綠屋頂實驗方式

綠屋頂實驗方式一般有實場及模場兩種，實場較可以反映真實情況，

但實場之建置時間長及成本高，且不易針對不同的影響因子迅速改變實場；

第二種方式是以小型模擬場進行分析，本節主要說明文獻中研究者對於綠 屋頂截水的實驗方式，以下一一說明之。

Moran et al. (2005) 的實驗方式為分別在 WCC 及 B&J 等兩地設置綠屋 頂，面積各為 70 m² 及 130 m² ，在 WCC 的監測方式為利用溢流堰的方 式收集逕流水然後用其潛水式壓力計的方式監測水位的變化，而在 B&J 的監測方式也是利用堰的方式但監測水位變化的儀器是使用 bubbler flow meter。Jarrett et al. (2006) 的實驗方式為建置六塊 4.4 m² 的實驗場所，然 後將結果加入模擬，最後得到其模式。Hilten et al. (2008) 的實驗方式為設 置 100 塊 60×60×10 cm 的實驗區塊，然後使用潛水式壓力計測量其滲出水 的量，另外也收集土壤的溫度及含水率，以及監測空氣溫度及幅射，由這 些方式可以知道實驗場所用到的面積都占滿大的，對於建置起來較不易。

Villarreal and Bengtsson (2005) 的實驗方式為有一實驗模場面積為 0.80 m × 1.93 m，W/L=0.41，然後利用人工雨模擬真實的及設計的降雨，

接著以一分鐘的間隔量測其逕流水體積，實驗設計四種斜度(2°、5°、8°、

14°)以及實驗土中初始濕度分別為乾及濕兩種，接著將得到之數據利用線 性模式分析最後產生一個 unit hydrograph。Van Woert et al. (2005) 的實驗 方式為如圖 2.1 所示在一面積為 2.44 × 2.44 m 的模場分成三部分，實驗分 兩部分進行分別為不同基質表面及不同斜度，然後用雨量計量測滲出水的 量。Wolf and Lundholm (2008) 的實驗方式為將 14 種植物分別植栽在 10 cm

× 10 cm × 10 cm 的罐子，然後測量其加水後重量的改變得知其不同植物對 於水分流失的關係。然其這些模場設計並不完全，像是 Van Woert et al.

(2005)中的實驗模場，並未有設計收集逕流水，因此本研究在國內參考各 種相關設置，像是海洋大學的實驗座台(廖等，98 年)及台灣大學的降雨模 擬器(范等，98 年)，藉由觀摩這些設置再依本研究的需求設計及建置本研 究的實驗座台。

圖 2.1 綠屋頂實驗模場(Van Woert et al., 2005) 2.4 綠屋頂截水相關因子

綠屋頂截水能力會受到一些因子所影響，如 Hilten et al. (2008)曾以降 雨、含水率、逕流水的通量、蒸散、基質特性及結構等因子採用 HYDRUS-1D

(2005)曾分析降雨的歷線，不同型式的降雨歷線亦會有不同的截水結果；

而 Jerrett et al. (2006)則亦考慮了降雨量及蒸散量等因子探討綠屋頂的截水 能力，而 Van Woert et al. (2005)則亦分析不同厚度的影響，Villarreal and Bengtsson (2005)及 Getter et al. (2007)均分析了不同斜度的影響，Wolf and Lundholm (2008) 進一步指出不同的植物種類會造成土壤中不同水量損失。

其他如氣温及風等因子雖並不會直接影響截水量，但會間接影響蒸散量，

下方的排水板若有蓄水功能，亦會影響截水能力，故總結影響綠屋頂截水 能力的因子主要有降雨量、降雨延時歷線、基質含水率、蒸散、基質特性、

基質厚度、斜度、植裁及排水板等因子，但由於本研究受限人力與時間，

不太可能分析所有因子，故主要以基質厚度、降雨及部分基質特性(如透水 係數)進行分析，針對這些因子進行實驗及建立綠屋頂截水公式。

2.5 綠屋頂截水與逕流模式

進行綠屋頂效益分析及相關決策，若能有一個適當的綠屋頂截水模式，

可改善分析與決策的品質及輔助綠屋頂設置規劃。目前國內的綠屋頂相關 研究較少探討綠屋頂截水模式，國外亦只有少數相關研究，本研究整理如 表 2.1 國外在分析綠屋頂截水能力所採用之模式或方法，以下分六部分分 別說明迴歸分析、水文歷線法、AGRR、係數法、SGRR 及綠屋頂截水模 式。

