建築基地保水滲透技術設計規範與法制化之研究子計畫一：「滲透管溝」工法性能實驗解析

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(1)建築基地保水滲透技術設計規範與法制化之研究子計畫一：「滲透管溝」工法性能實驗解析. 內政部建築研究所研究委託研究報告 1.

(2) 092-301070000G1-005. 建築基地保水滲透技術設計規範與法制化之研究子計畫一：「滲透管溝」工法性能實驗解析. 受委託者：台灣雨水利用協會研究主持人：廖副教授朝軒協同主持人：林教授憲德研究員：陳賜賢研究助理：蔡燿隆、詹麗梅、黃建達. 內政部建築研究所研究委託研究報告中華民國九十二年十二月. 2.

(3) ARCHITECTURE & BUILDING RESEARCH INSTITUTE MINISTRY OF INTERIOR RESEARCH PROJECT REPORT. Study on the Design Guideline and Regularization of Rainwater Conservation and Infiltration Techniques at Building Site Sub-project I: The Performance and Experimental Analysis of Infiltration Gutters. BY Chao-Hsien Liaw Hsien-Te Lin December 30, 2003. 3.

(4) 摘. 要. 關鍵詞：綠建築、基地保水指標、滲透設施一、研究緣起由於都市地區日漸不透水化，因而產生種種的都市化問題，這些問題大部分可透過「建築基地保水滲透技術」加以改善；然而目前我國的綠建築政策對於此二項技術尚處於理論假設計算層次，故如何落實於執行面以利推廣應用實為當務之急。本整合型研究計畫即是基於前述理念，進行「建築基地保水滲透技術設計規範與法制化之研究」；本子計畫為「建築基地保水滲透技術」中「滲透管溝」工法之性能實驗解析四年計畫第一年度計畫，主題為：「滲透管溝」調查實驗研究。二、研究方法及過程本計畫之構成乃屬目標導向型，故依據研究目的，本年度計畫研究方法與過程概述如后。 (一) 國外滲透管溝設計現況調查分析滲透管溝工法於歐美等國已行之有年，而台灣尚在起步階段，故本計畫擬收集國外有關滲透管溝工法相關文獻、案例、使用概況、遭遇之問題等資料，進行彙整歸納。 (二) 滲透管溝試驗研究為探討滲透管溝性能，建立本土化設計參數，本計畫擬規劃與選擇一試驗區設置滲透管溝試驗模型進行長期觀測；另進行入滲率現場試驗並判定土壤種類，建立標準試驗流程以提供規劃設計之依據，第一年度初擬以建立設置、試驗標準作業流程，並進行測試與修正。 (三) 分析、歸納滲透管溝相關設計工法及參數 4.

(5) 本計畫擬藉由國內外資料收集，分析、歸納滲透管溝相關工法及設計參數，以便進行現地試驗觀測，試驗結果可作為設計及容量理論發展之依據。 (四) 進行滲透管溝第一階段法制化研究本計畫第一年度擬探討基地保水滲透設計工法對於現行相關法規，如建築法規等之適用性；同時收集、歸納國內、外相關法規及使用經驗，探討其在設計、施工及維護管理所需考慮之層面，草擬滲透管溝設計、施工及維護管理規範大綱。三、重要發現 (一) 分析、歸納滲透管溝相關工法、特性及影響參數探討本計畫歸納各工法之特性及使用條件，對於滲透設施做綜合性之歸納比較，進而提出滲透管溝之影響因素，並針對各影響因子探討其內容及設施設置條件，初步提出滲透管溝設置前之建議調查項目，可作為初步設置評估之參考。 (二) 滲透管溝試驗模型之建構規劃本年度已初步完成試驗區之滲透管溝試驗模型規劃，滲透側溝擬為磚砌型式，材料分別為透水磚襯砌及紅磚襯砌；俟完工後即依據研擬之試驗流程進行試驗。 (三) 現地土壤滲透試驗規劃及初步建立試驗方法與步驟新店試驗區之土壤經滲透試驗判定，其滲透係數約為10-5cm/s，土壤種類為沈泥質砂或黏土質砂。經探討現地土壤滲透試驗過程及分析試驗結果，初步證明本計畫研擬之試驗方法與步驟可用於現地試驗，且自行設計之定水頭試驗裝置經初步測試後，亦可適用於現地滲透實驗。 (四) 滲透管溝第一階段法制化研究 5.

(6) 本計畫已初步完成第一階段法制化之內容，包括初步檢討現行法規，提出可供滲透管溝工法參考之法規條文，同時歸納本年度研究成果初步研擬滲透管溝規劃參考圖說，及設計、施工及維護管理規範大綱。四、主要建議事項根據研究發現，本計畫認為滲透側溝之材料選擇需考慮兩點：1. 側溝之材料需為國內易於取得之材料；2. 需為目前國內可行之施工技術；而土壤入滲率為影響滲透管溝性能的主要因素，依據土壤現地試驗結果，我們在實驗室研究土壤特性時，此取樣土壤之特性能否「代表」取樣區地層之特性？通常需輔以現地鑽探資料才能加以判定，若實驗室試驗結果與現地試驗相左時，則以現地試驗結果為主，故土壤滲透性應以現地試驗為主方能客觀評估滲透設施之滲透能力。本計畫初步建立之法制化成果可為後續制訂相關法制化辦法，作為各公、私相關部門推動之依據. 6.

(7) 目. 錄. 第一章前言第一節計畫緣起與目的 .....................................................01 第二節計畫工作項目與內容 ..............................................02 第二章都市化與城鄉水環境第一節都市化對城鄉水環境之影響 ...................................08 第二節城鄉發展之逕流管理問題.......................................11 第三節永續城鄉水環境與綠建築.......................................15 第四節基地保水貯留及滲透設施之種類 ............................18 第三章滲透管溝之型式與特性第一節滲透管溝之型式 .....................................................27 第二節滲透管溝於城鄉水環境之效益................................35 第三節滲透設施綜合比較..................................................41 第四節滲透設施使用現況探討 ..........................................42 第四章滲透管溝之試驗研究第一節滲透管溝設置之影響因素.......................................45 第二節滲透管溝設置之調查項目.......................................50 第三節滲透管溝之試驗規劃 ..............................................52 第四節土壤現場滲透試驗測試 ..........................................66 第五節室內土壤試驗.........................................................83 第五章滲透管溝之法制化研究第一節現行相關法規之檢討 ..............................................90 第二節滲透管溝規劃參考圖說之建立................................97 第三節設計、施工及維護管理規範大綱之初擬 .................105 7.

(8) 第六章結論與建議....................................................................110 參考文獻....................................................................................113 附錄審查會議紀錄及處理情形 ..................................................117. 8.

(9) 表. 目. 錄. 表 2-1 綠建築評估指標系統與地球環境之關係..........................16 表 2-2 保水貯留滲透設施之型式與功能一覽表..........................19 表 2-3 入滲設施工法概要..........................................................22 表 2-4 貯留設施工法概要..........................................................23 表 3-1 保水貯留滲透設施之污染物去除效率比較表 ..................40 表 3-2 滲透設施特性比較一覽表 ...............................................41 表 4-1 土壤種類與入滲率及最大設計深度的關係表 ..................47 表 4-2 滲透管溝設置前之初步調查項目與評估原則 ..................51 表 4-3 定水頭實驗方法解說表...................................................60 表 4-4 新店-B 試驗孔葛洛夫滲透儀 H=5cm 觀測數據 ..............70 表 4-5 新店-B 試驗孔葛洛夫滲透儀 H=10cm 觀測數據 ............71 表 4-6 新店-A 試驗孔定水頭試驗裝置觀測數據 ........................75 表 4-7 新店-A 試驗孔葛洛夫滲透儀 H=5cm 觀測數據 ..............76 表 4-8 新店-A 試驗孔葛洛夫滲透儀 H=10cm 觀測數據 ............77 表 4-9 新店-C 試驗孔定水頭試驗裝置觀測數據........................81 表 4-10 新店試驗區定水頭試驗主要參數及滲透係數一覽表......83 表 4-11 新店試驗區土壤物理試驗結果一覽表............................87 表 4-12 土壤種類及其滲透係數一覽表 ......................................88 表 4-13 統一土壤分類與土壤滲透係數 K 值對照表....................88 表 5-1 水利相關法規與滲透管溝相關條文一覽表 ......................92 表 5-2 建築技術規則相關條文及建議增修條文一覽表 ...............96 表 5-3 綠地、披覆地規劃參考表 ...............................................98 表 5-4 草溝規劃參考表 .............................................................99 表 5-5 滲透排水管規劃參考表...................................................100 表 5-6 滲透陰井規劃參考表 ......................................................101 表 5-7 滲透側溝規劃參考表 ......................................................102 表 5-8 滲透渠規劃參考表..........................................................103 9.

(10) 表 5-9 滲透乾井規劃參考表 ......................................................104. 10.

