慧
雨
水
貯
集
系
統
在
建
築
物
雨
洪
管
理
及
操
作
模
擬
研
究
內
政
部
建
築
研
究
所
協
同
研
究
計
畫
報
告
年
度
108
智慧雨水貯集系統在建築物雨洪
管理及操作模擬研究
成果報告
內 政 部 建 築研 究 所 協同 研究 計 畫 報 告
中華民國
108 年 12 月
（本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見）智慧雨水貯集系統在建築物雨洪
管理及操作模擬研究
成果報告
研究主持人： 蔡綽芳
協同主持人： 廖朝軒
研
究 員 ： 蔡欣遠、白櫻芳、賴深江、陳柏端
研 究 助 理 ： 黃偉民、劉立群
內 政 部 建 築研 究 所 協同 研究 計 畫 報 告
中華民國
108 年 12 月
（本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見）I
目
次
目
次
... I
表
次
... III
圖
次
... V
摘
要
...VII
第一章
緒論 ... 1
第一節
研究緣起與背景 ... 1
第二節
研究方法與步驟 ... 3
第三節
小結... 13
第二章
文獻蒐集與分析探討... 15
第一節
國內雨水貯集系統相關研究 ... 15
第二節
國內雨水貯集系統相關法令與技術規範 ... 19
第三節
都市雨水逕流抑制對策 ... 22
第四節
國內外降雨預報及防災預警方式之相關文獻
... 24
第五節
國內外物聯網通訊系統及相關軟體發展現況
... 30
第三章
建築物雨水貯集系統智慧化架構設計及設備遴選
建議 ... 33
第一節
互聯網路相關案例蒐集分析及智慧雨水貯集
系統架構設計 ... 33
第二節
建築物雨水貯集系統智慧化之互聯網路相關
II
設備及其資訊蒐集，並進行設備型式探討及
遴選之建議 ... 41
第三節
研提智慧雨水貯集系統應用服務層之使用端
需求項目及相關內容 ... 65
第四章
建築物雨水貯集系統之智慧化雨洪管理模擬模式
建立與模擬分析 ... 69
第一節
建築物雨水貯集系統智慧化之降雨預測方法
與模擬分析 ... 69
第二節
建築物雨水貯集系統智慧化之雨水排放操作
機制研擬 ... 82
第三節
雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理模擬模
式建立與分析探討 ... 85
第四節
示範案例遴選、程序規劃與模式模擬操作94
第五章
結論與建議 ... 99
第一節
結論 ... 99
第二節
建議 ... 101
附錄一
審查會議 ...103
附錄二
工作會議 ...125
附錄三
專家諮詢會議 ...129
參考書目 ...145
III
表
次
表
1-1、網路通訊技術相關資訊彙整表 ... 6
表
2-1、國內雨水貯集系統之相關法令與技術規範 ... 19
表
2-2、不同廠商物聯網服務平台彙整表... 31
表
2-3、不同電信商物聯網服務平台彙整表 ... 32
表
3-1、國內外互聯網路相關案例彙整表... 33
表
3-2、建築物雨水貯集系統之儲水槽滯洪排水設計方法比
較表 ... 37
表
3-3、LPWAN 通訊技術相關資訊彙整表 ... 40
表
3-4、感測設備之水位計相關設備彙整表 ... 43
表
3-5、感測設備之流量計相關設備彙整表 ... 46
表
3-6、感測設備之雨量計相關設備彙整表 ... 49
表
3-7、感測設備之泵浦相關設備彙整表... 52
表
3-8、感測設備之水位計型式差異性比較表 ... 59
表
3-9、感測設備之流量計型式差異性比較表 ... 61
表
3-10、感測設備之雨量計型式差異性比較表 ... 64
表
4-1、雷達降雨量預測方法彙整表 ... 70
表
4-2、降雨量預測方法比較表 ... 72
表
4-3、雨水貯集設計容量 0.045m3/m2 之累積雨量與時間關
係表 ... 79
表
4-4、雨水貯集設計容量 0.078m3/m2 之累積雨量與時間關
係表 ... 80
IV
表
4-5、滯洪孔徑與水頭差之敏感度分析... 83
表
4-6、馬力與揚程之敏感度分析 ... 84
表
4-7、設計案例之相關地文參數 ... 88
表
4-8、設計案例之地面式智慧雨洪管理模擬成果比較表 90
表
4-9、設計案例之地面式智慧雨洪管理模擬成果圖 ... 91
表
4-10、設計案例之地下式智慧雨洪管理模擬成果比較表
... 92
表
4-11、設計案例之地下式智慧雨洪管理模擬成果圖 ... 93
表
4-12、示範案例地文參數彙整表 ... 94
表
4-13、示範案例規範之設計容量及允許排放量 ... 94
表
4-14、示範案例雨水儲水槽及泵浦相關參數 ... 96
表
4-15、示範案例平均效益彙整表 ... 98
V
圖
次
圖
1-1、雨水貯集系統之物聯網通訊控制系統架構示意圖 .. 4
圖
1-2、中央氣象局正式發布定量降水預報說明圖 ... 5
圖
1-3、各類水位計產品設備示意圖(a)壓力式(b)超音波(c)雷
達波
(d)浮球式 ... 6
圖
1-4、應用設備示意圖 (a)平面顯示板 (b) LED 顯示器 .. 7
圖
1-5、智慧化雨水貯集系統使用端介面示意圖 ... 8
圖
1-6、智慧化雨水貯集系統防災預警燈號示意圖 ... 9
圖
1-7、雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理模擬模式建置
規劃流程圖 ... 10
圖
1-8、研究流程圖 ... 11
圖
1-9、研究進度甘地圖 ... 12
圖
2-1、雷達模式示意圖 ... 25
圖
2-2、模糊預測模式示意圖 ... 27
圖
2-3、類神經網路模式示意圖 ... 28
圖
2-4、灰色理論模式示意圖 ... 30
圖
3-1、互聯網路之智慧應用架構圖 ... 36
圖
3-2、傳統建築物雨水貯集系統之地面型與地下型儲水槽
示意圖 ... 36
圖
3-3、建築物雨水貯集系統智慧化之地面型系統配置示意
圖 ... 38
圖
3-4、建築物雨水貯集系統智慧化之地下型系統配置示意
圖 ... 38
VI
圖
3-5、建築物雨水貯集系統智慧化雨洪管理設計架構圖 39
圖
3-6、智慧雨水貯集系統應用服務層之民眾使用端介面示
意圖 ... 66
圖
3-7、智慧雨水貯集系統應用服務層之維護管理端介面示
意圖 ... 67
圖
4-1、灰色理論預測示意圖 ... 74
圖
4-2、供水標的地面式智慧雨洪管理(滯洪孔重力排放)模擬
模式流程圖 ... 86
圖
4-3、滯洪標的地下式智慧雨洪管理(泵浦機械抽排)模擬模
式流程圖 ... 87
圖
4-4、設計案例之供水標的地面式雨水貯集系統設計示意
圖 ... 88
圖
4-5、設計案例之滯洪標的地下式雨水貯集系統設計示意
圖 ... 88
圖
4-6、台北市中山區一處新建工程之示範案例空照圖 .... 94
圖
4-7、示範案例排水系統集水區分析圖... 95
圖
4-8、示範案例泵浦性能曲線 ... 96
圖
4-9、示範案例雨水貯集系統智慧化雨洪管理之感測層流
程規劃架構圖 ... 96
圖
4-10、示範案例原系統與智慧雨洪管理之洪峰削減率比較
表 ... 97
圖
4-11、示範案例原系統與智慧雨洪管理之總逕流體積削減
率比較表 ... 97
圖
4-12、示範案例原系統與智慧雨洪管理之蓄水率比較表
... 98
VII
摘
要
關鍵詞：雨水貯集、雨洪管理、智慧物聯網 一 、 研 究 緣 起 近年來由於氣候變遷而造成集中豪雨的增加，並伴隨急劇發展的都市化和街 道化，使得建築物和道路的不透水區域面積的不斷擴大，造成都市雨水排放流量 增加而使得淹水事件頻繁，面對未來這種氣候變遷之不定性與都市化的發展，國 內外眾多研究針對都市雨洪之問題提出解決辦法與相關對策。 自民國102 年國內頒訂「建築技術規則建築設計施工編第四條之三」規定都 市計畫地區新建、增建或改建之建築物需設置雨水貯集系統，已有大量建築物雨 水貯集設施興建，然國內建築師在設計的時候常把雨水貯集系統之供水與防洪二 功能分開設計，有許多實務界希望能將這兩種功能能合併設計以達較佳效益；而 本所於 107 年度計畫「創新建築物雨水貯集滯洪之智慧物聯網操作管理系統規 劃」完成研提建築物雨水貯集滯洪設施供水與防洪雙目標之設計型式與操作策略， 透過創新設計手法將原貯水設施可兼具供水與防洪之功能，解決國內雨水貯集系 統二功能分開設計之問題。另外，為提高現有建築物雨水貯集系統在都市雨洪控 制的成效，強化其應用及加值效益，國內目前已開始逐步有相關產業，針對雨水 貯集系統結合物聯網及雲端運算技術進行水質、水量及設施維護之監測管理，但 國內目前尚未有一套完整的智慧雨水貯集系統設計架構供參考，且尚未有雨水貯 集系統作為雨洪管理及操作並連結各相關數據之平台。 本研究案執行期程為十個月，爰引內政部建研所協同研究計畫需求說明。研 究計畫旨為雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理架構設計與模擬模式建立，擬延 續本所107 年度計畫之雨水貯集系統雙目標（滯洪、供水）設計與操作策略成果， 以及藉雨水貯集滯洪智慧物聯網操作管理系統之先期發展規劃成果作為基礎，將 雨水貯集滯洪操作管理系統導入物聯網(IoT)架構進行設計，透過設備蒐集與遴選 及降雨預測或預警的資訊連結，達成雨水貯集系統的智慧化雨洪操作機制，以及VIII 完成雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理模擬模式建立，預期可為雨水貯集系統 智慧化管理之發展及未來案例設置研究參考之重要範疇。 二 、 研 究 方 法 及 過 程 研究內容初步之7 項研究內容，研究案之工作項目如下： 1. 蒐集分析國內外物聯網通訊系統之案例及相關軟體發展現況； 2. 彙整國內外降雨預報及防災預警方式之相關文獻； 3. 建築物雨水貯集系統智慧化之互聯網路相關設備及其資訊蒐集，並進行 設備型式探討及遴選之建議，以及系統架構之設計； 4. 研提智慧雨水貯集系統使用端(如：民眾、維護管理端等)之需求項目及相 關內容； 5. 探討降雨致災因子進而研擬建築物雨水貯集系統之防災預警及雨水排放 操作機制(如：排放時機、排放量等)，建立雨水貯集系統之智慧物聯網操 作管理模擬模式； 6. 利用預報或預警資訊連結實際降雨進行系統模式模擬及修正檢討； 7. 綜整上述成果進行示範案例遴選、程序規劃與模式模擬操作。 三 、 重 要 發 現 針對降雨量預測方法的比較，在空間尺度上，雷達預測雖有良好的降雨空間 分布，但小基地需要透過程式的撰寫才能獲取特定網格區域的降雨預報資訊，而 網格邊界條件問題亦會影響雷達預測模式演算；在時間尺度上，雷達預測提供最 短的降雨時距之降雨量預報資料為 1 小時，較不適用於建築物或區域尺度的雨洪 管理操作；另外，雷達、模糊理論、類神經網路三種降雨量預測方法的模式運算 之輸入端需考慮許多降雨因子，然灰色理論降雨量預測方法僅需以單一變量進行 預測，資料取得也較其他三種方法容易，並經多次專家諮詢會議討論，故本案選 擇以灰色理論作為降雨預測方法。 本計畫將建築物雨水貯集系統智慧化之雨洪管理架構分為地面式與地下式 兩種型式，其滯洪排水設計分別依排水量需求選擇適合的滯洪孔與泵浦進行裝設，
