往無法提供足夠的裸露地及透水鋪面來供雨水入 滲,此時,便需要人工設施來使雨水儘可能入滲至地表下,目前較常用的設施可 分為水平式的「滲透排水管」、垂直式「滲透陰井」,及屬於大範圍收集功能的「滲 透側溝」。
所謂「滲透排水管」,便是將基地內無法由自然入滲排除之降水設法集中於 管內後,然後慢慢入滲至地表中,達到其輔助入滲的效果(如圖 2-2 所示)。透 水管的材料從早期的陶、瓦管、多孔混凝土管、有孔塑膠管進化為蜂巢管、網式 滲透管、尼龍紗管至最近之不織布透水管等,它可以利用毛細現象將土壤中的水 引導入管內,再緩緩排除,外層的材料不僅有足夠的抗壓強度,也可避免泥砂滲 入造成淤積。
圖 2-2 滲透排水管示意圖
資料來源:內政部建築研究所,2005。
二、滲透側溝
上述「滲透排水管」及「滲透陰井」通常設置於建築物周圍來收集屋頂的排 水,或是使用於較小型的排水區域之中。「滲透側溝」則是收集經由「滲透排水 管」及「滲透陰井」所排出的雨水,來組成整個滲透排水系統。滲透側溝利用透 水性混凝土材,於側溝底部及側面填充碎石,收集之雨水由底部及側面滲透,其 構造如圖 2-3 所示。
滲透側溝也可以單獨使用於較大面積的排水區域邊緣,來容納較大之水量,
因此,滲透側溝的管涵斷面積也較上述兩者為大,在管涵材料的選擇上,必須以 多孔隙的透水混凝土為材料,或是將混凝土管涵設計為具有穿孔的型式,以利雨
圖 2-3 滲透側溝示意圖
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圖 2-4 滲透陰井示意圖
資料來源:內政部建築研究所,2005。
圖 2-5 滲透管溝與(滲透)陰井組合配置構造示意圖
第 二 節 滲 透 管 溝 之 影 響 因 素
本節前面對於滲透管溝的型式、特性及性能等歸納結果,綜合地探討設置滲 透管溝時之影響因素。滲透管溝將現地逕流蓄存以入滲至地下含水層或蒸發至大 氣,且其常配合著植生使用,而為了達到蓄存逕流體積的目標,滲透管溝常以複 合配置來達到最大蓄存容量,故影響滲透設施的因子頗多,有:氣候、土壤、池 蓄時間、地形與地質、地下水、植生緩衝帶、土地使用計畫與限制及潛在污染等,
以下將分別敘述說明。
一、降雨
入滲現象將會持續到降雨事件結束後;故由設計的觀點來看,設計降雨延時的決 定不僅影響規劃之滲透設施規模,也影響滲透設施的使用性能,因此若於規劃初 期謹慎的設計降雨延時,將有助於滲透設施提升性能與使用效率。
二、土壤
滲透設施的逕流調節效能與土壤種類有很大的關係,高滲透性的土壤在較短 的時間內就能將滯留之水入滲至土壤中,還原設施之滯蓄空間,故土壤滲透性影 響設施性能甚鉅。本計畫前幾年度已對土壤之滲透性之觀測做過全面的探討,認 為入滲率之決定宜以現場試驗為主,如無法現場試驗則以試驗室試驗為主。
地表土壤顆粒較大入滲率佳,通常為設置滲透設施的理想位置,而不同的土 壤性質會影響其排水速率,因此在滲透設施的選址上,土壤性質往往是一項重要 的判釋,一般建議水文土壤分類為 A 或 B 者;若以三角座標土壤分類,則以黏 土比例小於 30%且沈泥比例小於 40%之土壤較佳,三角座標土壤分類及建議之 土壤如圖 2-6 所示。
說明:
Sand :砂
Loamy sand :壤土質砂 Sandy clay loam :砂質黏壤土 Loam :壤土 Silt :沈泥 Silty loam :粉質壤土 Silty clay loam :粉質黏壤土 Silty clay :粉質黏土 Clay loam :黏性壤土 Sandy clay :砂質黏土 Clay :黏土
圖 2-6 三角座標土壤分類
三、池蓄時間
另一影響滲透設施性能的要素即是其所能容許的最大池蓄時間(Ponding time),池蓄時間的訂定在滲透設施的設置上是一個重要的步驟,因為池蓄時間 即是將暴雨時儲存於設施之逕流予以完全入滲至地下所需之時間,其與滲透設施
子計畫一:滲透管溝滲透試驗及電腦輔助設計 Sand A 210.06 5.04 10.08 15.12 12.60 25.21 37.81 Loamy sand A 61.21 1.47 2.94 4.41 3.67 7.35 11.02 Sandy loam B 25.91 0.62 1.24 1.87 1.55 3.11 4.66 Loam B 13.21 0.32 0.63 0.95 0.79 1.58 2.38 Silt loam C 6.86 0.16 0.33 0.49 0.41 0.82 1.23 Sandy clay loam C 4.32 0.10 0.21 0.31 0.26 0.52 0.78 Clay loam D 2.29 0.05 0.11 0.16 0.14 0.27 0.41 Silty clay loam D 1.52 0.04 0.07 0.11 0.09 0.18 0.27 Sandy clay D 1.27 0.03 0.06 0.09 0.08 0.15 0.23 Silty clay D 1.02 0.02 0.05 0.07 0.06 0.12 0.18 Clay D 0.51 0.01 0.02 0.04 0.03 0.06 0.09 資料來源:1.Bruce K. Ferguson, Introduction to stormwater, John Wiley & Sons, INC. 1998.
