建築基地鋪面保水量計算模式之校估
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(2) 建築基地鋪面保水量計算模式 之校估. 受委託者. ：國立中央大學. 研究主持人：何明錦. 所長. 協同主持人：林志棟. 教授. 余 研. 究. 濬 助理教授. 員：劉耀斌. 研究助理. ：徐震宇、何明杰. 內政部建築研究所協同研究報告 中華民國 96 年 12 月.
(3) 目次. 目次 表次..........................................................................................................III 圖次.......................................................................................................... VI 摘要.......................................................................................................... IX 第一章 緒論...............................................................................................1 第一節 研究目的.........................................................................1 第二節 研究方法及過程.............................................................1 第三節 研究內容.........................................................................2 第四節 研究步驟.........................................................................2 第五節 研究架構.........................................................................3 第二章 文獻回顧 ......................................................................................5 第一節 鋪面型式.........................................................................5 第二節 日本透水性鋪面設計...................................................10 第三節 國內外綠建築評估指標...............................................15 第四節 全國降雨類型分區.......................................................25 第五節 國外透水性鋪面相關軟體 ..........................................27 第六節 透水性鋪面專家諮詢系統 ..........................................30 第三章 PCSWMM應用於透水性鋪面基地保水量之模擬 .................37 第一節 PCSWMM模式介紹 ...................................................37 第二節 改變影響因子對透水性鋪面保水量之影響 ..............46 第三節 新店實驗區PCSWMM模擬 .......................................61 第四節 實驗結果與分析...........................................................65 第四章 綠建築基地保水指標公式探討與適用性分析 ........................73 第一節 綠建築基地保水指標...................................................73 第二節 基地保水指標公式原理...............................................78 第三節 基地保水指標-透水性鋪面公式適用性評估 .............81 第四節 綠建築透水性鋪面保水量計算公式修正之建議 ......98 第五章 案例研討與分析 ......................................................................101 第一節 案例分析.....................................................................101 第二節 案例研討.....................................................................106 第六章 結論與建議 ..............................................................................107 第一節 結論.............................................................................107 第二節 建議.............................................................................108 附錄一 審查會議紀錄及處理情形 ......................................................109 附錄二 綠建築標章保水指標案例 ......................................................113 附錄三 基地保水評估試算程式解說 ..................................................117 參考書目.................................................................................................123 I.
(4)
(5) 表次. 表次 表 2.1 雨水處理預期效果 ......................................................................15 表 2.2 各國綠建築評估指標內容之比較 ..............................................24 表 2.3 交通部中央氣象局新修訂之「大雨」及「豪雨」定義 ..........25 表 2.4 法制化降雨分區容量設計對照表 ..............................................26 表 3.1 排水孔隙情形 ..............................................................................41 表 3.2 程式輸出結果 ..............................................................................45 表 3.3 不同透水面積對應保水量之關係 ..............................................46 表 3.4 不同k值影響保水量之ANOVA統計分析..................................48 表 3.5 不同洩水坡度影響保水量之ANOVA統計分析 ........................48 表 3.6 不同降雨強度影響保水量之ANOVA統計分析 ........................49 表 3.7 不同底層厚度影響保水量之ANOVA統計分析 ........................50 表 3.8 不同底層厚度影響保水量之ANOVA統計分析 ........................50 表 3.9 不同k值影響保水量之ANOVA統計分析..................................51 表 3.10 不同k值影響直接入滲量之ANOVA統計分析........................52 表 3.11 不同洩水坡度影響保水量之ANOVA統計分析 ......................52 表 3.12 不同洩水坡度影響直接入滲量之ANOVA統計分析..............53 表 3.13 不同降雨強度影響保水量之ANOVA統計分析 ......................54 表 3.14 不同降雨強度影響直接入滲量之ANOVA統計分析..............55 表 3.15 不同底層厚度影響保水量之ANOVA統計分析 ......................56 表 3.16 不同底層厚度影響直接入滲量之ANOVA統計分析..............56 表 3.17 不同底層厚度影響保水量之ANOVA統計分析 ......................57 表 3.18 不同底層厚度影響直接入滲量之ANOVA統計分析..............57 表 3.19 多重比較分析表(洩水坡度)......................................................58 表 3.20 多重比較分析表(孔隙率)..........................................................58 III.