IX 並結合互聯網路技術作資訊連結及操作指令，將透過降雨預警在降雨前將儲水槽 內的水預先排出，保留空間作為滯洪空間，並透過設計案例與示範案例連結實際 降雨而進行模擬，探討原系統與改造為智慧管理之差異。 設計案例成果顯示，智慧雨洪管理系統於降雨後有效減少總逕流體積，並達 到較高的蓄水率，且泵浦的操作時間較原系統少，對於即時的防洪操作及後續的 供水效益皆呈現較佳效益。示範案例藉初步遴選而選擇台北市中山區某新建工程 之雨水貯集滯洪設施，進行系統架構之程序規劃而進行模式模擬操作，其模擬成 果在洪峰削減率、逕流體積削減率、蓄水率及泵浦操作時間等效益評估指標皆優 於原系統，其成果可做為未來案例進行實地裝設之驗證參考。 四 、 主 要 建 議 事 項 建議一 智慧物聯網雨水貯集系統建構與示範點測試：短中期建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部營建署 本年度已完成雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理模擬模式建立，能夠及時 掌控降雨情況並進行智慧排水，後續建議進行智慧貯水貯集系統之實際案例裝設 並進行驗證，使建築物雨水貯集滯洪設施實施警戒操作，提高社區(建築)自主防 災能力，提前針對豪大雨進行減災操作，減少都市淹水損失。 建議二 建立社區或區域尺度之智慧物聯網雨水貯集系統：長期建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部營建署 長期建議應強化其應用及加值效益，透過無線感測技術、雲端運算、大數據 分析及降雨預警通報機制進行整合，建立社區智慧雨洪管理物聯網，提升洪災預 防與應變的機能，使社區雨洪管理朝向智慧化；進而將社區智慧雨洪管理物聯網 層級，逐步提升至區域層級，再往上擴充到縣市政府層級的智慧雨洪管理，提供 主管機關研擬相關政策之參考及實務界設計之依據。
XI
ABSTRACT
Keywords: rainwater storage, stormwater management, smart internet of things 1. Purpose of the research
In recent years, due to climate change, the number of heavy rainfall has increased dramatically. Also with the rapid development of urbanization, the impervious area due to buildings and roads construction has been continuously expanded which leads to increase urban stormwater discharge and frequent flooding. In face of the uncertainty of future climate change and urbanization development, many studies at domestic and abroad have tried to find the solutions and related policies to solve the urban stormwater problems.
With the issue of Article 4-3 in the Architectural Design and Construction section of Building Technical Regulations in 2013, which requires that rainwater harvesting systems should be installed in newly, expanded and renovated buildings in urban areas, a large number of rainwater storage facilities have been constructed. However, architects design the rainwater harvesting systems for water supply and stormwater detention separately. Many practitioners have proposed that rainwater harvesting systems should be designed collectively to increase the benefits of rainwater harvesting. In the year of 2018, this institute has initiated the project entitled “Design of Intelligent IoT Operation Management System for Rainwater Storage and Flood Detention for Innovative Buildings”. In the research, the design and operation strategies of rainwater water harvesting system for water supply and flood control objectives of building have been studied and developed. Through this innovative design, both functions of water supply and flood control can be considered collectively and improved the effectiveness of rainwater storage system in existing building. Furthermore, to improve the effectiveness of rainwater harvesting system in urban stormwater control and strengthen its value-added benefits, application of IoT and cloud computing technologies to monitor and
XII
manage water quality, volume and maintenance of rainwater harvesting systems have been discussed and preliminarily studied. However, there is no smart rainwater harvesting system having been developed.
The purpose of this research is preliminary to develop the smart rainwater harvesting system and the research period is ten months. Through this research, the design and simulation a smart IoT operations management framework for rainwater harvesting system are developed which is linked to the results of the research in 2018. A smart rainwater operation mechanism and smart IoT operation management model for rainwater harvesting system include comparing and collection of relative IOT equipment and short-term rainfall forecasting model are developed. They will provide an important basic for the development of smart rainwater harvesting operation system for stormwater management.
2. Methodology and Procedures
Seven items are included in the research and are listed and explained as followings:
(1) Collect and analyze the existed cases of IoT communication systems application in both domestic and foreign countries and theirs related software used
(2) Collect rainfall forecasting model and disaster prevention warning methods in both domestic and foreign countries.