(11) 圖. 目. 錄. 圖 1-1 都市化造成之水循環影響 ...............................................01 圖 1-2 研究流程示意圖 .............................................................07 圖 2-1 都市化對水環境之影響示意圖 ........................................09 圖 2-2 都市化對洪峰流量及頻率之影響示意圖..........................10 圖 2-3 台北都會區熱島氣溫分佈圖............................................11 圖 2-4 集中末端處理與源流控制逕流管理方式示意圖 ...............13 圖 2-5 基地保水貯留及滲透設施分類示意圖 .............................21 圖 2-6 美國設置透水鋪面，配合生態入滲調節池之實例 ...........25 圖 2-7 日本滲透側溝設置實例...................................................25 圖 2-8 日本地下貯留池設置實例 ...............................................26 圖 2-9 日本滲透設施分佈概況...................................................26 圖 3-1 基地保水滲透設施整體規劃配置示意圖..........................27 圖 3-2 草溝構造示意圖 .............................................................29 圖 3-3 草帶構造示意圖 .............................................................29 圖 3-4 滲透排水管示意圖..........................................................30 圖 3-5 滲透陰井示意圖 .............................................................31 圖 3-6 滲透側溝示意圖 .............................................................32 圖 3-7 滲透渠示意圖 .................................................................33 圖 3-8 滲透乾井示意圖 .............................................................35 圖 3-9 滲透設施於降雨事件中之作用示意圖 .............................36 圖 3-10 滲透設施減洪機制示意圖 .............................................38 圖 3-11 東京地區滲透設施減洪實例..........................................38 圖 4-1 三角座標土壤分類..........................................................48 圖 4-2 實驗區施作範圍配置示意圖............................................53 圖 4-3 滲透側溝施工概況..........................................................55 圖 4-4 現場會商討論概況..........................................................57 圖 4-5 二不同材質滲透側溝斷面圖............................................57 11.

(12) 圖 4-6 滲透側溝選用之級配 ......................................................58 圖 4-7 滲透側溝觀測試驗模型示意圖 ........................................58 圖 4-8 綜合型手持採土器..........................................................61 圖 4-9 試驗孔填充方式示意圖...................................................62 圖 4-10 定水頭實驗裝置 ...........................................................63 圖 4-11 葛洛夫滲透儀之基本構造 .............................................64 圖 4-12 試驗孔位置...................................................................67 圖 4-13 三試驗孔與完工後地面高程之相對位置........................67 圖 4-14 試驗孔開挖概況 ...........................................................68 圖 4-15 新店-B 試驗孔試驗概況 ...............................................69 圖 4-16 新店-B 試驗孔葛洛夫滲透儀 H=5cm 觀測入滲曲線 .....72 圖 4-17 新店-B 試驗孔葛洛夫滲透儀 H=10cm 觀測入滲曲線 ...72 圖 4-18 試驗孔崩塌淤泥造阻塞示意圖 ......................................74 圖 4-19 新店-A 試驗孔葛洛夫滲透儀試驗概況 .........................74 圖 4-20 新店-A 試驗孔定水頭試驗裝置試驗概況 ......................74 圖 4-21 新店-A 試驗孔定水頭試驗裝置觀測入滲曲線...............78 圖 4-22 新店-A 試驗孔葛洛夫滲透儀 H=5cm 觀測入滲曲線 .....78 圖 4-23 新店-A 試驗孔葛洛夫滲透儀 H=10cm 觀測入滲曲線 ...79 圖 4-24 新店-A、新店-B 及新店-C 試驗孔位置示意圖...............80 圖 4-25 新店-C 試驗孔定水頭試驗裝置試驗概況......................80 圖 4-26 新店-C 試驗孔定水頭試驗裝置觀測入滲曲線...............82 圖 4-27 土壤取樣位置及滲透試驗土壤剖面滲流概況示意圖......84 圖 4-28 粒徑分佈曲線圖 ...........................................................86. 12.

(13) 第一章. 前言. 第一節計畫緣起與目的本世紀初僅有 13％的世界人口居住在都市，而根據聯合國預測，在 2010 年將會有超過 51％的人口居住在都市地區；而台灣地狹人稠，而且工商產業發展迅速，已有將近 80%的口居住於都市計劃地區，並逐步朝向高都市化的社會發展，這不僅意味著都會紀元的來臨，更代表過多人口之集中消費，將造成局部資源的耗竭，且在都市化影響下可能造成更大範圍的水環境危機。都市化造成之水循環問題如圖 1-1 所示。都市化. 河川基流量減少. 人口高密度化. 生活水準高度化. 市區街道擴大化. 洪峰流量增大. 都市承受乾旱能力減弱. 環境生態改變. 土地利用密集化. 河川、地下水水質惡化. 都市氣候變化. 資料來源：廖朝軒，2002。. 圖 1-1 都市化造成之水循環影響. 台灣近年來在經濟快速發展造成之都市化期間，大多數都市計畫對逕流的處理觀念皆以遮蔽雨水（不透水鋪面）和盡早由建築物排出的方式處理，即集中末端處理的排水概念，由於這樣的逕流處理觀念使得現有都市區域缺乏保水機能，因而易於發生都市型水患、都市熱島效應或水資源不足及水污染等問題，因此都市計畫應該重新考慮架構都市發展與水循環的關係。有鑑於此，內政部建研所提出「綠建築評估指標體系」，並於其中規劃「建築基地保水滲透技術」來提升基地之保水能力。. 1.

(14) 所謂「建築基地保水滲透技術」主要包括：「滲透管溝」及「透水鋪面」二項技術。然而目前我國的綠建築政策對於此二項技術尚處於理論假設計算層次，既無試驗根據亦無設計標準，尤其尚無適於台灣水/地文條件之標準，且都市計畫亦無法源賦予規劃設置之義務，因而影響了發展速度和工程質量。「建築基地保水滲透技術」因不同技術而有相異之規劃設計程序，應該根據當地情況與現場試驗研究來訂定設計及施工標準，並應修改建築技術規則及法制化工作，以為政府落實永續城鄉建設之依據。本子計畫為「建築基地保水滲透技術」二項技術中「滲透管溝」工法之性能試驗解析四年計畫，滲透管溝工法包括：綠地、被覆地或草溝滲透排水管滲透陰井滲透側溝本子計畫初步擬以上述滲透管溝工法為研究對象，並參考國外常用之滲透設施，如：滲透渠、滲透乾井等，也將列為本子計畫之研究對象。本子計畫之目的為透過相關文獻收集、設計參數及工法歸納與試驗研究，建立「台灣地區土壤滲透能力參考圖」；並發展本土化之滲透管溝容量計算及規劃方法，進而建立適於台灣應用之滲透管溝設計、施工及維護管理手冊與規範，以作為日後推廣之依據；同時參考相關法規，逐年建立滲透管溝之法制化程序，以作為日後各公、私相關部門推動之依據；最後擬以發展之理論方法為基礎，建立滲透管溝電腦模組化設計套裝軟體，以落實研究成果於實際應用及推廣之價值。. 第二節計畫工作項目與內容本計畫之構成乃屬目標導向型，故依據研究目的，本計畫初擬各 2.

(15) 年度計畫工作項目與內容概述如后。. 第一年：「滲透管溝」調查試驗研究. 1. 國外滲透管溝設計現況調查分析滲透管溝工法於歐美等國已行之有年，而台灣尚在起步階段，故本計畫擬收集國外有關滲透管溝工法相關文獻、案例、使用概況、遭遇之問題等資料，進行彙整歸納。. 2. 滲透管溝試驗研究為探討滲透管溝性能，建立本土化設計參數，本計畫擬規劃與選擇一試驗區設置滲透管溝試驗模型進行長期觀測；土壤入滲率影響滲透管溝性能甚鉅，然台灣之區域土壤種類與入滲率資料尚未完備，故本研究擬收集並歸納台灣地區之土壤種類及相關特性資料，如無法判定土壤種類及入滲率則輔以現場試驗，藉以建立「台灣地區土壤滲透能力參考圖」以提供規劃設計之依據，第一年度初擬以建立設置、試驗標準作業流程，並於北部地區進行測試與修正。. 3. 分析、歸納滲透管溝相關設計工法及參數本計畫擬藉由國內外資料收集，分析、歸納滲透管溝相關工法及設計參數，以便進行現地試驗觀測，試驗結果可作為設計及容量理論發展之依據。. 4. 進行滲透管溝第一階段法制化研究技術面之落實得先有法制化作業層面之實現，本計畫第一年度擬探討基地保水滲透設計工法對於現行相關法規，如建築法規等之適用性；同時收集、歸納國內、外相關法規及使用經驗，探討其在設計、 3.