(6) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. 表 3.21 多重比較分析表(降雨強度)......................................................59 表 3.22 ANOVA分析結果 .......................................................................60 表 3.23 迴歸統計量 ................................................................................60 表 3.24 新店實驗區基本參數 ................................................................61 表 3.25 模擬無基底層排水(降雨強度 75 mm/hr)................................61 表 3.26 模擬有基底層排水(降雨強度 75 mm/hr)................................62 表 3.27 模擬無基底層排水(降雨強度 117 mm/hr)..............................62 表 3.28 模擬無基底層排水(降雨強度 117 mm/hr)..............................63 表 3.29 模擬無基底層排水(降雨強度 149 mm/hr)..............................63 表 3.30 模擬有基底層排水(降雨強度 149 mm/hr)..............................64 表 3.31 透水鋪面無基底層排水之土壤含水量(降雨強度 75 mm/hr)66 表 3.32 透水鋪面無基底層排水土壤含水量(降雨強度 117 mm/hr)..66 表 3.33 透水鋪面無基底層排水土壤含水量(降雨強度 149 mm/hr) .67 表 3.34 透水鋪面有基底層排水土壤含水量(降雨強度 75 mm/hr)....68 表 3.35 透水鋪面有基底層排水土壤含水量(降雨強度 117 mm/hr)..68 表 3.36 透水鋪面有基底層排水土壤含水量(降雨強度 149 mm/hr) .69 表 3.37 有無基底層排水保水量比較 ....................................................70 表 3.38 ANOVA檢定(有基底層排水)-1 .................................................70 表 3.39 ANOVA檢定(有基底層排水)-2 .................................................71 表 3.40 ANOVA檢定(無基底層排水).....................................................71 表 4.1 都市各種土地使用分區不透水表面率比較表 ..........................73 表 4.2 統一土壤分類與土壤最終入滲率及土壤滲透係數對照表 ......80 表 4.3 土壤滲透係數k值簡易對照表 ....................................................80 表 4.4 各現地透水鋪面底層孔隙率 ......................................................86 表 4.5 基地保水指標通過條件表 ..........................................................97. IV.
(7) 表次. 表 4.6 統一土壤分類法與乾密度關係參考表 ......................................99 表 4.7 統一土壤分類與土壤最終入滲率及孔隙率對照表 ................100 表 4.8 各年度綠建築標章審查通過件數 ............................................106. V.
(8) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. 圖次 圖 1.1 研究架構 ........................................................................................3 圖 2.1 排水性鋪面排水路徑 ....................................................................5 圖 2.2 透水性鋪面水分滲透路徑 ............................................................6 圖 2.3 一般鋪面、排水性、透水性鋪面之比較 ....................................7 圖 2.4 一般保水性鋪面示意圖 ................................................................7 圖 2.5 透水設計最大流出比性能指標流程圖 ......................................11 圖 2.6 透水鋪面雨水暫時貯留性能指標流程圖 ..................................12 圖 2.7 滲透及貯留設施分類 ..................................................................13 圖 2.8 透水性鋪面常用雨水處理方法 ..................................................14 圖 2.9 非透水性鋪面常用雨水處理方法 ..............................................14 圖 2.10 台灣地區法制化降雨類型分區圖 ............................................26 圖 2.11 美國陸軍工兵團水文模型系統 ................................................29 圖 2.12 FHWA都市排水設計程式 .........................................................29 圖 2.13 透水鋪面專家諮詢系統 ............................................................30 圖 2.14 地文條件評量 ............................................................................31 圖 2.15 人文條件評量 ............................................................................31 圖 2.16 水文條件評量 ............................................................................32 圖 2.17 透水性鋪面適用性評估結果 ....................................................32 圖 2.18 人行道案例設計參數 ................................................................33 圖 2.19 人行道案例斷面設計 ................................................................33 圖 2.20 材料廠商資料庫查詢系統 ........................................................34 圖 2.21 材料規範程式選擇介面 ............................................................35 圖 2.22 施工示範影片選擇介面 ............................................................35 圖 2.23 成本預算編制輸入項目 ............................................................36 VI.