(3) Collect and analysis the relative IOT equipment for rainwater harvesting system including sensors, communication systems, and gateway, etc. Compare and recommend the suitable equipment and the design of the system framework for smart rainwater harvesting system.
(4) Propose the demand items and contents for the end users (such as general public, maintenance staffs, general managers, etc.) of the smart rainwater storage system (5) Explore the factors induced flood hazard and propose the flood disaster prevention warning mechanism and stormwater discharge operation mechanism (such as discharge time and volume) of rainwater harvesting system in buildings; and
XIII
establish the smart IoT operation management model of rainwater harvesting system.
(6) Calibrate and modify the developed rainfall forecasting model using measured rainfall data.
(7) Integrate the results obtained above and apply these results in the existing rainwater storage systems for demonstration in planning and model simulation.
3.
Major findingsRespect to spatial scale, radar method for rainfall forecasting will obtain spatial rainfall distribution but grid boundary condition will affect the forecasting accuracy. For those of construction site which has small area compared to the grid size, a specified site need to develop a specified program to obtain the rainfall data. Respect to time scale, radar method for rainfall forecasting will provide rainfall data interval more than one hour which is not feasibility to the construct site scale for stormwater management. For those methods including Radar, Ffuzzy theory, and Artificial Neural Network methods for rainfall forecasting need more input data. On the other hand, Grey theory applied for rainfall forecasting is superior than three methods mentioned above and needs limited input data. Through discussions and consultations, this research recommends Grey theory as rainfall forecasting model in this research.
Smart rainwater harvesting system for stormwater management can be divided into two types: above ground and underground. The drainage system need to consider the discharge outlet for above ground type but pumping system for underground type. Both types need to combine with IOT system for data input and operation instructions. Rainfall forecasting model is to forecast the rainfall amount for specified time interval and check with the storage volume in the tank. If rainfall amount forecasted is greater than the storage available, water storage in the tank need to be released. This smart operation is used at the selected demonstration site and compared between conventional and smart operation of rainwater harvesting system. The results show that the smart
XIV
operation has dramatically reduced the total discharge volume, shortened the operation period of pump and increased the benefits of water supply. If indices including flood peak reduction rate, flood volume reduction rate, water storage ratio and time period of pump operation are used for performance evaluation, smart operation is superior than that of conventional operation.
4. Major recommendation items
Through this research, following recommendations are made for immediate to short-term and long-term period:
Reco mme nd at io n 1
Establishment of building-scale smart rainwater harvesting system and field test: immediate to short-term
Organizer: Architecture and Building Research Institute, MOI Co-organizer: Construction and Planning Agency, MOI.