2.本計畫整理。
施設計深度不宜過深;3. 滲透面需做植生處理。
五、地下水位
地下水位高低會影響滲透設施的入滲效率,較高的地下水位對滲透設施有不 利的影響,而低窪地區易因下雨而造成地下水位上升,滲透設施之入滲量將受影 響,故在設置規劃時需對地區之地下水位做一現場調查,一般建議滲透設施底部 距季節性地下水位至少距離 1m 以上;而若無地區之地下水位資料,建議滲透設 施底部至少距離地下水位 1.5m;而根據國外設置經驗,設置滲透設施之區域可 能會成地下水位湧高的現象,因此設置滲透設施時,應預先對地下水的分佈狀態 特性進行調查。
六、植生緩衝帶
一般於規劃時在置滲透設施周圍設置植生緩衝帶(Vegetative buffer)以防止 逕流中較大顆粒阻塞設施降低其入滲效能,且植生緩衝帶也具有降低流速、增加 集流時間及入滲的功能,藉由上述功能以過濾、吸附及重力沈降等作用移除逕流 中之懸浮顆粒。滲透設施可能會將地面水污染經由入滲進入地下水層造成地下水 污染,此現象可藉由植生緩衝帶等前處理設施減低此風險;而對於植生之植物以 較具耐水性及較能吸附溶解性污染物之植物為佳;植物具有季節性且其吸附污染 物能力會隨時間而逐漸降低,故對於植生之植物應按季節性及其吸附能力定期更 換。
七、土地使用計畫與限制
滲透設施之設置地點可能與都市、社區緊密結合,故土地的分類使用將會影 響到置滲透設施所截蓄之水量及水質,故對於土地利用計畫也應加以掌握,如舊 工廠廠址、掩埋場等,因土壤受污染,若設置滲透設施將造成污染擴散反而污染 地下水,以不設置為宜;而附近如有抽水井則至少需距 30m 以上方可設置滲透 設施。
對於坡度大、有崩陷危險地區應詳加調查,不宜在此區域設置滲透設施,而 土地依法禁止開發或擬不開發地區,則應予以除外;而滲透設施設置位置的選擇 能決定其用於做單功能或多功能標的,故有些滲透設施平時可能作為開放空間供
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休閒遊憩等使用,此類設施應限制其用途,如避免重型機械、車輛進入等限制,
以免影響設施運作;設置地點之土地權屬對其後續的維護保養影響甚大,公有地 較易取得且易於維護管理,故於選址時也需注意。
八、潛在污染
地表逕流之污染成份會造成滲透設施阻塞,且可能會污染地下水質,故必須 對水質及土壤進行調查,以明瞭是否有潛在污染,尤其滲透設施是以微管理及分 散配置的方式遍佈於集水區中,若受到污染可能遍及整個集水區,故應充分調 查,調查對象包括:地表逕流水質調查、地下水質調查及土壤調查,分析項目則 依放流水標準與環境及人體相關之項目,調查頻率則視實際需要而定。
第 三 節 滲 透 管 溝 之 初 步 選 址 探 討
滲透設施與一般以防洪為主的滯留設施不同,因它尚有以入滲來減少地表逕 流的功能,故於基地規劃設置時應先對於各可能地點予以初步評估;本節根據前 面之歸納探討,本計畫建議滲透管溝設置前之初步調查項目如下:
設置區域滲透區域與不滲透區域比例
地表土壤組成概況
地表下土壤組成概況
地表坡度
地表覆蓋及植生狀況
土地使用概況
根據上述調查項目,初步擬定滲透管溝設置前之初步調查項目與評估原則,
如表 2-2 所示;為若滲透設施預定地之總分高於 30 分,表此位置適合設置入滲 措施;總分介於 20 至 30 分之間表有條件設置滲透設施;總分小於 20 分則不適
如表 2-2 所示;為若滲透設施預定地之總分高於 30 分,表此位置適合設置入滲 措施;總分介於 20 至 30 分之間表有條件設置滲透設施;總分小於 20 分則不適