(16) 施工及維護管理所需考慮之層面，草擬滲透管溝設計、施工及維護管理規範大綱。. 第二年：「滲透管溝」理論模擬分析. 5. 以台灣各地降雨資料進行滲透管溝性能分析滲透管溝之性能除受入滲率影響外，降雨之特性，如：強度、延時及間距等亦為主要影響因素，故本計畫擬針對區域降雨特性對於入滲管溝之性能進行探討，以作為將來實際設置之依據。 6. 探討滲透管溝之設置影響因素及選址原則滲透管溝使建築基地具有自然排水之功能，而為了達到蓄存逕流之目標，滲透管溝常需配合區域規劃或建築物之型態，以源流消減的設置方式來達到最大蓄存容量；故影響滲透管溝的因子除水/地文因子外，前處理設施、土地使用計畫等皆為影響因素；另地下水位、水質亦會影響滲透管溝之性能，故本計畫擬收集、調查區域地下水位及水質資料，並參考國內、外使用案例及上一年度之計畫成果為基礎，歸納出影響滲透管溝設置之因素，並據以擬定選址原則。 7. 發展適於台灣之滲透管溝容量計算方法滲透管溝與一般滯洪池或滯留池的不同之處就是其除了滯留外還輔以入滲的概念，然目前滲透管溝之容量設計多沿用滯蓄設施（滯洪/留池）之設計方法，或使用國外之設計方法，故本計畫擬初步整理歸納相關滯蓄設施之容量設計方法，並考慮滲透管溝之特性，參考入滲、容量設計等相關理論，發展適於台灣之滲透管溝容量計算方法。 8. 滲透管溝試驗研究本年度除繼續進行滲透管溝模型觀測試驗外，同時擬收集並歸納台灣北、中部地區之土壤種類及相關特性資料，藉以建立「台灣地區土壤滲透能力參考圖」以提供規劃設計之依據。 4.

(17) 9. 滲透管溝第二階段法制化研究本年度擬針對上年度提出現行規則中，不適用或衝突之規則條文，廣泛徵詢各業管單位及專家學者之意見，初步提出適於滲透管溝推廣應用之建築技術規則（增）修條文；同時依據上年度草擬之設計、施工及維護管理規範大綱，參考本計畫收集歸納之文獻資料及相關研究成果，草擬提出各部分應包含之內容。. 第三年：研擬「滲透管溝」設計技術規範與法制化工作. 10. 滲透管溝試驗研究本年度除持續進行滲透管溝模型觀測試驗外，同時擬收集並歸納台灣南及東部地區之土壤種類及相關特性資料，藉以建立「台灣地區土壤滲透能力參考圖」以提供規劃設計之依據。. 11. 研擬滲透管溝技術設計手冊與規範本計劃依據建立之滲透管溝容量計算方法及試驗結果，並區別各不同型式滲透管溝工法之適用性，並將區域水、地文條件、建築物類型等因素也納入考慮之中，研擬「滲透管溝」設計技術規範，將滲透管溝設計流程、方式予以標準化，使得在設計上有依據之標準且更能切合實際狀況。. 12. 研擬滲透管溝施工與維護管理規範保水滲透設施是最有價值的都市暴雨 BMPs 之一，因它不僅能降低暴雨污染，且能以「入滲」降低逕流體積，故滲透性能之維持為一重要的課題，而滲透性能的維持則有賴於正確的施工方法、施工程序、施工管理與完工後之維護管理；因此若空有技術設計規範而無施 5.

(18) 工與維護管理規範，則滲透管溝難以長期的發揮其功效，故本計畫擬進一步研擬滲透管溝施工與維護管理規範，將滲透管溝之設計、施工及維護管理程序予以標準化。. 13. 修改建築技術規則進行滲透管溝第三階段法制化針對提出之建築技術規則（增）修條文，進行縱向及橫向之意見彙整，縱向則徵詢各相關業管單位及執行單位之看法，瞭解是否符合政府現行推動之相關政策及技術面之落實度；橫向則彙整各界專家學者之意見，對不適用部分持續修訂，使之更形完善。. 第四年：建立滲透管溝電腦輔助設計套裝軟體. 14. 追蹤試驗觀測結果並更新修訂技術手冊與規範本年度除持續進行滲透管溝模型觀測試驗外，並整理相關試驗數據及離島地區之土壤種類及相關特性資料，藉以建立「台灣地區土壤滲透能力參考圖」；更新或修訂修訂技術手冊與規範。. 15. 建立電腦模組化設計套裝軟體計畫之研究成果必須轉化成建築師或設計師能夠應用與參考之準則與推動依據，方能獲致實質應用之意義；故本計畫擬以發展之理論方法為基礎，建立滲透管溝電腦模組化設計套裝軟體，電腦輔助設計套裝軟體可節省規劃設計時之人力、物力及時間，極具推廣及應用價值。. 16. 編纂使用者參考手冊為使電腦輔助設計套裝軟體能易於被推廣應用，套裝軟體開發同時並編纂使用者參考手冊，使規劃設計者易於使用。 6.

(19) 基於上述工作項目與內容，本計畫初步規劃之研究步驟流程如圖 1-2 所示。. 資料收集. 第調查一實驗年研究. 分析歸納工法、設計參數. 探討滲透管溝於現行相關技術規則之適用性. 分析滲透管溝性能第理論二研析年. 第研擬三規範年. 建立第電腦四輔助年設計軟體. 實驗及觀測. 探討影響因素及選址原則. 初步提出適於滲透管溝應用之建築技術（增）修條文. 建立容量推估方法. 研擬設計、施工及維護管理規範. 縱向及橫向意見彙整持續修改（增）修條文. 建立滲透管溝電腦模組化設計套裝軟體編纂使用者手冊. 圖 1-2 研究流程示意圖. 7.

(20) 第二章. 都市化與城鄉水環境. 城鄉水環境之改變往往因土地利用而異，因此客觀地探討都市化對城鄉水環境之影響，據以規劃、建設和管理城鄉土地利用，以達到「生態永續」與「經濟發展」為目的之「永續城鄉發展」，是未來值得研究探討的方向，亦是本計畫之重點之一。本章首先介紹都市化對城鄉水環境之影響，並進一步探討城鄉發展之逕流管理問題；然後分析永續城鄉水環境與綠建築之關係，並簡介基地保水指標，最後根據國內、外使用經驗，歸納並介紹基地保水貯留及滲透設施之種類。. 第一節都市化對城鄉水環境之影響都市為人口匯聚之地，人口集中於都市使都市居住用地需求急驟增加，舊都市土地一旦不敷所需，都市居民勢必向都市周圍發展造成都市區域擴展；當擴展至郊外時，原有的濕地、水田、森林、綠地等區域也開始都會化，都市化改變了這些土地原有的逕流機制，造成城鄉水環境的改變；都市化對城鄉水環境之變化的主要因素可歸納為：. 一、市區街道擴大化. 地表不透水區域包括屋頂、街道、人行道、停車場等；在高度開發或都市化地區，地表逕流之增加量與不透水舖面之多寡存在著比例的關係，不透水區域之增加將會減少雨水入滲至土壤之機會，結果不但減少地下水補注，同時造成洪峰流量、逕流體積增加量及河川基流量減少。圖 2-1 為美國費城都市化對水環境影響之觀測結果，圖中顯示隨著不滲透區域的擴大，由原始的自然地表覆蓋改變至 75%~100%的不滲透表面，則原有自然地表的逕流機制產生很大的變化，原本佔總降雨量 10%的逕流因都市化的結果增至 55%；入滲則從 50%減至佔總降雨量的 15%，蒸發量亦隨之降低，因此一地區經都市化後，破壞了 8.

(21) 原有逕流、蒸發與入滲三者之關係，而造成水文循環之改變，進而使城鄉水環境之變化。 100% 90%. 入滲. 80%. 逕流. 70%. 蒸發. 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%. 自然地表. 10%-20% 不滲透區域. 35%-50% 不滲透區域. 資料來源：1.FISRWG, 1998.；2.本計畫整理。. 75%-100% 不滲透區域. 圖 2-1 都市化對水環境之影響示意圖. 二、生活水準及人口密度高度化. 生活水準的提升及人口密度高度化造成經濟活動的頻繁，引致需求量的增加，生活、工業廢水亦隨之增加；水需求量的增加及地下水涵養量減少造成都市承受乾旱能力減弱，且欲排除經濟活動產生之生活、工業廢水，往往需興建都市排水與污水系統，在現行集中末端處理的概念下，排水管道會大量收集都巿地區地表逕流，使逕流直接、迅速地排放至河川或集水區下游地區，縮短洪峰稽延時間，且會促進都巿污染物之匯集與運送，造成河川、地下水水質惡化，環境生態系統也會因此改變。圖 2-2 顯示都市開發前後對洪峰流量及頻率之影響，由圖顯示都市化的結果使得開發前之異常水文現象（如 C 點）變為開發後之正常現象（如 A 點），發生的頻率明顯增加，造成鄰近河川或排水路之都市地區的洪澇問題。. 9.