This research has successfully developed the smart operation management model for rainwater harvesting system in building. This model can forecast rainfall advance for rainwater storage discharge operation. In the immediate to short-term, this model can be applied and examined using field sites to mitigate stormwater and reduce the flood damage in the urban areas.
Reco mme nd at io n 2
Establishment of regional-scale smart rainwater harvesting system and field test: short- to long-term
Organizer: Architecture and Building Research Institute, MOI Co-organizer: Construction and Planning Agency, MOI.
XV
data information platform, rainfall forecasting technology, AI and big-data analysis technology, etc. should be integrated and applied to regional scale such as community, district, and urban or county scale to effectively reduce stormwater discharge and flood damage. Also field test is required to improve the accuracy of smart rainwater harvesting systems in flood control.
1
第一章
緒論
第 一 節
研 究 緣 起 與 背 景
壹 、 研 究 緣 起 台灣在每年11 月至次年的 4 月期間之枯水期，水庫常常面臨缺水之情況， 須實施用水調配才得以減緩水庫缺水危機；然而在每年5 月至 10 月間之豐水期， 則是澇災頻繁，都市地區最常仰賴抽水站解決，但此非解決根本之法。建築物設 置雨水貯集系統不但可提供建築物非飲用水之使用，還可降低都市降雨逕流體積 與洪峰流量，能紓緩都市洪澇問題。 自民國102 年國內頒訂「建築技術規則建築設計施工編第四條之三」規定都 市計畫地區新建、增建或改建之建築物需設置雨水貯集系統，已有大量建築物雨 水貯集設施興建，然而，國內建築師在設計的時候常把雨水貯集系統之供水與防 洪二功能分開設計，有許多實務界希望能將這兩種功能能合併設計以達較佳效益； 本所於 107 年度計畫「創新建築物雨水貯集滯洪之智慧物聯網操作管理系統規 劃」完成研提建築物雨水貯集滯洪設施供水與防洪雙目標之設計型式與操作策略， 透過創新設計手法將原貯水設施可兼具供水與防洪之功能，解決國內雨水貯集系 統二功能分開設計之問題。另外，隨著網路發展及科技進步，運用物聯網及運端 運算連結水資源相關技術，跨域與跨業合作，導入智慧管理工具來應變氣候變遷 的影響，已為世界各國水資源政策的新思維。國內已開始逐步有相關產業，針對 雨水貯集系統結合物聯網及雲端運算技術水質、水量及設施維護之監測管理，但 國內目前國內尚未有一套完整的智慧雨水貯集系統設計架構供參考，且尚未有雨 水貯集系統作為雨洪管理及操作並連結各相關數據之平台。 本研究預期在智慧雨水貯集系統架構與相關設施設備進行彙整與分析探討， 研擬系統設計架構，並建立智慧物聯網操作管理模擬模式與模擬分析，擬定降雨 預報資訊連結與智慧化滯洪排水操作機制，有效控制都市降雨，可做為未來建築 物智慧雨水貯集系統設計之參考，可望成為都市雨洪管理的重要方法，解決目前2 國內面臨的水資源問題。 貳 、 研 究 背 景 近年來由於氣候變遷而造成集中豪雨的增加，並伴隨急劇發展的都市化和街 道化，使得建築物和道路的不透水區域面積的不斷擴大，而造成都市雨水排放流 量增加進而使得淹水事件頻繁，面對未來這種氣候變遷之不定性與都市化的發展， 國內外眾多研究針對都市雨洪之問題提出解決辦法與相關對策。以往雨洪管理只 靠著末端設置滯洪池來緩衝，並未將雨水貯集系統列入考慮範圍；傳統處理都市 雨洪的方法是以末端控管雨水(End-of-the-Pipe Control)，但是此方法較耗費土地 及管理維護之資金浪費，集水區內的雨水也較不易掌控，還有大型滯洪池底部淤 積的種種問題。現今提倡的雨洪管理的方法，則是以源頭控管雨水(Source Control) 來取代傳統的方法，雨洪管理不僅僅在集水區的最末端，而是由一個小鎮、或一 個社區、亦或是一棟建築物來實行，這樣不但減少土地與資金的浪費，維護方面 比較容易，收集的雨水也利於管理，更能達到雨洪管理的理想目標。建築物實施 雨水貯集是源頭控管的方法之一，雨水貯集系統可將降雨在屋頂上的雨水及建築 物立面的雨水收集貯存，有效地控制落在建築物上的雨水，減少都市內的雨水逕 流，而達到減緩都市洪患壓力及排水負荷之目的。 國內建築技術規則建築設計施工編第四條之三規定都市計畫地區新建、增建 或改建之建築物需設置雨水貯集系統，係因應這方面的發展而訂定。部分縣市政 府也因應這項發展，除增加雨水貯集滯洪容量標準外，亦頒訂相關設計參考手冊 並通過地方自治條例，以有效推動建築物設置雨水貯集系統，減少都市豪大降雨 造成的淹水損失。然國內建築師在設計的時候常把雨水供水與防洪二功能分開設 計，有許多實務界希望能將這兩種功能能合併設計以達較佳效益；本所於107 年 度計畫「創新建築物雨水貯集滯洪之智慧物聯網操作管理系統規劃」完成研提建 築物雨水貯集滯洪設施供水與防洪雙目標之設計型式與操作策略，透過創新設計 手法將原貯水設施可兼具供水與防洪之功能，解決國內雨水貯集系統二功能分開 設計之問題。另外，為提高現有建築物雨水貯集滯洪設施在都市雨洪控制的成效， 強化其應用及加值效益，能夠及時掌控降雨情況與系統現地資訊，進行建築物雨
3 水貯集系統操作，提高社區(建築)自主防災能力，提前針對豪大雨進行減災操作， 減少都市淹水損失。近年來，透過開放性網路共同協作平台及時運作與及時訊息 傳輸網路的建置等智慧防災技術已成為國際趨勢。故善用無線感測技術、雲端運 算、大數據分析及降雨預警通報機制，建立社區智慧雨洪管理物聯網，提升洪災 預防與應變的機能，使社區雨洪管理朝向智慧化。未來可以將社區智慧雨洪管理 物聯網層級，逐步提升至區域層級，再往上擴充到縣市政府層級的智慧雨洪管理。 有鑑於前述都市雨洪管理的發展趨勢，建築物雨水貯集系統係為未來都市水 資源控制與管理的一個重要項目，如何增進雨水貯集系統對於都市防洪及管理層 面之效益，針對系統精進的創新設計及巨量相關資訊連結實屬必然，故藉本次科 技計畫｢建築與城鄉安全防災韌性科技發展計畫(二)｣作｢智慧雨水貯集系統在建 築物雨洪管理及操作模擬研究｣，其成果可做為未來都市雨洪管理之重要範疇。
第 二 節
研 究 方 法 與 步 驟
爰引內政部建築研究所協同研究計畫需求說明研究內容，將研究案之工作項 目如下： 研究內容初步之7 項研究內容，研究案之工作項目如下： 1. 蒐集分析國內外物聯網通訊系統之案例及相關軟體發展現況； 2. 彙整國內外降雨預報及防災預警方式之相關文獻； 3. 建築物雨水貯集系統智慧化之互聯網路相關設備及其資訊蒐集，並進行 設備型式探討及遴選之建議，以及系統架構之設計； 4. 研提智慧雨水貯集系統使用端(如：民眾、維護管理端等)之需求項目及相 關內容； 5. 探討降雨致災因子進而研擬建築物雨水貯集系統之防災預警及雨水排放 操作機制(如：排放時機、排放量等)，建立雨水貯集系統之智慧物聯網操 作管理模擬模式； 6. 利用預報或預警資訊連結實際降雨進行系統模式模擬及修正檢討； 7. 綜整上述成果進行示範案例遴選、程序規劃與模式模擬操作。4 以下則依據工作項目分述採用之研究方法： 壹、彙整分析國內外物聯網通訊系統之案例及相關軟體發展現況 本計畫擬收集國內外物聯網通訊之系統架構與相關案例，以及應用軟體發展 之現況進行探討，其研究方法概述如下： 1. 文獻收集—透過國內外期刊與研究發表之文獻、相關案例及國內外相關 廠商型錄或廠商提供的相關資訊進行蒐集彙整，以及物聯網路相關軟體 發展的現況作探討，並研究分析雨水貯集系統整合智慧物聯網的操作應 用之方法，其雨水貯集系統之物聯網通訊控制系統架構如圖1-1 示意。 2. 專家、產業技術諮詢及調查－主要針對國內不同型式之建築物雨水貯集 滯洪設施案例之運作情形、遭遇困難、滯洪排水操作情況及智慧物聯網 整合相關技術之建議事項等進行專家諮詢並邀請專家參與座談會。 圖1-1、雨水貯集系統之物聯網通訊控制系統架構示意圖 (資料來源：本研究蒐集彙整) 貳、彙整國內外降雨預報及防災預警方式之相關文獻 1. 文獻收集—透過國內外期刊與研究發表之文獻、相關計劃案研究成果進 行蒐集彙整，以及蒐集中央氣象局開放平台定量降雨預報格點資料，其 定量降水預報說明如圖1-2 所示。 2. 資料分析－針對文獻及相關資料進行初步彙整，探討國內外各種降雨預
