雨水滯蓄設施雲端系統應用

第三章 雨水滯蓄設施雲端系統應用

本系統之主要目的為提供建築從業人員進行雨水滯蓄設施規劃設計軟體，以及提 供主管機關進行雨水滯蓄設施相關審查作業與雨水下水道人孔出流管制之用。雨水滯 蓄設施容量配置規劃與空間資訊、水文模式計算，以及法規檢核有關，為簡化此一複 雜之分析過程，本研究提出以網際網路地理資訊系統(Web-based Geographic Information System, Web-GIS)技術，整合雨水滯蓄設施量體配置分析流程、政府開放資料、水文分 析方法，以及雨水下水道人孔設計流量等空間資料庫，建置「雨水滯蓄設施型式量體 配置分析系統」，透過簡單且直覺的地圖與友善操作介面，除可降低雨水滯蓄設施配置 分析之複雜度，並可依基地所在位置提供合適的計算參數與相關法律規定之檢核功能。

透過此系統，建築從業人員可直接由 Web-GIS 介面進行雨水滯蓄設施量體配置，並將 相關配置及計算分析成果儲存於雲端，以供日後進行線上檢視及修正；而主管機關則 可直接於線上審核廠商提出之雨水滯蓄設施相關審查作業。此外，系統也可針對各地 區雨水下水道人孔設計流量與匯流量進行管理，達到出流管制之目標。茲就系統適用 範圍、分析流程與相關理論、架構、功能介紹、出流管制功能介紹，以及系統特點與 擴充性說明如下：

第 一 節 適 用 範 圍

本研究適用範圍乃以都市計畫區內小型基地開發規模為主，針對建築基地面積 2 公頃以下之單一基地，進行複合型雨水滯蓄設施規劃設計。考慮都市計畫區之小型開 發基地出流多排入雨水下水道系統，目前系統之下游排水系統以銜接雨水下水道排水 系統為主。系統建置之雨水滯蓄設施型式包括滲透草溝、滲透側溝、透水性舖面、滲 透排水管、滲透陰井、屋頂綠化、貯留池、雨花園等 8 種(定義如表 2-2 所示)。另外，

考量各縣市對於雨水滯蓄設施之相關規定不盡相同(如表 2-4 所示)，本系統依據建築基 地之所在位置，以所在地之法令規定進行(1)貯留標準，(2)放流標準，(3)保水標準，以 及(4)綜合治水標準之計算成果檢核；其中，綜合治水標準部分，現行法規雖未有強制 性規定，但考量政府目前正在推動綜合治水之理念，此一部分可供輔助參考。

第 二 節 分 析 流 程 及 相 關 理 論

一、分析計算流程

圖 3-1 為雨水滯蓄設施量體配置分析主要流程，圖 3-2 則為雨水滯蓄設施規劃設 計作業程序，可分為三階段，分別為(1)基地開發及滯蓄設施規劃階段，(2)水文分析演 算階段，以及(3)檢核階段；各階段之主要工作可說明如下：

1. 基地開發及滯蓄設施規劃階段：

系統介接計算所需之開放資料，基地劃設方式包含地籍圖(.shp)上傳、座標輸 入及手動劃設，並允許使用者端上傳相關配置之圖檔，以協助於地理資訊系統上 框選建築基地開發範圍與布設各項滯蓄設施，排放出口可針對基地範圍內包含之 雨水下水道人孔數量進行複數的選擇，並可指定設施間之上下游關係，考慮複合 型設施聯合運用之情況。而藉由地理資訊系統之空間分析技術可自動選取鄰近雨 量站，以獲得雨量站之 Horner 降雨強度參數，可供後續水文分析演算階段之設計 雨型自動化分析；若具備國土利用調查土地使用分類屬性圖資，系統亦可依建築 基地框選範圍自動擷取其屬性分布情況，自動計算其分布情況之平均逕流係數，

並傳遞至後端系統進行演算。在此階段，規劃設計者可利用方案管理之功能，擬 定最佳配置方案。量體配置過程資訊亦將儲存於雲端伺服器中，以供日後開啟檢 視。

2. 水文分析演算階段：

待使用者確定建築基地開發及滯蓄設施規劃之各項設定後，將基地範圍及設 施布設等參數資訊匯整後，傳至系統端進行一系列水文演算，包括設計雨型、降 雨逕流模擬、保水設計容量及保水指標。其中，設計雨型可應用經濟部水利署公 布之雨量站降雨強度-延時-頻率曲線(Intensity-Duration-Frequency curves, 簡稱 IDF 曲線)參數進行雨型設計；降雨逕流模擬則以美國水土保持局(Soil Conservation Service，簡稱 SCS)曲線值法配合 SCS 無因次單位歷線模式，進行基地開發後滯 蓄設施施作前後之逕流演算；而保水指標及保水設計容量可以建築基地保水設計 技術規範之公式計算(目前含有 8 種滯蓄設施之保水容量設計公式)，並可執行貯 留池體積及其他保水設施貯水容量可合併及不可合併之兩種計算方式，另亦提供

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設施型式相同之低衝擊開發設施保水設計容量計算供參。而使用者若選取具貯蓄 效應之貯留池，則另以水庫演算法進行計算，貯留體積量以在槽方式估算。除此 之外，系統亦額外提供基地開發前逕流計算之分析選項，唯需設計使用者自行輸 入土地使用資料或是匯入國土地用調查土地使用分類屬性圖資(.shp)。