(22) 洪峰流量. 開發後 A. C 開發前. B. 0.1. 1. 10. 100. 重現期距 (年). 圖 2-2 都市化對洪峰流量及頻率之影響示意圖. 三、土地利用密集化土地利用密集化造成原有水面、綠地減少，導致都市區域之地表面含水量減少；而生活水準的提升及人口密度高度化造成都市民眾普遍使用空調設備、交通運輸設施及相關電器用品，使得人造熱源多且集中，都市熱源的累積使都市區域之氣溫往往比鄰近區域來得高，都市氣候為之改變；圖 2-3 台北都會區熱島氣溫分佈，其熱島溫度中心區域大致位於市中心區，約 31.4℃；而市郊最低溫度約為 26.9℃，足可顯示都市化之影響。. 綜上所述，由於市區街道擴大化、生活水準提高、人口密度高度化及土地利用密集化，各因素相互影響的結果造成都市區域整體的水土保持機能降低，地區排水管網的設置加速了地表逕流的集中，導致集流時間的減少及流速的增加，除了導致區域性淹水災害發生的頻率增加外，亦減少了地下含水層的補注及使下游河道沖刷加劇，而污染物也隨著逕流直接排入下游，對於城鄉水環境為害甚劇；短期而言，都會區每遇暴雨其洪峰流量將增大；長期而言，都會區之河川基流量將會逐漸減少，承受乾旱能力也會減弱，環境生態系統改變，河川、地下水水質惡化及都市微都市氣候改變；上述的城鄉水環境變化，皆 10.

(23) 肇因於都會區逕流與入滲等降雨損失的比例改變所致。 ¥_§ë¯¸. ¤j¸-°ª®q«Î. Ãö´ç®c. ¤¤°ê®ü±M. Âù·Ë¤½¶é. 31.5. 31.0 Äª¬w¶m¤½©Ò ºÑ´ò¤½¶é. 30.5 ¥«¥ß¬ü³NÀ]. ¦æ¤Ñ®c. 30.0 ªQ¤s¾÷³õ¤J¤f. ¤T-«¥«¤½©Ò ¥Á¥ÍªÀ°Ï¤¤¤ß ¤¤¿³¤j¾Ç. 29.5. ¥Ãµa¦Ê³f 4 1. Áp¶ÔÁ`³¡. ¥x¥_¨®¯¸. 29.0. ¥x¥_°Ó±M Á`²Î©². ¥«¬F©². «í¼Ý¤¤¾Ç. 28.5. ¸UµØ¨®¯¸. ¤j¦w¤½¶é«nªù. 28.0 «C¦~¤½¶é ¥x¤j¥¿ªù. 27.5. ªO¾ô¨®¯¸. ¥Ã©M¥«¤½©Ò. 3 2. 27.0 ¤¤©M¥«¤½©Ò. 26.5 ·Å«×(¢J). 0. 2. 4. 6. 8. km. 資料來源：林獻德，城鄉生態，詹氏書局，1999。. 圖 2-3 台北都會區熱島氣溫分佈圖（午夜：02:00 07/24/1998）. 第二節城鄉發展之逕流管理問題對於一規劃區域之土地使用，可依不同的開發程度與規模而有不同的開發地區與自然地區的配置方式，而開發區裏又可依不同之土地使用類別與強度有著不同百分比之透水區域與不透水區域的比例關係，各種不同土地使用方式所產生逕流量的多寡，將受其土地使用類別與強度的影響，而逕流量的多寡亦受地表特性的影響，在此所謂的地表特性即是指地表的入滲能力。為探討土地使用方式與產生之地表逕流間的關係，在此引用「自然排水」的概念，所謂自然排水方法即利用土地資源之承載力，以土壤對水分之入滲能力與地形差異貯存地表逕流，以排除產生於地表之 11.

(24) 逕流。通常基地開發可分為自然地區與開發地區兩部份： — 自然地區：係指在土地開發行為時，地表未經變動而保留為原先之自然狀態者，此種保留的自然地區，可做為規劃地區內遊憩使用之開放空間。 — 開發地區：此區域又可分為不透水區域，如：建築基地、水泥地、道路等，與透水區域，如：草地等。不透水區域、透水區域自然地區對地表水文各有不同之效應，自然地區雨水入滲至土壤之量最大，其次為透水區域，最小者為不透水區域，所以若於土地開發規劃作業時即配合土地資源之特性規劃基地保水計畫，使多餘的地表逕流能藉由自然或人工的方式入滲到地下或滯留延遲其排放出基地之時間；如此不但保持水環境之平衡，更使土地使用對於水環境之衝擊減至最低。目前土地使用規劃，多著重於社會與經濟層面之考慮，而忽略了地區環境特性，特別是人為建設對城鄉水環境之影響，如水土保育機能、調節都市氣候等；而地區之排水計畫多為土地使用計畫之事後配合措施，解決之道往往以集中末端（End of pipe）排水方式來排除基地之地表逕流，即採取於區域排水出口設置一滯洪設施以減少尖峰流量，其配置及減洪機制如圖 2-4 所示。圖 2-4 中歷線 A 為地區開發後之歷線，欲使開發後之尖峰流量與開發前相同，在集中末端處理的治水方式上是將水約束於一定之渠道，以滯洪設施消減其尖峰流量，所產生之逕流歷線如歷線 B 所示；歷線 B 之尖峰流量雖已與開發前（歷線 C）同，但逕流體積並未相對減少，其仍較開發前（歷線 C）之逕流體積高，如此將會使得下游河道處於高流量水流的情況下的時間較長，仍會對下游排水系統及鄰近區域的排水能力造成不利之影響。集中末端排水方式所產生的結果是排水系統愈建愈大，下游排水負荷也愈來愈大，忽略了潛在災害。這種將土地使用計畫與排水計畫分開作業之土地規劃程序，不但破壞地區原有之水環境體系，且基地逕流大量且迅速地排放至下游鄰近地區，除減少雨水入滲機會外，同 12.

(25) 時會增加下游河川之流量，引起河川下游地區之洪澇災害。開發後之逕流歷線. 滯洪設施流. A. 量. 增加之逕流體積. B. 開發前之逕流歷線. C 時. 集中末端處理之逕流歷線. 間. (a) 集中末端處理方式示意圖減輕下游排洪負荷小型滲透設施. (b) 微管理及源流控制處理方式示意圖. 圖 2-4 集中末端處理與源流控制逕流管理方式示意圖. 13.

(26) 欲同時降低基地開發增加之尖峰流量與逕流體積，並增加基地之保水能力，近年來歐美日等國家逐漸採用微管理（Micro-management）及源流控制（Source control）的概念（Takeuchi, 2000; Seiji, 2000 and Liaw, et al., 2000）來處理都市逕流的問題，即在研擬土地利用計畫時同時考慮排水計畫，將小型滯留及入滲設施因地制宜地分散設置於都市排水區中各基地，將基地開發增加之逕流於區內消減，減輕下游的排洪負擔，同時具有增加基地保水量的功能，對於區域水環境具有正面的助益，乃是一種現地減退（On-site abatement）的都市生態逕流管理方式。由前面的探討，台灣城鄉發展之逕流管理問題可概略歸納為二方面：1. 「唯一發展導向」的城鄉發展政策促使土地無限制的開發； 2. 「高密度經濟活動」破壞了地區的水文機能；而解決之道建議可從規劃、政策及技術面上著手，茲分別概列如下：規劃層面 (1) 統籌建立資源調查、檔案儲存、資訊流通及集水區經營管理。 (2) 訂定基地保水管理規範。 (3) 劃定環境敏感地，藉由敏感地的保護方式與環境承載量，發揮土地使用之適宜性。政策層面在基地保水的考量下，原有的經濟活動必有所限制，所以在配套的政策上必須包括： (1) 協助改善地方產業與就業環境。 (2) 吸引互惠的活動發生。 (3) 加強與教育體系的連結。 (4) 與其他建設共同構築、聯合開發。. 14.

(27) (5) 加強研究。技術層面維持適當的空地、窪地、濕地、沼澤或都市透水性，並積極進行山坡地水土保持工作，可以有效管理地表逕流，增加自然滲透，降低洪峰及逕流體積。. 第三節永續城鄉水環境與綠建築由前節的問題探討，在城鄉發展過程中，為了追求經濟成長，對於自然資源不斷開發，如森林砍伐、土地過度開發、地下水超抽等等，當開發程度不超過水環境承載力時，自然環境具有自淨回復的能力；當開發程度超過水環境承載力時，原來單純的水文循環機制將會增加了不少複雜的變數因子，其結果將會造成水環境的負面的影響；因此，維持水文循環正常進行以達到永續城鄉水環境為一積極重要的課題。. 一、綠建築與基地保水指標. 內政部為了配合永續發展政策，緩和都市建築環境的惡化，積極進行「綠建築」相關的研究，即在建築生命週期（生產、規劃、施工、使用、管理、及拆除過程）中，以最有效利用資源的方式，在最低環境負荷情況下，提供最安全、健康、效率及舒適的居住空間，因此「綠建築」可定義為：「生態、節能、減廢、健康的建築物」，並擬定九大評估指標作為評估建築物是否達到「生態、節能、減廢、健康」之依據，綠建築九大評估指標及其與地球環境之關係如表 2-1 所示。綠建築九大評估指標中，基地保水指標主要是以「滲透雨水」來提升基地內之保水能力，所謂基地的「保水性能」就是建築基地涵養水分及貯留滲透雨水的能力，基地保水指標乃是一「生態水循環的都 15.