5 報及防災預警方式對於後續智慧化雨水貯集系統整合之適用性及優缺點 等，並藉由歷史資料歸納，為考量降雨強度、累積雨量與桶槽滯洪效益 的關係，訂定桶槽雨量警戒值，依據排放等級給定警戒燈號，以作為後 續智慧物聯網雨水貯集操作管理系統之參考依據。 3. 專家技術諮詢及調查－主要針對國內外降雨預報及防災預警方式實際使 用情形與資訊連結面臨的問題，以及智慧物聯網整合相關技術之建議事 項等進行專家諮詢並邀請專家參與座談會。 圖1-2、中央氣象局正式發布定量降水預報說明圖 (資料來源：中央氣象局) 參、建築物雨水貯集系統智慧化之互聯網路相關設備及其資訊蒐集，並進行設 備型式探討及遴選之建議，以及系統架構之設計 智慧雨洪管理系統於物聯網在概念上可分為三層架構，由底層至上層分別為 感測層、網路層與應用服務層。本研究針對建築物雨水貯集系統智慧化之互聯網 路相關設備進行蒐集並對其規格、型式、相容性及適用性等進行彙整分類，各層 架構說明及其運用的設備可分述如下： 1. 感測層－主要用來識別、感測與控制當下最末端的各種狀態，例如:流量、 水位、雨量、抽水量…等，接著，這些資料定期會經由感測裝置上的通 訊晶片，利用有線傳輸或感測區域網路的天線與無線存取點傳遞至現場 控制器或電腦設備，透過水位、流量警報系統，及遠端或現場的控制， 有效的立即進行抽、排水之控制。其運用的相關設備，如：水位計(壓力
6 式、超音波、雷達波、浮球式…等，如圖 1-3 示意)、流量計(智慧水錶)、 雨量計、幫浦、自動控制器…等。 (a) (b) (c) (d) 圖1-3、各類水位計產品設備示意圖(a)壓力式(b)超音波(c)雷達波(d)浮球式 (資料來源：本研究蒐集彙整) 2. 網路層－網路層的目的除了將感測資訊傳遞至應用層的應用系統外，也 可用於獲取其他領域相關的氣象雷達資料或地形地貌資訊，進行雲端運 算，迅速的將資料計算成果傳遞給感測層中的各項感測儀器，進行防洪 排水操作，使狀況尚未發生前就已經處理完畢，達到建築物自動化雨洪 管理效果。其運用的相關資訊媒介，如：網路通訊技術(NB-IoT、LoRa、 Sigfox…等，其網路通訊技術協定相關資訊彙整如表 1-1 所示)、網路閘 道器、數據收集伺服器…等。 表1-1、網路通訊技術相關資訊彙整表 技術協定 主要推動 成立 時間 目前 佈建 國家 基站 連接 數目 使用頻段 傳輸距離 傳輸速度 技術範疇 發展 情況
SIGFOX Singfox 2009 17 萬個 100 Sub-1GHz ISB Band 市區:10KM 郊區:50KM 100kbps
終端設備 至 前端應用
已發展
LoRaWAN IBM/Cisco 2015 12 萬個 25 Sub-1GHz ISB Band 市區:3~5KM 郊區:15KM 300bps~50kbps 通訊協定 已發展
NB-loT 3GPP 2016 NA 10 萬個 GSM or LTE Band 20KM ~50kbps 通訊協定 起步最 慢但生 態鏈最 完整 (資料來源：本研究蒐集彙整) 3. 應用層－應用服務層係結合各種資料分析技術，以及各系統之間的重新 整合，將數據化的資料以圖形、表格、投影的方式呈現給相關部門之管
7 理人員及民眾，除了可以進行人為的判斷及操作，必要時也可進行緊急 疏散通知，提高突發事件的反應速度和處理能力。此層面乃將所有數據 整合模擬後，依使用者需求作適當的修正設計，呈現出有效的資訊成果， 以達到監控管理的目的。其運用的相關設備與資訊呈現方式，如：平面 顯示板、LED 顯示器、手機 App 程式、網路服務平台…等。 (a) (b) 圖 1-4、應用設備示意圖 (a)平面顯示板 (b) LED 顯示器 (資料來源：本研究蒐集彙整) 肆、研提智慧雨水貯集系統使用端(如：民眾、維護管理端等)之需求項目及相 關內容 本研究將研提智慧化雨水貯集系統使用端之需求項目及相關內容，初步分為 民眾使用端及維護管理端兩個部分，依其需求項目及相關內容說明如下： 1. 民眾使用端－主要係透過智慧化雨水貯集系統使用端介面增加大眾對雨 水貯集系統及都市水資源管理之認知。主要需呈現的項目包含即時雨水 貯集量(即時水位資訊)、雨水用水量、自來水補給量、水質資訊、降雨預 警資訊、計畫排水量等。 2. 維護管理端－主要係便於後端維護管理使用。主要需呈現除上述項目外， 還包含系統設備數據資訊、資料傳輸錯誤警示、歷史數據統計資料庫、 參數設定與校正等；如為區域性的維護管理端需各監測設備的定位地圖 與大數據資料庫等。
8 圖1-5、智慧化雨水貯集系統使用端介面示意圖 (資料來源：本研究蒐集彙整) 伍、探討降雨致災因子進而研擬建築物雨水貯集系統之防災預警及雨水排放操 作機制(如：排放時機、排放量等)，建立雨水貯集系統之智慧物聯網操作 管理模擬模式 1. 探討降雨致災因子 根據 102 年經濟部水利署水利規劃試驗所研究指出降雨致災因子最主 要為短延時強降雨（佔 35%，其中颱風 25%，未達颱風等級者為 10%），其次 為夏季對流雨（27%），而鋒面雨（19%）居第三。本研究將探討分析各種降雨 型態與降雨量，提出主要致災因子，如：高洪峰流量，並藉由雨水貯集系統 雨水排放操作機制尋求解決之方法。 2. 防災預警及雨水排放操作機制 依排水量需求選擇適合的幫浦裝設於雨水貯集系統之貯水槽，可於透過 預警系統在降雨前將貯水槽內的水預先抽排出，保留空間作為滯洪空間，待 每場暴雨過後而進行宣洩，可大幅降低建築物造成的雨水逕流體積。本研究 擬藉案例模擬在降雨事件前透過降雨預報或預警資訊連結，使幫浦抽排而預 留滯洪空間，並分析其不同操作時機與排放量之差異，使雨水貯水槽抽排機 制可於每場降雨前進行針對性降雨的滯洪空間預留操作，預計可獲得更佳的 滯洪功效。 本研究防災預警係透過降雨預報或預警方式而進行資料運算，訂定雨水
9 排放操作機制，並結合物聯網及雲端運算技術作資訊連結及操作指令，本研 究考慮降雨預測及預警方法說明如下： (1) 定量降雨預報－擬透過定量降雨預報格點資料取得，嘗試藉由水利署 與荷蘭合作開發 FEWS_Taiwan 平台將資料轉換成所需資訊，提供多 維度時間序列資料展示、分析處理功能。 (2) 灰色預測－擬透過灰色系統預測模式作為短延時降雨之預測方式。灰 色系統預測模式之主要特性為系統的運作中含有不完整之訊息或不 確定之因素，即可視為「灰色系統」，灰色系統理論（Grey System theory）發展於 1982 年，灰色預報模型具備少量數據建模之優點， 非常適合應用來建立雨量預報模式。 (3) 降雨預警－擬透過歷史資料歸納，為考量降雨強度、累積雨量與桶槽 滯洪效益的關係，分析降雨特性，找出短、長時間累積雨量對於桶槽 水量抽排的影響，訂定桶槽雨量門檻值，依據排放等級給定警戒燈號 其預警顯示方式如圖 1-6 示意。 圖1-6、智慧化雨水貯集系統防災預警燈號示意圖 (資料來源：本研究蒐集彙整) 3. 雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理模擬模式建置規劃 本研究雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理模擬模式建置整體規劃流 程包含預報資料轉換輸入、研擬操作模式、檢討修正、研提使用端介面及 示範區操作模擬等，其工作項目說明及流程如圖 1-7 所示。
