本研究利用SWMM 模擬社區地表逕流,包含 LID 設施之逕流量。案例社區面 積為600,000 平方公尺,住宅區面積(藍色)為 240,000 平方公尺,人工濕地面積 為(綠色)10,000 平方公尺,公園面積(橘色)為 10,000 平方公尺,圖 4-4 為案例 社區之土地利用分布,每單位面積為100 公尺乘 100 公尺,圖 4-4 中不包含水稻田 面積(340,000 平方公尺),因水稻田有湛水深,並且作物會消耗水量,無法利用 SWMM 模擬,將由 3.2.4 節建立之水稻田水平衡模式計算,因此不在 SWMM 模擬 項目中。
圖4-4 案例社區之 SWMM 模式圖
LID 設施於 SWMM 模式中以分層方式進行水文機制之模擬,包含表面層、鋪 面層、土壤層、儲水層、排水層等,以描述雨水落至地面後,經由入滲、滲漏等過 程,並形成地表逕流,最後透過下水道管線集中進入排水系統之過程。目前採用的 LID 設施包含綠屋頂、透水鋪面、雨水儲集系統、人工濕地,然而目前 SWMM 最
一個子集水區的入流。考量本研究目的為應用氣候調適六步驟建構調適能力,案例 社區採用簡化方式,設定一個子集水區中僅設置單一種類之LID 設施。
SWMM 提供五種入滲量的計算方法,包含 Horton、Modified Horton、Green-Ampt、Modified Green-Ampt 及 Curve Number。以社區尺度而言,本研究建議使用 Horton 計算入滲量,參數整理於表 4-3,因其需要的土壤參數較 Green-Ampt 少,
且相較於Curve Number 較適用小尺度區域模擬。案例社區根據土地利用種類需輸 入相關參數,表4-4 為 SWMM 中之土地利用參數,如不透水率(Imperv)和透水 面之曼寧N 值(N-perv),隨土地利用方式而改變。而表 4-5 列出子集水區通用參 數,如坡度(Slope)、不透水面之曼寧 N 值(N-Imperv)、不透水面之窪蓄深度
(Dstore-Imperv)、透水面之窪蓄深度(Dstore-Perv)。
表4-3 設計案例之 SWMM 入滲參數
a.(Liao et al., 2013)b.(Rossman, 2015)
表4-4 設計案例之 SWMM 土地利用參數
窪蓄深度-不透水面(Dstore-Imperv) 1.27a mm 窪蓄深度-透水面(Dstore-Perv) 5.08b mm
a.(Liao et al., 2013)b.(Rossman, 2015)
案例社區設定坡度由西南向東北,因此每個子集水的排水口設置在東北方,逕 流透過排水系統重力排水至人工濕地,因此在社區地勢最低的區域為人工濕地的 設置地點。圖 4-5 為案例社區之 LID 設施分布,紅色部分代表綠屋頂和透水鋪面 逕流由SWMM 模擬,灰色部分代表雨水儲集系統,因供應家庭低水質用水需求,
有消耗水量的情形,SWMM 無法模擬用水情形,因此由社區供水系統模式模擬。
因社區逕流匯集到排水系統後,再流入人工濕地,因此綠屋頂和透水鋪面之空間分 布,對於逕流量影響不大。台灣住宅建蔽率約為 60%,表示住宅的屋頂面積約為 144,000 平方公尺,假設屋頂面積一半設置綠屋頂,則綠屋頂面積為 72,000 平方公 尺,屋頂蒐集的雨水流入雨水儲集系統,供應住宅低水質用水需求,而社區住宅區 域的不透水率為85%,扣除 60%不透水面積為住宅區,剩餘 25%面積為鋪面(32,000 平方公尺),可設置透水鋪面,並提供地表逕流流入排水系統,再流入人工濕地淨 化。設置 LID 設施後,子集水區的不透水比例隨之改變,應用綠屋頂及透水鋪面 之子集水區計算方式如式(4-1)和式(4-2)所示,
Imperv (Imperv P)/(100 P) 100 (4-1)
P x/S (4-2)
其中Imperv 為設置 LID 設施後子集水區的不透水率(%),ImpervOrigin為子集水區 原本的透水率(%),P 為 LID 占集水區之面積比例,x 為 LID 設施數目,S 為 LID 設施在該子集水區的數量上限。
表面層之重要參數為高度、植被覆蓋比例、表面糙度、表面斜率;鋪面層參數 包含厚度、孔隙率、不透水表面比率、滲透度、阻塞因子;土壤層參數包含土壤厚 度、孔隙率、田間含水量、凋萎點、水利傳導度、水利傳導坡度、吸力水頭;儲存 層參數為厚度、空隙比、滲漏率和阻塞因子;而排水層之參數則為排水係數、排水 指數、排水管高度。相關參數的設定對於模式模擬結果有極大的影響,因此進行模 擬前,須確保模式參數的合理性,本研究整理SWMM 相關 LID 設施文獻,SWMM 綠屋頂之相關參數設定彙整於表4-6,透水鋪面之相關參數設定彙整於表 4-7。
圖4-5 案例社區之綠屋頂與透水鋪面分布
表4-6 案例社區綠屋頂之相關參數(Qin et al., 2013)
表4-7 案例社區透水鋪面之相關參數(Zhanga and Guo, 2014)
分層 參數 數值 單位
表面層
(Surface)
高度(Berm height) 20 mm
植被覆蓋比例(Vegetation volume fraction) 0.15 - 表面糙度(Surface roughness) 0.2 - 表面斜率(Surface slope) 2 %
水利傳導度(Conductivity) 120 mm/hr 水利傳導坡度(Conductivity slope) 5 - 吸力水頭(Suction head) 50 mm 排水層
(Drainage Mat)
(Surface)
高度(Berm height) 1.5 mm
植被覆蓋比例(Vegetation volume fraction) 0 - 表面糙度(Surface roughness) 0.015 - 表面斜率(Surface slope) 1 %
鋪面層
(Pavement)
厚度(Thickness) 100 mm
孔隙率(Void ratio) 0.16 - 不透水表面比例(Impervious surface
fraction) 0 -
滲透度(Permeability) 254 mm/hr 阻塞因子(Clogging factor) 0 -
儲存層
(Storage)
厚度(Height) 450 mm
空隙比(Void ratio) 0.63 -
滲漏率(Seepage) 3.3 mm/hr