(28) 市防洪政策」；基地保水指標是計算社區在開發後，區域內的降水經過滲透、吸收及截流作用之後的總排水量，以進一步評估社區在開發後的保水能力，減少社區開發對環境的衝擊。. 表 2-1 綠建築評估指標系統與地球環境之關係指標群. 指標名稱. 與地球環境關係. 尺度關係. 氣候水土壤生物能源資材尺度空間操作次序. 1. 生物多樣性指標. 大. 外. 先. ↑. ↑. ↑. 3. 基地保水指標. ∣. ∣. ∣. 節能 4. 日常節能指標. ∣. ∣. ∣. 5. CO2 減量指標. ∣. ∣. ∣. 6. 廢棄物減量指標. ∣. ∣. ∣. 7. 室內環境指標. ∣. ∣. ∣. ↓. ↓. ↓. 小. 內. 後. 生態 2. 綠化量指標. 減廢. 健康 8. 水資源指標 9. 污水垃圾改善指標資料來源：內政部建築研究所，綠建築解說與評估手冊，2002。. 「基地保水設計」主要可概分為「直接滲透設計」與「貯留滲透設計」兩部分，各設計工法可概分為： (一) 直接滲透設計 1. 綠地、被覆地或草溝設計 2. 透水鋪面設計 3. 滲透排水管設計 4. 滲透陰井設計 16.

(29) 5. 滲透側溝設計 (二) 貯留滲透設計 1. 人工地盤花園貯留設計 2. 地面貯留滲透設計 3. 地下礫石貯留滲透設計而其合格判斷的標準為：. λ=. 各類保水設計之保水量總和 ≧λc= 0.8(1-rc) 原基地保水量. (2-1). 式中：λ為基地保水指標；λc 為基地保水指標基準；rc 為法定建蔽率。λ值愈大，代表保水性能愈加，反之則愈差；λ=1 時，代表土地開發行為無損於原來自然土讓的保水功能，但所有開發均多少會損及土壤保水性，λ通常會小於 1。. 二、基地保水指標於水環境中之角色. 由前面對於基地保水指標的概略介紹，可知其乃藉由基地保水貯留及滲透設施來增加基地之保水能力，若將基地保水貯留及滲透設施與自然界對比，由水文循環就能顯現出保水貯留及滲透設施所具的雨水保持機能。在經過大規模下雨後，降於大地的雨水，除了蒸發外，一部份為草木的葉或根所保蓄，一部份則貯留於地表低窪處，滲透到土中的雨水成為地下水，少許的逕流進入河川，大地可說是自然的保水滲透設施。基地保水貯留及滲透設施，其實是開發前所有土地與樹林的保水及貯水機能以人工予以替代，然而從永續城鄉水環境的觀點上，除非所貯留的水還原到大地，否則只能算是將開發地區的尖峰逕流量降低而已，而因開發而破壞的土地與樹林的保水及貯水機能亦無回復的功效。 17.

(30) 基地保水貯留及滲透設施設施可減輕區域排水負荷並促進區域水文循環，對於都市化之效應也有減輕的功效；此種保水方式可提高雨水於社會（生活）、經濟（生產）乃至於環境（生態），即「三生」的利用效率，避免因都市開發而損壞現在及未來水文循環及生態系統完整性，達到永續城鄉水環境之目標；此種提高雨水利用的方式符合聯合國世界環境與發展委員會之永續發展定義—「滿足當代需要，同時不損及未來世代需要與且滿足其發展」。政府已明確揭示「水與綠建設」為一國家發展的重點計畫，這計畫正嘗試揭櫫國家發展典範與視野變動的訊息，也隱含了導正台灣社會價值方向的期待；而基地保水貯留滲透技術為綠建設的主要內涵之一，基地保水指標的推廣與利用對於整個國家水資源利用，以及環保、節能的工作都有正面的貢獻與意義。. 第四節基地保水貯留及滲透設施之種類由前面的探討，因開發造成之城鄉水環境問題，大部分皆肇因於基地保水能力改變所致，上述現象可藉由在基地中以微管理及源流控制的概念設置基地保水貯留及滲透設施，以減少都市化之衝擊，達到永續城鄉水環境的目的。當雨水落於基地形成逕流，在逕流到達排水區（Drainage area）出口之間，可提供作為雨水貯留及滲透的地點很多，而於逕流的流路（Flow path）上設置基地保水貯留及滲透設施，可充分發揮逕流滯蓄的效果，且其工法因使用及設置方式而有多樣的種類，以下就概略介紹基地保水貯留及滲透設施之分類方式。. 一、以逕流調節機制區分. 依據保水貯留滲透設施之逕流調節機制，歐、美等國通常把保水貯留滲透設施概分為滯洪（Detention）、貯留（Retention）與滲透（Infiltration）設施三種型式；保水貯留滲透設施之型式與功能概如 18.

(31) 表 2-2 所示。滯洪設施其調節逕流機能係限定在一定期限內的調節，以其設施容量暫時儲存上游來水，並以滯洪口控制出流量使水慢慢排去，可延遲洪水波到達下游時間並削減洪峰流量；一般而言，滯洪設施僅為控制出流量之水工結構物，在雨停後不久即將池中蓄水完全排除，並無減少逕流體積的功能。. 表 2-2 保水貯留滲透設施之型式與功能一覽表功能型式. 減少尖峰流量. 減少逕流體積. 入滲. 維持河川基流量. 改善水質. 縮短高流量延時. 入滲型設施滯留型設施滯洪型設施. 滯留設施主要是結合現有或人工的池塘、窪地予以儲存部分之洪水體積，具有減少逕流體積、尖峰流量及延遲洪水波之功效；一般而言，滯留池之蓄水並不排放至下游，除減洪功能外尚可維持水生生態系統的穩定性。入滲設施同時具有入滲、滯留的能力，同時具有減少逕流體積、降低尖峰流量、水質淨化與地下水涵養的優點，且其大多為小型設施，可充分配合現場之環境予以規劃設置，即使在高密度的都市區域仍可充分利用。滯留及入滲型設施可同時減少逕流體積與尖峰流量，在水質改善上也頗具功效，因此在進行區域逕流管理規劃時，首先考慮設置此二型式之設施，但在減少尖峰流量上相對於滯洪設施則需較大之設置容量（Ferguson, 1995），因此若前述兩種型式之配套設置若仍無法將洪峰流量減低到預定目標，則需規劃以滯洪為主之滯洪設施，因此藉由不同型式設施之搭配應用，可同時減少逕流體積與尖峰流量（Liaw, et 19.

(32) al., 2000），而削減了此二因素的影響，流量延時也可得到適當的控制，而由各設施的特性使得其具有自然生態環境資源改善等附加效益。. 二、以滲透及貯留方式區分. 日本則將保水貯留滲透設施概分為滲透、貯留及具有滲透及貯留的貯留滲透三種型式，並進一步依據其滲透及雨水貯留的方式分為擴水法、井戶法及原址貯留（On site）及離址貯留（Off site）四種類型。滲透設施之滲透方式，可概分為使雨水分散入滲的擴水法，即以「線」及「面」的方式入滲；與直接使用垂直式的輔助滲透設施，使雨水入滲地表的井戶法，即以「點」的方式入滲（如滲透井）；通常一滲透排水系統常以「點」、「線」及「面」的搭配組合方式以促進設施之滲透效率，如以滲透陰井作為各滲透設施間連接的節點，可容納排水過程中之污泥雜物以方便維護及保持通暢。若以貯留方式區分，可概分為原址貯留及離址貯留；原址貯留與離址貯留，二者係相對、比較性的分類法。所謂離址貯留是指若降雨落於地面後，以自然或人工方式先予以收集，然後再輸送至一適當地點貯存，故其逕流貢獻區域（Contribution area）可能並非貯存地點所在集水區，而為其鄰近區域；而在降雨區域對該區之雨水收集並貯存是為原址貯留，原址貯留係將雨水的移動減至到最小並貯留於降雨區域（現場），即在土地利用計畫中於綠地或各設施中加上貯留現場雨水的機能，故通常其控制之集水區較小，常位於流域之中、上游。. 綜合前面的探討，本計畫將基地保水貯留及滲透設施之型式、種類及工法歸納如圖 2-5 所示，而各工法之概要則歸納如表 2-3 及表 2-4 所示；上述之分類僅為一且在概括、相對上之原則，因為有些貯留滲透設施並不能很明確的分類，且在實務上保水貯留滲透設施並非拘泥於某種單一型式，可依現場狀況適當配置以達設計之目的，若地質狀 20.

(33) 況許可，貯留設施也可設計成具有入滲之功能。. 21.