1. 迴歸分析：ANOVA 是一個統計迴歸分析方法，它用來了解數據之間 的關聯性及差異性，不同研究中考量不同的變數，例如 Hilten et al.

(2008)以模擬的滲出水量與實際的滲出水量為變數，推導出兩者之間 的差異性，由於單以統計方法會受到數據所影響，沒有考量水力特性，

且該迴歸式忽略了一些截水因子。

2. 水文歷線法：Villarreal and Bengtsson (2005) 則以線性規劃推估單位面 積之水文歷線，用以預測尖峰流量及滲出水的量，主要參數為雨量。

雖然雨量為影響截水能力的主要環境因子，但並非綠屋頂截水能力所 需考量的唯一因子，相關設置及生長因子亦均會顯著影響截力能力。

3. AGRR：AGRR (Jerrett et al., 2006)是用來計算一年中綠屋頂之總流出 水的量，所需要知道的參數為每日降雨量及每日蒸散量，由於本研究 重點主要針對一個事件，且由於台灣地區之乾旱季明顯，所以於決策 時，僅考量年總流出水量會有誤導的情況，故該方法不太適用於本研 究。

4. 係數法：Curve Number 法是美國用以評估水土保持或非點源污染常用 的方法，主要用以評估集水區的逕流量，例如(Getter et al., 2007)決定 綠屋頂的 CN 值，此值代表逕流程度，範圍是 0~100，0 代表沒有滲出 水，100 代表所有降雨皆為滲出水，唯不同因子會有不同的 CN 值，

如何決定其相關性，仍有待研究，尤其是薄層屋頂的特性與集水區土 壞與植被的特性均不相同。

5. SGRR：SGRR（Jerrett et al., 2006）則是以 Modified Puls Reservoir Routing Model (HYDROGRAPH ROUTING)來分析在一段時間內滲出 水的速率及滲出水的量，它所需要考慮的參數為一場雨的分佈圖、每 日蒸散量及距離上一場雨的間隔時間。

6. 綠屋頂截水模式：Hilten et al. (2008)曾以 HYDRUS-1D (Šimůnek et al., 2005)預測綠屋頂滲漏水，參數包括逕流水的通量、土壤的特性及土壤 的結構等，但在文獻中作者指出此法比較適用於低雨量的情況，在高 雨量的情況下對於滲漏水則會有高估的情形。

由於以上參考文獻中的方法及模式，並不完全適用於推估國內的綠屋 頂截水能力，因此本研究試著發展適當公式供分析綠屋頂的截水能力。

表 2.1 綠屋頂截水模式及分析方法比較表

Model & 方法 文獻 Input 參數 Output 值

ANOVA

Van Woert et al.,

2005 Mean percent retention, rain event Data were analyzed as mean percent retention per rain event

Mentens et al.,

2006 Normalize the data

Getter et al., 2007 Roof slope, rainfall Mean percent retention per rain event was analyzed

Hilten et al., 2008 If simulated runoff values differed significantly from observed runoff.