10 圖1-7、雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理模擬模式建置規劃流程圖 (資料來源：本研究蒐集彙整) 陸、示範案例遴選、程序規劃與模式模擬操作 透過雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理模擬模式建置成果，遴選示範案例 進行智慧化雨水貯集系統設置之程序規劃，包含設施設備遴選建議及流程架構規 劃，進而做操作管理模式模擬模擬。其示範區案例遴選原則主要針對既有雨水貯 集系統之設置可行性及水文條件進行評估，兩項考量要點進行說明，其說明如下。 1. 設置可行性－考量既有雨水貯集系統之系統型式、運作情況、有無積淹 情形等。 2. 水文條件－為求雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理之模擬便利性與效 益呈現，應考量個計畫區之水文條件，如：降雨型態、附近具雨量站者 佳等。 本研究擬透過案例基本資料蒐集與調查、示範區案例用地需求及設置方式評 估及方案研擬，遴選相關設施設備並擬定系統架構之程序流程作規劃設計，進而 透過本研究管理模擬模式進行數值模擬操作。藉本研究示範案例之程序規劃與模 式模擬操作之成果，可供未來其它案例做雨水貯集系統智慧化雨洪操作管理設置 之參考。 依據工作項目與內容，本計畫之研究步驟如下圖1-8 所示。
11 資 料 蒐 集 彙 整 資料 彙 整 分 析 與 探 討 物聯網通訊系統之文獻與 案例蒐集 專家諮詢與調查 工作重點： 收集國內外物聯網通訊系統組 成架構與其應用案例之研究報 告與相關文獻。 工作重點： 針對國內建築物雨水貯集滯洪 設施使用情形及物聯網整合之 技術建議進行專家諮詢與調查 並邀請專家參與座談會。 基 本 資 料 蒐 集 架 構 設 計 降雨預報及防災預警方式 之相關文獻蒐集 工作重點： 蒐集彙整國內外針對降雨預報 及預警之方法，與其資訊鏈結 之相關模式與操作策略。 智 慧 雨 水 貯 集 系 統 雨 洪 管 理 模 式 建 立 與 系 統 規 劃 降 雨 預 測 或 預 警 分 析 探 討 執行計畫流程 設 備 蒐 集 及 降 雨 預 測 或 預 警 架 構 擬 定 雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理模擬模式建立與模式修正 工作重點： 建立雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理模擬模式。 利用降雨預報或預警資訊連結實際降雨進行系統模式模擬。 雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理模擬模式操作機制修正與檢討。 智慧雨水貯集系統雨洪管理之示範案例程序規劃與模擬操作 工作重點： 智慧雨水貯集系統雨洪管理示範案例遴選。 系統架構與設備選擇之程序規劃。 雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理模擬模式模擬操作。 未來發展與推廣之建議。 模 擬 模 式 建 立 與 修 正 示 範 案 例 程 序 規 劃 國內外物聯網相關及降雨預報或預警方式資料蒐集 相 關 設 備 蒐 集 與 彙 整 工作重點： 蒐集國內外有關物聯網路應用之相關研究報告與案例，以及降 雨預報或預警方法之資訊鏈結的相關模式與操作策略。 雨水貯集系統智慧化之互聯網路相關 設備蒐集 工作重點： 感測元件、通訊元件、控制器、幫浦等 相關設備蒐集。 設備型式、支援與應用性分類。 設備遴選建議。 探討致災因子及研擬雨水排放策略 工作重點： 探討降雨致災因子(如：降雨型態改變、 系統欠缺操作機制)。 考量參數，如：集雨面積、設施容量等) 初擬雨水排放量(幫浦選擇)及排放時機 (1hr前、2hr前...)。 雨水貯集系統智慧化之架構設計 工作重點： 感測層、網路層、應用層架構設計與設 備選擇。 物聯網路種類型式與比較分析。 使用端(如：民眾、維護管理端等)需求項 目擬訂。 降雨預測或預警方法分析探討 工作重點： 歷年降雨資料蒐集彙整。 訂定雨水貯集滯洪設施容量之雨量警戒 值。 降雨預報或預警方法(如：灰色預測、預 警分級)比較分析。 圖1-8、研究流程圖 （資料來源：本計畫成果）
12 本年度研究進度甘地圖如圖1-9 所示。 月 工作項目 第 1 個 月 第 2 個 月 第 3 個 月 第 4 個 月 第 5 個 月 第 6 個 月 第 7 個 月 第 8 個 月 第 9 個 月 第 10 個 月 備 註 蒐集分析國內外物聯 網通訊系統之案例及 相關軟體發展現況 彙整國內外降雨預報 及防災預警方式之相 關文獻 建築物雨水貯集系統 智慧化之互聯網路相 關 設 備 及 其 資 訊 蒐 集，並進行設備型式 探討及遴選之建議 系統架構之設計及研 提智慧雨水貯集系統 使用端(如：民眾、維 護管理端等 )之需求 項目及相關內容 期中報告撰寫 (6/28 前繳交) 探討降雨致災因子進 而研擬建築物雨水貯 集系統之防災預警及 雨水排放操作機制 建立雨水貯集系統之 智慧物聯網操作管理 模擬模式 利用預報或預警資訊 連結實際降雨進行系 統模式模擬及操作機 制修正檢討 示範案例遴選、程序 規劃與模式模擬操作 召開座談會 期末報告撰寫 (10/15 前繳交) 資料蒐集分析報告修 訂及定稿 (12/10 前繳交) 預 定 進 度 ( 累 積 數 ) 6 ﹪ 1 4 ﹪ 2 2 ﹪ 3 6 ﹪ 4 4 ﹪ 5 0 ﹪ 5 8 ﹪ 7 2 ﹪ 8 9 ﹪ 1 0 0﹪ 圖1-9、研究進度甘地圖 （資料來源：本計畫成果）
13
第 三 節
小 結
依據本計畫之目的及研究內容，本計畫完成蒐集分析國內外物聯網通訊系統 之案例及相關軟體發展現況、雨水貯集系統智慧化之互聯網路相關設備及其資訊 蒐集，以及彙整國內外降雨預報及防災預警方式之相關文獻，並研擬系統設計架 構與建築物雨水貯集系統之防災預警及雨水排放操作機制，研提智慧雨水貯集系 統使用端之需求項目及相關內容，進而完成建立雨水貯集系統之智慧物聯網操作 管理模擬模式，並利用預報或預警資訊連結實際降雨進行示範案例之系統模式模 擬及操作機制修正檢討。本計畫工作執行成果概略如下： — 蒐集分析國內外物聯網通訊系統之案例； — 蒐集國內外物聯網相關軟體發展現況； — 彙整國內外降雨預報及防災預警方式之相關文獻； — 降雨預報方法比較與選擇； — 雨水貯集系統智慧化之互聯網路相關設備及其資訊蒐集； — 研擬智慧雨水貯集系統設計架構； — 研擬建築物雨水貯集系統之防災預警及雨水排放操作機制； — 研提智慧雨水貯集系統使用端之需求項目及相關內容； — 雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理模擬模式建立； — 示範案例系統模式模擬及操作機制修正檢討。 其它詳細執行成果與報告撰寫將分列於後面諸章節說明。第二章
文獻蒐集與分析探討
本章主要針對本計畫之研究背景、目的及內容，本研究蒐集國內外研究現況 及相關研究文獻進行回顧，彙整並進一步就下列五個面向：「國內雨水貯集系統 相關研究」、「國內雨水貯集系統相關法令與技術規範」、「都市雨水逕流抑制對策」、 「國內外降雨預報及防災預警方式之相關文獻」及「國內外物聯網通訊系統及相 關軟體發展現況」，茲分述如下：第 一 節
國 內 雨 水 貯 集 系 統 相 關 研 究
為更有效推動各機關、學校、民間及工業區設置雨水貯集系統，以充分有效 利用水資源，政府及相關研究單位對有其設計或應用技術進行了相關之研究。其 中包含內政部建築研究所 2018 年「創新建築物雨水貯集滯洪之智慧物聯網操作 管理系統規劃」，透過現有已完成之建築物雨水貯集滯洪設施案例收集與分析， 探討目前建築物雨水貯集滯洪設施在設計及操作上存在的問題，並進行改造設計， 透過長期降雨模擬分析，提出雨水貯集滯洪系統容量設計整合供水及滯洪功能的 創新設計，進而初擬智慧物聯網系統而研提智慧雨洪管理系統應用流程，可做為 未來建築物雨水貯集滯洪設施的新型設計的參考；內政部建築研究所2017 年「雨 水貯留設施系統設計與產品模組化技術探討」，彙整分析國內外雨水貯留利用設 備產業及規範相關資料，提出適合於國內雨水貯留利用系統性模組包括產品標準、 設計標準、設計方法及管理維護事項，期能提供建築師、規劃設計師、及廠商等 有更廣泛、更多元之系統性模組供規劃設計選擇，其成果可作為日後推廣雨水貯 留利用系統設施之重要參考資料；內政部建築研究所 2013 年「屋頂綠化結合雨 水設計與建構維護管理之研究」，該研究主要建立屋頂綠化澆灌需水量及入流量 推估方法，並依照推估之成果建立國內屋頂綠化結合雨水貯集之容量計算模式及 相關推估步驟；內政部建築研究所 2011 年「生態社區的雨水利用系統規劃技術 研究」中，針對內政部建築研究所及其他單位相關報告、專家學者推薦之 12 個 社區中選取4 個社區進行現勘，並提出本土生態社區雨水相關問題。