(34) 型式. 種類. 工法草溝. 滲透排水管滲透設施（擴水法）. 滲透型. 滲透側溝. 透水鋪面滲透渠. 滲透陰井滲透井設施（井戶法）. 滲透乾井地面貯留滲透. 貯留滲透型. 保水貯留滲透設施. （擴水法）. 地下礫石貯留滲透人工地盤花園貯留屋頂貯留. 原址設施（On site）. 小堤貯留小池貯留. 貯留型. 地下貯留地下式貯留離址設施（Off site）. 深挖式貯留. 溢流堤式貯留. 築壩貯留. 滯洪型：綠建築建議工法：工法相同但型式不同. 圖 2-5 基地保水貯留及滲透設施分類示意圖. 22.

(35) 表 2-3 入滲設施工法概要構造示意圖（單位：mm）地面貯留滲透. 入滲措施概要貯留之水自入滲調節池底部滲漏，為兼逕流削減的入滲措施，阻塞後入滲效能會降低，應有適當的維護管理。. 池蓄深度. 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入滲透之設施，設置於公園、廣場時，為避免砂土、垃圾的流入影響功能，應有適當維護清理之措施。. 滲透側溝. 雨水透過透水性鋪面及透水性瀝青、混凝土孔隙入滲之設施，由於容易阻塞降低透水功能，必須經常做適當的維護管理；又瀝青、混凝土鋪設時，下層應填充透水性良好的土壤，以維持透水機能。. 透水鋪面低窪地或滲透渠. 在開挖凹面之低窪壕溝進行入滲，壕溝上回填透水性良好之土壤，經過濾的水再流入壕溝；回填土則可植生使其土壤成團，維持自然過濾，可達免維護之功能。. 滲. 一般設置於住宅及建築物之周邊。於乾井之周圍填充碎石，雨水則自其底部及側面滲透，乾井可單獨設立，但仍以滲透管一同設置為宜。. 透乾井. 為道路排水為主之入滲陰井，惟道路入滲陰井中常有砂土、落葉、垃圾等流入，為防止阻塞，應有防止降雨初期污染物流入之措施；圖中型式 1 與雨水下水道連接管為高處接入，以免降雨初期雨水流入；型式 2 則附設有去除垃圾之水桶、框架及過濾等設備，以防阻塞物流入滲流設施。於開挖的壕溝填充碎石並設滲透管，透水管內流入水均勻入滲之設施；與入滲陰井併用時，由於入滲陰井具有預先處理之功能，故入滲管渠原則上可不常清理。. 滲透陰井滲透排水管資料來源：1.歐陽嶠暉，2000；2.本計畫整理。. 23.

(36) 表 2-4 貯留設施工法概要型式. 原址貯留. 構造概念. 備註. 小堤貯留. 公園、學校、集合住宅各棟間等，築造小堤貯留雨水。. 小池貯留. 公園、學校、集合住宅等各棟間小開挖面貯留雨水。. 地下貯留. 自宅地內及建築物屋頂之降雨，以地下貯留槽貯留。. 築壩式（堤高 15m 以下）. 主要為丘陵地之低窪部設置堤霸以貯留雨水。. 深挖式. 主要為於平坦地開挖，貯留雨水，HWL 與地面高度相近。. 地下式. 公共設施用地內地下貯留雨水下水道管渠集水。. 溢流堤式. 河川水路之洪水溢流堤貯留，減輕下游洪水負荷。. 離址貯留. 資料來源：1.歐陽嶠暉，2000；2.本計畫整理。. 24.

(37) 美國環境保護署與美國聯邦公路管理局（ Federal Highway Administrstion）及美國地質調查局（The U.S. Geological Survey）收集道路暴雨逕流以研究路面逕流污染物對於環境造成的影響，結果顯示其對於地下水的污染甚大；所以美國環境保護署（ The U.S. Enviromental Protection Agency）立法規定對於某些特定工業區和公路之地表逕流必須先利用貯留及滲透設施予以收集，經過處理後才可排放以免污染乾淨水體或配合中水道系統回收再利用，對於解決這類雨水造成地表逕流的污染技術通稱為「土地處理（Land Treatment）」。德國的柏林則在市區中配合雨水排水道系統廣泛設置滲透設施，如入滲調節池（Infiltration Basin）及滲透渠（Infiltration Trench）等，具體降低了暴雨之逕流體積及洪峰流量，也減輕了地表逕流的污染程度，使得排水系統與水處理系統負荷大為減輕。在鄰國日本，為解決日益降低的地下水位、水資源缺乏、逕流污染及洪澇問題，除法令規範設置防災調節池外，更於 1993 年的環境基本法（The Basic Enviromental Law）及 1994 年的國家基本環境計畫（The National Basic Enviromental Plan）規定貯留及滲透設施之利用技術必須對於水文循環有所助益且必須結合環境、生態保育等環保與親水機能。經由上述分析，可得知在都市化程度愈高的地區此技術愈被廣泛的應用；美國亦常於人行道設置透水鋪面，配合生態入滲調節池以減少都市地表逕流（如圖 2-6 所示）；圖 2-7 及圖 2-8 為日本設置滲透側溝及地下貯留池之實例；在日本入滲措施是被廣泛設置於都市地區，圖 2-9 為日本設置滲透設施之分佈，其中東京地區設置數目即佔全日本之 77.5%。. 25.

(38) 透水鋪面. 生態入滲調節池. 圖 2-6 美國設置透水鋪面，配合生態入滲調節池之實例. 圖 2-7 日本滲透側溝設置實例. 26.

(39) 公園. 礫石入滲層. 圖 2-8 日本地下貯留池設置實例 .. 政府興建地自治團體興建單位：座. 資料來源：1. Katsuyoshi, et al.,1993. 2. 本計畫整理。. 圖 2-9 日本滲透設施分佈概況. 27.

(40) 第三章. 滲透管溝之型式與特性. 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，然後進一步探討其對水環境之效益，最後並對各滲透設施之特性作一綜合性之比較。. 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 3-1 所示）。. 資料來源：內政部建築研究所，2002。. 圖 3-1 基地保水滲透設施整體規劃配置示意圖. 各設施可依現場狀況單獨或數種型式搭配使用，而其中滲透管溝 28.

(41) 的主要的型式包括：綠地、被覆地或草溝；滲透排水管；滲透陰井及滲透側溝，本計畫初步擬以上述滲透管溝工法為研究對象，並參考國外常用之滲透設施，如：滲透渠、滲透乾井等，也將列為本計畫之研究對象。. 一、綠地、被覆地或草溝. 利用植物，如樹木或草等來控制雨水逕流為一種自然而經濟之方法；植物性之控制方法，一般包括綠地、被覆地或草溝，可將各種控制設施之規劃融合於建築基地規劃之中，以增進景觀方面之價值。草溝（Grassed swales）為寬而淺，內部植草之排水道；草溝的設置若能配合基地開發型式與自然低窪地形，可將各基地低窪地相連，可使其具有排水道的功能；也可在都市開發地區的透水層部分，以整地方式設置草溝儲存地表逕流並排放至下水道，亦可兼具滯留池的功能。草溝入口設置前處理設施，先將較大顆粒或雜物濾除以減少草溝滲透面阻塞之可能；草溝之構造概如圖3-2所示。綠地、被覆地或稱為草帶（Grass strip），為與不透水表面相鄰之草地，將不透水面之地表逕流導入此類設施，並在草地上形成薄層水流，藉由植被之過濾與吸附，去除粒狀及部份溶解態污染物，同時有將逕流滲透達到保水之效果，適用於小區域或不透水區域周圍。草帶斷面應寬而平，使逕流形成薄層水流（Sheet flow）均勻分佈於草帶表面以增加滲透面積，故必要時應在逕流入口設置水平溢流堰（Level spreader）阻擋逕流，使逕流均勻由堰頂端溢流，並分布於整個草溝寬度，且流速不可過快，縱向坡度應在5%以下；通常草帶容易有逕流集中情形，故草帶長度應小於10m；草帶之構造概如圖3-3 所示。. 29.

(42) 礫石濾層前處理設施涵洞. 地下排水管. 堰碎石濾層入流. a.俯視圖. 植生植生入滲率高之土壤透水織布. 礫石濾層地下排水管. b.剖面圖資料來源：修改自 Prince George’s County, 1999.. 圖 3-2 草溝構造示意圖. 水平分水堰坡度<5%. 草帶長度<10m 資料來源：修改自 Prince George’s County, 1999.. 圖 3-3 草帶構造示意圖 30.

(43) 二、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 3-4 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。. 資料來源：內政部建築研究所，2002。. 圖 3-4 滲透排水管示意圖. 三、滲透陰井. 31.