Hydrograph Villarreal and

Bengtsson,2005 Rains, unit hydrograph Peak flows and runoff volumes AGRR Jarrett et al., 2006 Daily rainfall depths, daily ET Annual roof runoff

Curve number Getter et al., 2007 Actual retention, potention retention, actual runoff,

total rainfall Curve number SGRR Jarrett et al., 2006

A storm hyetograph, a reliable estimate of daily evapotranspiration, the month of the storm and the number of days since the last rain

Runoff rate and volume on a routing interval basis

HYDRUS-1D Hilten et al., 2008

Surface moisture fluxes (evapotranspiration and rainfall), soil properties (field capacity, wilting point, density and sand silt clay fractions), soil texture

Runoff

第三章 研究流程與方法

為了分析綠屋頂之降雨截水能力，本研究設計了一套綠屋頂實驗座台，

並探討適當的量水設備，以分析不同環境及設置條件下綠屋頂之降雨截水 功能。依實驗所得的結果，詴著發展一個綠屋頂截水評估公式。本章首先 對本研究流程作一簡單介紹，之後針對本土環境因子分析、影響綠屋頂的 截水因子、實驗座台設計與建置、綠屋頂截水公式建立等主要工作項目一 一詳細說明之。

3.1 研究流程

本研究之流程如圖 3.1 所示，包括資料收集、本土環境因子分析、綠 屋頂截水因子、實驗座台設計與建置、綠屋頂截水推估公式之建立、實驗 模擬等工作項目，以下先簡要說明之，之後將針對個別項目再進一步詳細 說明之。

1. 資料收集：主要收集國內外綠屋頂的建置及應用、綠屋頂的優缺點、

影響綠屋頂截水的因子、綠屋頂截水實驗的方法及國外綠屋頂截水模 式與公式等相關文獻，另外也實地訪查國內綠屋頂的案例，收集相關 資訊。

2. 本土環境因子分析：台灣的環境情況跟國外會有不一樣的地方，例如 降雨、建築型態等，因此本研究首先分析台灣的降雨及建築型式等具 本土特性的影響因子，以供分析綠屋頂截水能力時參考。

3. 綠屋頂截水因子：依據過去文獻，綠屋頂截水能力會受許多影響因子，

例如基層特性、基質厚度、綠屋頂斜度、土壤含水率、降雨及植栽選 擇等，因此，本研究將探討各因子在台灣之情況及合適範圍，以做為 實驗設計及建立推估公式之依據。

針對不同影響因子進行截水實驗

4. 實驗座台設計與建置：由於目前國內外尚未有適合本研究的實驗座台 可供使用，尤其本研究所建立的公式，需要便於模擬各種不同條件，

故本研究設計了一套綠屋頂實驗座台，以利於進行研究。該座台包括 介質及植栽置放實驗槽，並選擇及建立一個較適合的逕流及滲流水的 量測方法，用以模擬分析不同設置因子下綠屋頂之雨水截水能力。

5. 以不同因子進行截水實驗：本研究以綠屋頂實驗座台針對不同因子進 行截水實驗，針對的因子主要包括基質厚度及降雨，本研究以多場自 然降雨事件之所得結果建立截水推估公式。

6. 綠屋頂截水推估公式之建立：國外雖然已有文獻進行綠屋頂水力模式 之分析與探討，然而因考量因子或參數會因地域不同而不同，故國外 之模式與相關參數不見得適用於國內，本研究因而進行實驗分析國內 綠屋頂之截水情況，依實驗所得的結果發展綠屋頂截水推估公式，並 與實驗數據比對。

3.2 本土環境因子分析

由於本土環境與國外有所不同，例如降雨及建築型態等，對於綠屋頂 的截水能力會有不同的影響，因此本研究首先對本土環境進行分析，了解 這些因子對台灣綠屋頂截水能力之影響情況，以下分別說明。

1. 降雨強度：綠屋頂截水國外文獻由於在不同區域進行，雨量分佈不同，

較小的在 1.27mm-10.08mm 間的降雨事件(Van Woert et al., 2005)，較大 的在 12.7mm-79.3mm 間(Hilten et al., 2008)，而圖 3.2 及圖 3.3 所示為 新竹的 2004~2008 年時雨量五年平均小時數分佈，最大時雨量為 83.5

較小的在 1.27mm-10.08mm 間的降雨事件(Van Woert et al., 2005)，較大 的在 12.7mm-79.3mm 間(Hilten et al., 2008)，而圖 3.2 及圖 3.3 所示為 新竹的 2004~2008 年時雨量五年平均小時數分佈，最大時雨量為 83.5