苗栗縣政府 （SBIR）2014 年「綠屋頂整合雨水利用系統創新應用」，該研究報告於國立臺灣 海洋大學河海工程學系二館屋頂建置一套的「屋頂綠化整合雨水貯集系統物理性試驗平台」實驗分析屋頂綠化結合雨水貯集系統於澆灌之可行性分析；經濟部技 術處1997 年委託工業研究院能源與資源研究所進行「雨水貯留供水系統最適化 利用技術報告」，該研究建立了雨水貯蓄供水系統可行性評估及最適化技術作業 準則；江育銓2015 年「區域雨水利用潛勢、容量設計及雨洪管理策略」，該論文 針對雨水利用潛勢計算方式及容量設計提出一套算法，並對新北市透水城市提出 雨洪管理策略；經濟部工業局2011 年編撰「產業節水與水再生技術手冊」，該手 冊針對老舊工業區之主要產業進行節水及水再生技術手冊彙編，手冊中主要針對 於用水回收再利用及廢水回收再利用介紹較多，雨水貯留利用系統觀念較少；經 濟部水資源局於 2000 年出版了「雨水貯留及中水道二元供水系統」應用手冊， 手冊中對於屋頂雨水貯集供水系統及中水道二元供水系統利用觀念與設計步驟 流程進行介紹；另外台灣雨水利用協會於2002 年出版了「雨水利用參考指南」， 手冊中對於屋頂雨水貯集供水系統概念及設計注意要點進行介紹；除此之外，經 濟部水利署於 2004～2005 年對於澎湖、小琉球、金門與馬祖等離島地區進行離 島地區雨水貯蓄利用規劃，並針對各離島之水文及地文等特性出版了「雨水利用 規劃手冊」作為當地政府及民眾設置雨水利用設施參考；此外經濟部水利署於 2006 年委託財團法人工業技術研究院進行之「節水環境建構與推廣計畫」中對 台灣地區各縣市之建築物、公園、綠地等土地使用分區進行雨水潛勢初步估算； 經濟部水利署 2012 年委託社團法人中華民國低碳環境學會執行「雨水貯留系統 評估工具建置計畫」中所建置的雨水評估工具，主要建置雨量站資料進以輸入雨 量再進行模擬，而用水資料則是以分為室內與戶外用水，分別為馬桶沖洗用水以 及澆灌用水；經濟部水利署水利規劃試驗所 2014 年「離島區域家戶二元供水系 統推動計畫規劃-澎湖地區」中於澎湖地區之適宜地區推動二元供水系統，以提 高水資源運用效率；對於國內雨水貯留應用之推廣大有助益。以下則針對其中重 要報告成果進行說明： 1.雨水貯留集中水道二元供水系統 經濟部水資源局於（2000）出版「雨水貯留及中水道二元供水系統應用手冊」， 供建造雨水貯留供水系統部分包括概論、設計原則、雨水貯留供水系統維護與管 理及設置實例介紹。應用手冊之設計原則係以屋頂集水為主，設施包括集水區域、
導管系統、初期雨水簡易處理系統、簡易過濾設備及貯水設施，手冊中並提供各 縣市不同降雨效率係數之供水可靠度計算公式，以供參考。 2.雨水利用參考指南 雨水利用參考指南（2002）係由台灣雨水利用協會所編撰，內容包含水資源 利用危機，雨水貯集利用歷史發展、型式、規劃與設計原則及注意要點、雨水貯 留供水系統維護與管理及設置實例介紹，可提供雨水貯集利用設置規劃之參考用。 參考指南之設計原則係以屋頂集水為主，設施包括集水區域、導管系統、初期雨 水簡易處理系統、簡易過濾設備及貯水設施，手冊中並提供雨水利用相關單位資 訊，以供查詢參考用。 3. 屋頂綠化結合雨水設計與建構維護管理之研究 國立臺灣海洋大學（2014）建立屋頂綠化澆灌需水量及入流量推估方法，並 依照推估之成果建立國內屋頂綠化結合雨水貯集之容量計算模式及相關推估步 驟。模式計算成果可繪出自來水替代率與設計儲蓄容量曲線，為選擇其提高每單 位儲蓄容量可產生最高效率之設計儲蓄容量量效率為選擇設計儲蓄容量量之依 據，並利用微分導數原理求效率設計點，導數探討函數的變化情形，依此尋找出 最佳效率之設計儲蓄容量。 4.生態社區的雨水利用系統規劃技術研究 內政部建築研究（2011）所已提出 10 種社區雨水利用規劃技術，如屋頂雨 水貯集系統適用於都市鄰里單元社區、集合住宅社區與鄉村社區等既成社區及新 社區；雨水收集結合入滲系統適用於都市鄰里單元社區、集合住宅社區與鄉村社 區等既成社區及新社區；雨水收集結合污水回收適用於既成社區、新社區，社區 中有大型或公有建築物、學校及政府單位等；公路逕流收集系統適用於坡地社區； 地形雨水截留適用於坡地社區；區域雨水應用適用於高需水量用水之社區，並具 地形集水之潛勢；開闊地雨水收集適用於多數社區需增加雨水收集量；田間雨水 貯留工程適用於鄉村社區與農村聚落；入滲廊道適用於濱海社區與霧氣收集系統 適用於鄉村及開闊區域社區。 5.區域雨水利用潛勢、容量設計及雨洪管理策略
目前國內外對雨水潛勢並無明確定義及共通性語言，故江育銓（2015）考慮 建築物特性、水文、經濟及生態等因子將雨水潛勢定義為下列三類分別為:理論潛 勢、可利用潛勢及環境可承受潛勢。作者並以全國為研究範圍，估算全國雨水潛 勢；設置建築物雨水貯集系統最重要的組成在於貯蓄容量的設計，而貯蓄容量設 計最主要影響因子為雨量資料，但並非每個區域內皆有具代表性雨量站資料，故 造成貯蓄容量設計上相當大的困擾。本研究以台灣北部為研究範圍，建立區域雨 水貯集系統貯蓄容量設計方法，考慮建築物需水量、有效集雨面積及降雨量等因 子建立無因次貯蓄容量設計曲線；作者並針對新北市透水城市提出雨水利用之策 略。 6.綠屋頂整合雨水利用系統創新應用 該研究計畫（2014）於國立臺灣海洋大學河海工程學系二館屋頂建置一套的 「屋頂綠化整合雨水貯集系統物理性試驗平台」，以假儉草為例，以陶石改良介 質層與蓄排水層，增加土壤通透氣與保水能力，並達到調整水質酸鹼度之功用。 進而結合雨水貯集系統，收集雨水及澆灌溢流水，透過UF 濾膜及碟片過濾器進 行水質處理，並針對四個檢測點進行 10 項水質參數之檢測及監測收集水量。研 究結果顯示，透過改良之介質層與蓄排水層達到良好的成效，過濾系統汙染物處 理皆可達到良好的水質標準，而且發現雨水利用系統能有效減少綠屋頂之需水量， 減輕都市用水的壓力。 7.離島區域家戶二元供水系統推動計畫規劃-澎湖地區 該計畫（2014）主要在探討澎湖地區推動二元供水系統之可行性，以提高水 資源運用效率，將水質要求較低的生活次級用水（如沖廁、澆灌）改由成本較低 廉的再生水或雨水貯集加以替代，避免發生處理成本昂貴的海淡水作為生活次級 用水的資源浪費情況，同時配合低碳島示範計畫，逐步達到水資源循環利用及低 碳建設等水資源目標。 由上述的研究發現，國內對雨水利用的研究主要著重在雨水利用系統的規劃 設計及可行性的探討，對雨水貯留利用系統的設施產品、產品規格標準、系統性 的規劃及系統的維護管理方面較為欠缺；另外對於貯水容量的設計各家有提出不
同的計算方式與方法，而比較有代表性的計算方法有經濟部水利署與內政部營建 署所發展的方法，其分別建置建築物雨水貯留系統的評估方法，內政部營建署提 供貯水桶體積標準計算方法，計算方式較複雜。經濟部水利署計算公式較簡易， 適合一般大眾使用，但其設計參數無從選擇也沒有需水情境選擇，且這二種方法 在應用上都有其限制性，故提出一簡易且適用性較高的方法具有必要性。
第 二 節
國 內 雨 水 貯 集 系 統 相 關 法 令 與 技 術 規 範