(44) 「滲透陰井」與「滲透排水管」的原理是類似的，都是利用內部的透水涵管來容納土壤中飽和的雨水，待土壤中含水量降低時，再緩緩排除。「滲透陰井」是屬於垂直式的輔助入滲設施，不僅可以有較佳的貯集滲透的效果，同時亦可做為「滲透排水管」之間聯接的節點，可容納排水過程中產生的污泥雜物，以方便定期清除來保持排水的通暢，滲透陰井之構造如圖 3-5 所示。滲透陰井周圍覆蓋的級配層則是為了增加雨水貯集的空間，並且防止細小的泥沙造成管壁的阻塞現象。通常「滲透陰井」與「滲透排水管」配合，運用於各類運動場、公園綠地以及土壤透水性較差的建築基地之中。然而，滲透陰井之滲透孔隙很容易遭到垃圾、泥沙、青苔的阻塞而失去功能，設計時切記在底部或連接管部設置可拆裝網罩，以利清理而維持滲透之功能。. 資料來源：內政部建築研究所，2002。. 圖 3-5 滲透陰井示意圖. 四、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 32.

(45) 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 3-6 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，以利雨水入滲，同時也必須定期清洗以防青苔、泥沙阻塞孔隙而失去功能。. 資料來源：內政部建築研究所，2002。. 圖 3-6 滲透側溝示意圖. 五、滲透渠. 與上述「滲透側溝」相比，滲透渠是比滲透側溝更為大型的入滲設施，且通常不與「滲透排水管」及「滲透陰井」連接使用，其構造如圖 3-7 所示。滲透渠為地面之溝渠，是在開挖凹面之低窪壕溝進行滲透，壕溝上回填透水性良好之土壤，經過濾的水再流入壕溝，回填土則可植生使其土壤成團，維持自然過濾；故與草溝相比，草溝是偏向「自然」的排水方式，而滲透渠是屬於「工程性」的排水方式，且滲透渠之表面允許為平坦之表面。 33.

(46) 停車場. 植生帶（坡度小於 1％）. 滲透渠. 溢流. a.俯視圖植生帶（長度至少 6 公尺）地表逕流. 溢流堰. 5 公分碎石濾層透水織布級配. 15 公分厚砂濾層. 入滲. b.剖面圖資料來源： Prince George’s County, 1999.. 圖 3-7 滲透渠示意圖. 水流是以漫地流的型式經由植生帶流入設施中，滲透渠內部以卵石填充，底部鋪設 15cm 砂濾層（Sand filter），在砂石與土壤間常置有透水織布（Filter fabric），作為減少地下水之污染及土壤細顆粒進 34.

(47) 入砂石間空隙減少貯水量。滲透渠除了地表逕流減量的功能外，尚有去除逕流污染物的效用；當污染物進入滲透渠中，可因沈澱、植物根部吸附及轉換等作用而被去除。根據國外的使用經驗與評估，滲透渠如設計及維護良好，可去除 100%的懸浮固體，30 至 70%之營養鹽，15 至 80%之重金屬及細菌；而根據國內對於滲透渠之功能評估，滲透渠對於各項污染物的去除率則介於 67 至 98%之間，且在降雨期間能將雨水貯存於其中，足證其具有減少逕流的功效（王心芝，1996）；滲透渠底部及側邊皆可入滲，因此即使滲透渠底面阻塞，滲透渠側邊仍可維持 1/4 的入滲能力。. 六、滲透乾井. 滲透乾井經常用於貯存建築物屋頂所收集之雨水，滲透乾井之構造如圖 3-8 所示。根據國外使用經驗，滲透乾井之集水面積通常不大於 4000m2；因為滲透乾井較不佔用空間，可配合建築物予以適當的規劃與設置，故被廣泛使用於收集住宅區、商業區及工業區等建築物屋頂之雨水；一般滲透乾井上方為覆土，僅留一入流口供逕流流入用，若地區暴雨量較大，可將滲透乾井上方覆土除去改為網狀入流口，如此可增加入流效率；而在設置滲透乾井時至少需離建築物地基 3m 以免影響建築物結構穩定。滲透乾井與滲透渠相似，是位於地面下的入滲設施，但與滲透渠有兩點不同：1. 相對於集水區而言，滲透乾井是比滲透渠更小型的入滲設施，故其設置較不受空間的限制，其設置的深度大約 1 至 3.5m 之間；2. 滲透乾井所收集的逕流是由排水管導引至設施內，其控制的集水區通常是屋頂等較小的集水區，而滲透渠是直接收集地表逕流，其控制的集水區較滲透乾井大；而與滲透陰井相比，滲透陰井通常用來做為滲透排水管之間聯接的節點，而滲透乾井為單獨使用之滲 35.

(48) 透設施。. 排水管碎石濾層. 建築物地基. 入流口. 入流口. 透水織布. 透水管. 至少 3m. 資料來源： Prince George’s County, 1999.. 圖 3-8 滲透乾井示意圖. 第二節滲透管溝於城鄉水環境之效益. 一、滲透設施對於降雨逕流之影響. 若將降雨轉變為逕流過程中之降雨損失，簡化為窪蓄及入滲兩個因子，則可將降雨量減去入滲及窪蓄量，即可得有效降雨量（基地所排出之逕流深度）；在不同降雨逕流情況下，滲透設施於降雨逕流機制中所扮演之角色可由圖 3-9 表示。 36.

(49) a.不滲透區域. b.不滲透區域（窪蓄貯留）. c.自然滲透區域. d.自然滲透區域（窪蓄貯留）. ：降雨：窪蓄貯留量：自然滲透量：滲透設施滲透量：有效降雨深度（逕流深度）. 資料來源：1. 歐陽嶠暉，2000。 2. 本計畫整理。. 圖 3-9 滲透設施於降雨事件中之作用示意圖. 假設基地有四種地表狀況，分別為： a. 不滲透區域無窪蓄貯留作用 b. 不滲透區域有窪蓄貯留作用 c. 自然滲透區域無窪蓄貯留作用 37.

(50) d. 自然滲透區域有窪蓄貯留作用上述之窪蓄貯留作用可為地表之自然窪蓄或貯留設施產生之窪蓄，且四種地表狀況皆設置相同入滲率之滲透設施。圖 3-9 中 a 為基地皆為不滲透區域時，因無地表窪蓄及入滲作用，所有降雨皆變為逕流；若假設基地所逕流皆會留經滲透設施而排出基地外，則排出基地之逕流深度為降雨量減去滲透設施滲透量，滲透設施之功能在此即取代了自然地表的入滲功能。若不滲透區域中有窪蓄貯留，則降雨落於地面經窪蓄後，多餘之雨水產生逕流再留入滲透設施中，則其逕流深度如圖 3-9 中 b 所示，圖 3-9 b 中因有窪蓄貯留及滲透設施取代了自然地表的入滲功能，故其逕流深度較圖 3-9 中 a 小。若基地為平坦之可滲透區域（如圖 3-9 中 c 所示），則降雨落於地面後先經地表入滲後，多餘之雨水產生逕流再留入滲透設施中，由於滲透設施可貯留雨水並予以入滲，無形中增加了地表的保水能力，故其產生之逕流深度較圖 3-9 中 a 與 b 為小。圖 3-9 中 d 則因為為可滲透區域又有窪蓄作用，故其地表之保水能力較前面幾個案例為佳。綜上所述，滲透設施於降雨逕流之作用可視為降雨損失的一部份，其角色為取代地表之入滲能力或增加地表之入滲量；而由前面的探討中亦可發現在規劃基地開發時，適當的保留滲透區域或配合自然低窪地形窪蓄貯留雨水，可有效減小逕流深度及滲透設施設置容量。若將上述之有效降雨轉換為逕流歷線，則其歷線變化可如圖 3-10 所示；由圖 3-10 顯示，自然地區經開發後之逕流歷線，藉由滲透設施的入滲作用已消減了部分的尖峰流量與逕流體積，此時再經由滲透設施之滯留作用將多餘的逕流滯留，而滯留之逕流則陸續入滲至地表達到恢復水文循環及涵養水源的功效，且經過滲透設施的作用後，流量延時也變小。圖 3-11 為東京地區設置滲透設施後其逕流量的變化，藉由入滲設施的設置，洪峰流量減少了 40%；若以汐止市為例，根據汐止市現. 38.

(51) 有之土地利用型態，全面評估利用現有的都市建築物及綠地，設置屋頂雨水貯集系統、地下貯留池、街道滲透鋪面之可行性，經初步估算約可截留儲存 2,015,000m3 的逕流體積，可使汐止市約 200ha 的都市區域降低約 1m 深的淹水深度（陳賜賢等），應可減輕都市區域之排水負荷，強化都市土地之保水及防洪減澇能力，設施貯蓄之雨水亦可作為自來水之補充水源，並可降低都市熱島效應及促進都市區域之水循環平衡。降雨. 自然區域. 開發區域. 無處理區域. 貯留處理. 入滲處理. 貯留入滲處理. 河川. 圖 3-10 滲透設施減洪機制示意圖時間（30min）. (m3/30min). (mm/30min). 降雨強度. 逕流量. 無滲透設施作用之歷線. 設置滲透設施後之歷線. 時間（30min） 39.