3. 檢核階段：

由表 2-4 可知法規因不同開發基地位置而有不同規定，目前系統之檢核階段 可分為法規檢核及輔助檢核，茲說明如下：

A. 法規檢核：依據現行各項法規綜合整理，需進行之法規檢核部分可分為 (1)貯留標準，(2)放流標準，以及(3)保水標準等三項。考量各縣市對於貯 留標準之規定不盡相同，故又可分為(a)貯留池體積得與保水設施體積合 併計算，(b)貯留池體積與保水設施體積不得合併計算等兩種情形。有關 放流標準部分，目前僅新北市與臺北市訂定相關標準。而保水標準部分，

乃是以保水指標為評估標準，其表示建築基地涵養雨水與貯留滲透雨水 的性能標示。依內政部營建署「建築技術規則建築設計施工篇」規定，雨 水貯集設計容量不得低於申請建築基地面積乘以 0.045 (立方公尺∕平方 公尺)，而若於都市計畫法令、都市計畫書或直轄市、縣(市)政府另有規定 者，則須另從其規定。為提供正確之法規檢核內容，系統將依據所在位置 縣市之規定，針對全臺任一基地進行法規檢核。

B. 輔助檢核：現行法規雖未強制檢討基地開發前後逕流量之差異，但考量政 府目前正在推動綜合治水之理念，亦即土地開發以不增加下游排水系統 負擔為原則，故本系統額外提供「輔助檢核」功能，檢視此土地開發案：

(a)基地開發後逕流量是否不大於雨水下水道設計流量，(b)基地開發後逕 流量是否不大於基地開發前之逕流量，以使主管機關可確實掌握開發後 都市排水系統之排洪能力。

• 設計雨型

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4. 而滯蓄設施施作後計算較為複雜，可分為保水設計容量計算與逕流模擬。保水設計 容量計算包含 8 種滯蓄設施，係參考「建築基地保水設計技術規範」與「水環境低 衝擊開發設施操作手冊」之計算公式，依各縣市之不同規定，並分別分析貯留池體 積得與保水設施體積合併計算，及貯留池體積與保水設施體積不得合併計算之成果。

5. 施作後之逕流模擬又可分為無流經滯蓄設施範圍與有流經滯蓄設施範圍。其中，無 流經滯蓄設施範圍之計算方式亦同(2)開發前逕流計算；而有流經滯蓄設施範圍則是 將落於滯蓄設施範圍內之雨水量，扣除保水設施體積，配合 SCS 無因次單位歷線模 式即可求得。而若當所布設之滯蓄設施具貯蓄效應時(如貯留池)，因其具有洪峰削減 之功能，須另配合水庫演算法進行計算。

6. 開發後施作滯蓄設施之基地內，任一雨水收集範圍或滯蓄設施之入流量可為降雨落 於基地所產生的逕流量或上游其他滯蓄設施之出流量，並依據有無流經滯蓄設施範 圍之劃分計算其出流量，當分區範圍下游為基地排水出口時，系統則會判斷出口之 雨水下水道人孔編號，進行對應之逕流歷線疊加，藉此考慮各項設施之聯合運用及 基地逕流排入 2 個以上雨水下水道人孔之情況。

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(一) 建築基地保水設計技術規範保水設計容量

各設施之保水設計容量可表示如(3-1)式，茲就各類設施具體計算方式說明如下。

保水設計容量 = 滲透量 + 貯留量 (3-1) (1) 滲透型設施

滲透草溝(綠地、被覆地)設計容量₁(m³) t

f A  



_{1 1} (3-2)

式中A ：草溝面積(綠地、被覆地)，草溝面積為通水斷面積_{1 (m}²₎， f ：基地土壤 最終入滲率(m/s)，以表層 2m以內土壤認定之。應先依建築技術規則建築構造篇 第六十四條的規定做鑽探調查，將鑽探結果中表層 2m以內土壤之「統一土壤分 類」(unified classification)查表 3-1 以取得值。未符合本條規定而無需做鑽探調查 者，可由經驗判斷其表土可能之土質，查表 3-2 以取得值。t ：最大降雨延時基準 值 (sec)，標準值為 86,400sec。

滲透側溝設計容量₂ (m³)

2 ^k^L^t^{0.1 L} (3-3) 式中L：滲透側溝總長度 (m)，



：側溝材質為透水磚或透水混凝土為 18.0，紅磚 為 15.0；若為滲透係數k_g (m/s) 之新滲透材質時， 40k_g^0.1， k ：基地土壤滲透 係數 (m/s) 。

透水性舖面設計容量₃ (m³)

3 3

3 0.5A  f t0.05hA

 _{(連鎖磚型) (3-4-1)}

3 3

30.5A  f t0.3hA

 (通氣管結構型) (3-4-2)

式中A₃：透水舖面面積(m²)，h：透水舖面基層厚度(m)0.25，f ：基地土壤最 終入滲率 (m/s)^，若基層為混凝土則等於不透水面， f 0。

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式中A₈：可滲透空地面積、或花園貯集滲透可透水面積(m²)，V ：貯集滲透空地₈

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綠屋頂設計容量₁₄ (m³)

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(二) 美國水土保持局 SCS 曲線值法

美國水土保持局(Soil Conservation Service, 簡稱 SCS)方法常用於推估美國地區小 集水區之逕流量。SCS 法在估計直接逕流量(direct runoff)之前，需先行估計有效降雨 (effective rainfall)，因此可藉此方法以推求入滲總量。

如圖 3-4 所示，可將降雨總量區分為初期降雨損失量I 、有效降雨總量_a P 以及入_e

式中 S 稱為集水區最大蓄水量(potential maximum retention)，其值之大小受土壤特性、

水文臨前狀況、土地利用狀況與水土保持工程措施等因素所影響。美國水土保持局分

在文檔中 雨水滯蓄設施雲端系統擴充與推廣應用 (頁 55-117)