國內有關雨水貯集系統之相關法令與技術規範依中央、台北市、新北市、桃 園市、台中市、台南市及高雄市等六個直轄市政府之施作執行重點摘要內容分別 彙整如下表2-1 所示： 表2-1、國內雨水貯集系統之相關法令與技術規範 法令與技術規範 內容 中 央 1 建築技術規則 建築設計施工 編102.01 修 正 4-3 條 第一項設置之雨水貯集滯洪設施，其雨水貯集設計容量 不得低於下列規定： 一、新建建築物：申請建築基地面積乘0.045(m3/m2)； 二、新建、增建或改建：建築面積除以法定建蔽率後，再乘 0.045(m3/m2)。 2 建築基地保水 設計技術規範 101.06 2.1 為改善土壤生態環境、調節環境氣候、降低區域洪峰、減少 洪水發生率， 提供建築基地涵養雨水及貯留滲透雨水的設計標準。 2.2 本規範以代表建築基地涵養水分及貯留滲透雨水能力的基地 保水指標λ為評估指標。 2.3 提供基地保水設計方法與施工標。 3 建築物雨水貯 留利用設計技 術規範101.06 建築物雨水貯留利用設施之雨水貯留利用率Rc，應大於建築技 術規則建築設計施工編第三百十六條所訂之雨水貯留利用率基 準值Rcc，同時其雨水儲水槽設計容積 Vs 必須大於最小雨水儲 水槽容積Vsm。 4 降雨逕流非點 源污染最佳管 理技術 (BMPs)手冊 102.09 第二條 雨水貯集系統之規劃原則如下： 一、以屋頂作為降雨收集區域。 二、每次降雨事件間貯存雨水之需求量、需求頻率、預期降雨 體積及降雨頻率。 三、雨水水質與再利用標的。 四、貯槽位置考量景觀、建築物地基，並避免陽光直射，防止 藻類滋生。 五、切勿連接自來水管線系統或共用貯槽。 5 建築物設置透 水保水或滯洪 設施適用範圍 及容量標準 108.03 第四條 都市計畫地區建築物新建、改建基地面積超過三百 平方公尺，應設置透水、保水或滯洪設施。 前項基地面積計算基準如下： 一、新建造之建築物或將原建築物全部拆除而重行建築之新建 建築物，其基地面積依申請基地面積計算。 二、於原建築物增加面積之新建建築物，其基地面積以實際增加建築面積除以法定建蔽率計算。 三、改建建築物：基地面積以實際改建建築面積除以法定建蔽 率計算。 直 轄 市 1 臺北市下水道 管理自治條例 101.02 第九條 基地開發時，基地使用人應依排入雨水下水道逕流量標 準，排放雨水逕流。 前項標準由市政府定之。 基地使用人對依第一項規定而設置之相關流出抑制設施應負維 護責任。 2 臺北市基地開 發排入雨水下 水道逕流標準 102.10 第四條 基地開發有下列各款情形之一者，其基地使用人應依本 自治條例第九條規定設置雨水流出抑制設施： (1)建築物新建行為 (2)建築物改建行為 (3)增加建築物第一層樓地板面積行為 (4)其他經水利處認定之開發行為 第六條 基地開發增加之雨水逕流量，透過雨水流出抑制設施， 應符合最小保水量及最大排放量。前項所指最小保水量以基地 面積每平方公尺應貯留0.078 立方公尺之雨水體積為計算基準； 最大排放量以基地面積每平方公尺每秒鐘允許排放0.0000173 立 方公尺之雨水體積為計算基準。 3 臺北市公共設 施用地開發保 水作業要點 95.07 五、前點公共設施用地之建築行為須送審建造執照或雜項執照 者，由本府主管建築機關併入申請執照機制辦理；其餘案件由 各公共設施用地開發主辦機關審查。 依前項送審時，需檢具下列文件： （一）公共設施用地開發保水評估總表。 （二）明確標示鋪面工法之用地配置平面圖。 （三）評估說明書、圖（內容包括評估過程相關面積、公式計 算表）。 4 臺北市公共設 施用地開發保 水設計技術規 範95.07 一、公共設施用地開發保水指標係指公共設施用地開發後之土 地保水量與開發前自然土地之保水量之相對比值。 二、評估基準： 公共設施用地開發之保水指標計算值應依下式計算，其保水指 標計算值λ 必須大於基準值λc 5 臺北市市有新 建建築物設置 雨水回收再利 用實施要點 94.10 四、本要點所稱雨水貯留利用率，指在建築基地內所設置雨水 貯留設施之雨水利用量與建築物總用水量之比例。 五、市有新建建築物設置雨水貯留再利用系統，其設計之雨水 貯留利用率，應參照建築技術規則建築設計施工編綠建築專章 之相關規定；其管理維護計畫，應參照建築物雨水貯留設計技 術規範。 六、市有新建建築物檢送雨水貯留再利用系統之送審資料，應 符合建築技術規則建築設計施工編綠建築專章、建築物雨水貯 留設計技術規範及建築技術規則建築設備編等相關規定。 6 臺北市綠建築 自治條例 103.11 第三條 (1)適用建築技術規則建築基地保水規定者，其建築基地保水設 計指標應大於0.55 與基地內應保留法定空地比率之乘積。 (2) 總樓地板面積達五千平方公尺以上者，應設置雨水貯留利用 系統或生活雜排水回收再利用系統。但建築物之使用用途為衛 生醫療類者，不在此限。 7 新北市都市計 畫規定設置雨 水貯留及涵養 水分再利用相 雨水貯留及涵養水分再利用相關設施之設置標準依下列各款規 定辦理: (1) 最小貯留量以建築申請基地面積乘以係數零點零八計算貯留 體積(105.12)。 (2) 允許放流量以建築申請基地面積乘以係數 0.000019 計算
關設施申請作 業規範100.03 之。設計放流量範圍應介於0.85 倍允許放流量及允許放流量之 間。 8 新北市政府辦 理公共設施用 地開發透水保 水實施要點 103.10 五、依前點規定應申請建造執照或雜項執照之建築物，其開發 透水保水事項之審查，由本府工務局併入申請建造執照時辦 理﹔本府地政局辦理之市地重劃及區段徵收案件，由本府水利 局併入審查污水、雨水排水系統時辦理﹔其餘案件由各公共設 施用地開發執行機關依本要點規定辦理。檢送前項開發透水保 水事項時，應檢具下列文件： (一) 公共設施用地開發透水保水評估總表。 (二) 明確標示舖面工法之用地配置平面圖及透水保水設施剖面 圖。 (三) 評估說明書、圖（內容包括評估過程相關面積、公式計算 表）。 9 新北市公共設 施用地開發透 水保水設計評 估基準 102.09 一、公共設施用地開發透水保水指標為公共設施用地涵養雨水 及貯留滲透雨水的性能標示，為公共設施用地開發後之土地透 水保水量與開發前自然土地之透水保水量之相對比值。 二、評估基準： 公共設施用地開發之透水保水指標計算值應依下式計算，其透 水保水指標計算值λ 必須大於基準值λc。 10 新北市透水保 水自治條例 105.12 第四條 本市各基地之間發，除有下列情形之一者外，應設置透 水保水設施： 適用水土保持法開發之基地範園。 興建基層面積小於三百三十平方公尺之農舍。 全年平均地下水位距離地表小於一公尺。 公共設施用地中之河道、港埠、上下水道、車行道路。 第八條 透水保水義務人對依都市計畫規定設置之透水保水相關 雨水貯留設施，應負下列維護責任: (1) 、達一定規模以上之貯留設施，每年於五月一日前至少一次 委託專業技術團體維修、檢查，並維持正常運作，其有損壞或 阻塞，應立即修繕及清淤。 (2) 於中央氣象局發布北部區域列入海上颱風警報警戒範由或豪 雨警報以上等級後，應自行檢查清淤，以維持功能 11 桃園市建築管 理自治條例 105.12 第二十四條 本市都市計畫整體開發、都市更新、鄰近山坡地及低窪淹水潛 勢地區，其 申請建築基地或新建建築物之規模達本府公告標準者，應依建 築技術規則 規定設置雨水貯留利用系統及雨水貯集滯洪設施。 12 桃園市雨水下 水道管理自治 條例 106.01 第九條 基地開發時將產生之排水直接排入雨水下水道者，基地 使用人應檢具排水計畫向水務局申請，經核定其排水量後，應 依核定之排水量排放。 基地使用人對依前項規定而設置之相關流出抑制設施應負維護 責任。 第一項之排水量應依雨水下水道逕流量標準核算；其標準另定 之。 13 臺中市雨水下 水道管理自治 條例 102.10 第七條 建築基地開發時將產生之排放水直接排入公共雨水下水 道者，應填具申請書檢附相關文件，向水利局申請，經同意並 核定其排放水量後，依核定之排放水量排放。 14 臺南市設置雨 水回收系統之 1. 最小雨水貯留量(m3) = 基地面積(m2) × 0.119(m)，其他法令 另有規定者從其規定。 2. 檢核數值：雨水回收儲水槽容量 > 最小雨水貯留量。
最小雨水貯留 量評估標準 101.05 3. 須提出雨水回收之再利用計畫。 4. 雨水回收儲水槽平時須為空槽，不得以自來水滿補注，以備 隨時儲存暴雨。 15 臺南市低碳城 市自治條例第 十八條規定應 設置防洪或雨 水貯留設施之 建築行為規模 102.06 第三條 新建建築物且建築基地內無其他合法建築物者。依前點 設置之雨水貯集滯洪設施，其雨水貯及設計容量不得低於下列 規定: (1)建築基地面積 300 平方公尺以上未達 1000 平方公尺者，以建 築基地面積乘以0.01(平方公尺/平方公尺) (2)建築基地面積 1000 平方公尺以上未達 2000 平方公尺者，以 建築基地面積乘以0.02(平方公尺/平方公尺) (3) 建築基地面積 2000 平方公尺以上未達 3000 平方公尺者，以 建築基地面積乘以0.03(平方公尺/平方公尺) (4)建築基地面積 3000 平方公尺以上未達 4000 平方公尺者，以 建築基地面積乘以0.04(平方公尺/平方公尺) (5)建築基地面積達 4000 平方公尺者，以建築基地面積乘以 0.045(平方公尺/平方公尺) 16 高雄市綠建築 自治條例 107.03 第四條 總樓地板面積八千平方公尺以上者，應設置雨水貯集設施。 第十四條 貯集容積應達新建、增建或改建之建築面積（平方公尺）乘以 零點一三二（公尺）。 (資料來源：本團隊蒐集彙整)