(52) 資料來源：1. Katsuyoshi, et al.,1993. 2. 本計畫整理。. 圖 3-11 東京地區滲透設施減洪實例. 二、滲透設施減少非點源污染之功效根據歐美等國家的使用經驗，貯留滲透設施除能減少逕流量外，尚具有污染去除的功能，故對於河川及其他水體生態有一定之效益。以減洪（保水）為目標之貯留滲透設施的操作條件與以水質控制為目標的貯留滲透設施有相當大的差異。以減洪（保水）為目標之貯留滲透設施主要目標在削減逕流體積及洪峰，而以水質控制為目標的貯留滲透設施則在截留降雨的初期逕流（First flush），且為使雨水有足夠的時間沈澱淨化，通常需要較長之池蓄時間（Ponding time）。本計畫收集國內外常用之保水貯留滲透設施對於逕流污染之去除效率相關文獻，並歸納整理如表3-1所示。地面貯留滲透設施可蓄積一定比例之降雨初期逕流，經過沉澱與化學及生物反應，可去除部分顆粒性污染物及少量溶解性污染物，且污染物於入滲過程為下層土壤所濾除。滲透渠、側溝、陰井及乾井主要功能在短暫貯存雨水使下滲至下層土壤，污染物於入滲過程中為設施之砂石等濾材或下層土壤所濾除。透水舖面通常使用透水性瀝青或混凝土做舖面材料，配合下層之砂石等多孔隙材料可以讓雨水入滲，同時濾除路面之污染物。草帶與草溝植物性控制設施，利用地表植被來過濾並吸收逕流污染物，植被並可降低逕流流速，防止表土沖蝕，提高雨水入滲機會。由表3-1之比較顯示，設施之容量、滲透表面積較大或下層為砂石等多孔隙材料者，其污染去除效率較佳。綜括而言，保水貯留滲透設施對於水環境具有下列幾項效益（林鎮洋等，2001）：1. 減少水質優氧化之營養鹽量與泥砂淤積量；2. 增加河川廊道與週邊生態系統之連結性；3. 促進物種多樣化等。因此若於集水區中設置貯留滲透 40.

(53) 設施，對於改善集水區之非點源污染定有所助益，而對於都會區之水質及熱島化現象也有減輕的功效。. 表 3-1 保水貯留滲透設施之污染物去除效率比較表水質評估項目懸浮固體. 磷. 氮. （Suspended （Phosphorus）（Nitrogen） Solids）. 工法. 需氧量. 金屬. 細菌. （Oxygen demand）. （Metals）. （Bacteria）. 地面貯留滲透 Design 1. . . . . . . Design 2. . . . . . . Design 3. . . . . . . Design 4. . . . . . . Design 5. . . . . . . Design 6. . . . . . . Design 7. . . . . . . 滲透陰井. . . . . . . 滲透側溝. . . . . . . Design 1. . . . . . . Design 2. . . . . . . Design 3. . . . . . . 滲透乾井. . . . . . . 透水性鋪面. . . . . . . 草溝. 草帶. 滲透渠. 說明： Design1 ：處理水量為基地降雨初期 0.5 inch 之逕流深度（First flush）。 Design2 ：處理水量為基地降雨初期 1 inch 之逕流深度（First flush）。 Design3 ：處理水量為 24hr 降雨深度 3 inch 之降雨。 Design4 ：坡度較陡，設施下游未設置攔水堰（Check dam）。 Design5 ：坡度較緩，設施下游設置攔水堰（Check dam）。 Design6 ：6m 寬之長方形草皮。 Design7 ：30m 寬，覆蓋樹木之區域，且設置水平溢流堰。 . ：污染去除率 0%~20%。. . ：污染去除率 20%~40%。. . ：污染去除率 40%~60%。. . ：污染去除率 60%~80%。. . ：污染去除率 80%~100%。. . ：無數據。 41.

(54) 資料來源：1. U.S. EPA, 1993. 2. 本計畫整理。. 第三節滲透設施綜合比較本節將根據前面幾節的探討，對滲透設施之特性作一綜合性的比較，本節考慮的滲透設施工法有：綠地、被覆地（草帶）或草溝設計；滲透側溝；滲透陰井；滲透排水管，另參考國內外常用之滲透設施，如：地面貯留設計、滲透渠、滲透乾井及透水性鋪面等也列入比較；各滲透設施之特性比較如表 3-2 所示。表 3-2 滲透設施特性比較一覽表公共安全要求. 熱島化效應改善. 工業區. 中密度商業區. 高密度住宅區. 低至中密度住宅區. 地下水潛在污染可能性. 場地適用程度. 設計技術困難度. 失敗機率. 操作及維護需求. 逕流控制. 水質改善. 評估因子. 工法草帶. ◎. ○. ○. ○. ●. ◎. ○. ○. ○. ○. ○. 草溝. ○. ○. ○. ○. ●. ○. ○. ●. ○. ○. ◎. 滲透側溝. ◎. ◎. ◎. ◎. ●. ◎. ◎. ◎. ●. ●. ○. 滲透陰井. ◎. ○. ◎. ●. ●. ●. ●. ○. ●. ◎. ○. 滲透排水管. ◎. ◎. ◎. ◎. ●. ◎. ◎. ◎. ●. ○. ○. 地面貯留設計. ●. ●. ●. ●. ●. ○. ○. ●. ◎. ●. ●. 滲透渠. ●. ◎. ◎. ◎. ●. ◎. ◎. ●. ◎. ●. ○. 42.

(55) 滲透乾井. ◎. ○. ◎. ●. ●. ●. ●. ○. ●. ◎. ○. 透水鋪面. ●. ○. ●. ◎. ●. ●. ●. ○. ◎. ●. ○. 說明：. ● ：高 ◎ ：中 ○ ：低. 表 3-2 係各滲透設施在一般情況下之相對比較，各設施之性能仍可能因設置地點之狀況而改變。由表3-2顯示地面貯留設計在水量的控制上有較高的效能，因其貯蓄容量相較於其他滲透設施通常較大之故。在操作維護需求上方面，以地面貯留設計、透水性鋪面及滲透陰井維護需求較高，通常此類滲透設施係逕流先通過表面濾層，再進入設施內貯存並入滲，故表面較易阻塞，需經常性的維護管理；滲透乾井由於所處理之雨水為屋頂排水，草帶及草溝因滲透面有植生，故其操作維護需求較低。都市地區空間有限，土地昂貴且地表活動密集，地面貯留設計、草帶或草溝等，因其設施規模較大，較不適在這種環境條件下使用。其他滲透設施，如：透水性鋪面、滲透陰井及滲透乾井等，設施之特點為設施小、效率高，較易配合建築物及土地使用型態設置，故愈高密度之地區適用程度愈高；由於此類設施容量較小，因此一般採分散式配置，設於各不透水面周邊處理逕流，這類設施一般需要較高頻率的維護才能發揮功能。草帶及植草溝通常植生狀況較佳，故地下水潛在污染可能性較低；滲透側溝、地面貯留設計、滲透渠及透水鋪面因為貯留之水量通常比其他設施大，且滲透側溝、滲透渠及透水鋪面之場地適用性較高，故其對於減輕熱島效應較具功效；地面貯留設計為開放空間，且常配合親水規劃；而草溝通常為開放之排水道，故在公共安全尚須額外注意。. 第四節滲透設施使用現況探討 43.

(56) 滲透設施在國內尚在起步階段，而在國外已有多年使用經驗，本計畫前面已對滲透設施之型式、特性及性能做一綜合比較，本節將以美國近二十年之使用經驗為例，探討並分析其使用現況，最後建議規劃、使用及維護滲透設施應考慮之層面。滲透設施不僅能降低逕流體積，且能降低逕流之非點源污染，是最有價值的都市暴雨最佳管理策略（ Best Management Practices, BMPs）之一，且受到美國環境保護署（U.S. EPA）大力推廣使用；但在推廣初期，滲透設施的阻塞一直為亟待解決的問題。美國馬里蘭州約在1984年立法推動設置滲透設施，而在1986年針對使用中的177個滲透設施進行調查，約有67%可發揮功能，而約有 27%已近完全阻塞，另有6％有滲透效果不好的現象；至1990年約有 50%仍可維持設置時之滲透功能，而約有32%已近完全阻塞，另有18 ％有滲透效果不好的現象。經分析阻塞之主要原因在於逕流前處理（Pre-treatment）不足，以及集水區土壤沖刷，一部份則是由於建造期間未做好土壤透水性維護措施，滲透設施邊坡沖刷亦為造成孔隙阻塞之重要原因；該項調查亦發現，透水性鋪面之失敗率最高（77％），滲透乾井由於所處理者為屋頂排水，其失敗率最低（4％）。歸納以上使用狀況，阻塞原因可歸納為 5 點：入滲率估算不準確錯估地下水位施工過程中過度壓密土壤施工過程造成淤積及缺乏前處理 BMPs 缺乏維護根據上述使用狀況及阻塞原因，馬里蘭州州政府建議維持滲透設施性能的要素可從三方面考量，並為美國環境保護署所採納作為推動設置之方向，分別為：制度面、技術面及執行面。制度面 44.