(9) 圖次. 圖 2.24 成本預算編制系統輸出結果 ....................................................36 圖 3.1 PCSWMM透水模型 ....................................................................38 圖 3.2 PCSWMM排水型態 ....................................................................38 圖 3.3 PCSWMM參數輸入流程圖 ........................................................39 圖 3.4 單位選擇輸入 ..............................................................................39 圖 3.5 面層參數輸入 ..............................................................................40 圖 3.6 透水鋪面透水參數輸入 ..............................................................41 圖 3.7 鄰近鋪面參數輸入 ......................................................................41 圖 3.8 底層參數輸入 ..............................................................................42 圖 3.9 排水型態與路基層土壤種類輸入 ..............................................43 圖 3.10 雨量資料輸入 ............................................................................44 圖 3.11 輸入成功圖形.............................................................................45 圖 3.12 輸出分析圖形 ............................................................................45 圖 3.13 PCSWMM程式模擬流程圖 ......................................................47 圖 3.14 模擬無基底層排水保水量(降雨強度 75 mm/hr)....................61 圖 3.15 模擬有基底層排水保水量(降雨強度 75 mm/hr)....................62 圖 3.16 模擬無基底層排水保水量(降雨強度 117 mm/hr)..................62 圖 3.17 模擬無基底層排水保水量(降雨強度 117 mm/hr)..................63 圖 3.18 模擬無基底層排水保水量(降雨強度 149 mm/hr)..................63 圖 3.19 模擬有基底層排水保水量(降雨強度 149 mm/hr)..................64 圖 3.20 新店實驗區模擬降雨實驗流程 ................................................65 圖 3.21 無基底層排水土壤含水量變化(降雨強度 75 mm/hr)............66 圖 3.22 無基底層排水土壤含水量變化(降雨強度 117 mm/hr)..........67 圖 3.23 無基底層排水土壤含水量變化(降雨強度 149 mm/hr)..........67 圖 3.24 有基底層排水土壤含水量(降雨強度 149 mm/hr)..................68. VII.
(10) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. 圖 3.25 有基底層排水土壤含水量(降雨強度 117 mm/hr)..................69 圖 3.26 有基底層排水土壤含水量(降雨強度 149 mm/hr)..................69 圖 4.1 基地保水說明圖 ..........................................................................75 圖 4.2 透水鋪面示意圖 ..........................................................................76 圖 4.3 儲留滲透空地 ..............................................................................77 圖 4.4 地下礫石儲留滲透 ......................................................................78 圖 4.6 最終入滲率 10-7 時透水鋪面與空地面積比對時間之影響.....84 圖 4.7 最終入滲率 10-6 時透水鋪面與空地面積比對時間之影響.....85 圖 4.8 最終入滲率 10-5 時透水鋪面與空地面積比對時間之影響.....85 圖 4.9 最終入滲率 10-4 時透水鋪面與空地面積比對時間之影響.....85 圖 4.10 各現地透水鋪面斷面圖 ............................................................87 圖 4.11 最終入滲率為 10-7 時之影響.....................................................88 圖 4.12 原始土壤滲透率 10-6 時孔隙率與級配層厚度之影響 ............88 圖 4.13 原始土壤滲透率 10-5 時孔隙率與級配層厚度之影響 ............89 圖 4.14 原始土壤滲透率 10-4 時孔隙率與級配層厚度之影響 ............89 圖 4.15 透水鋪面與空地面積比影響圖 ................................................90 圖 4.16 原始土壤滲透率 10-7 時透水鋪面設計對基地保水指標影響 91 圖 4.17 原始土壤滲透率 10-6 時透水鋪面設計對基地保水指標影響 91 圖 4.18 原始土壤滲透率 10-5 時透水鋪面設計對基地保水指標影響 92 圖 4.19 原始土壤滲透率 10-4 時透水鋪面設計對基地保水指標影響 92 圖 4.20 原始土壤滲透係數 10-7 cm/s時花園土壤貯留設計之影響 ....94 圖 4.21 原始土壤滲透係數 10-6 cm/s時花園土壤貯留設計之影響 ....95 圖 4.22 原始土壤滲透係數 10-5 cm/s時花園土壤貯留設計之影響 ....95 圖 4.23 原始土壤滲透係數 10-4 cm/s時花園土壤貯留設計之影響 ....96. VIII.
(11) 摘要. 摘要 關鍵字：透水性鋪面、基地保水指標、綠建築 一、研究緣起 過去的建築開發常採用不透水設計，使得大地喪失良好滲透吸水、涵養保水 之能力，因此剝奪了土壤內微生物之生存條件，降低了大地滋養植物的能力。此 外，過去都市防洪的觀念，是希望將雨水儘速排除，正因如此，造成都市公共排 水設施莫大的負擔，每逢颱風、豪雨，都市近郊低窪地區必定因匯集各地雨水一 時無法完全排出而造成淹水現象發生。在綠建築九大指標中有鑑於上述之問題， 基地保水指標即為其中一專門評估基地保水效益之指標，希望藉由其基地保水之 效用減少上述問題之產生。. 二、研究方法及過程 本研究針對建築基地保水量中之透水性鋪面保水量，利用軟體 PCSWMM 配 合不同影響因子降雨強度、孔隙率、面層滲透率、坡度及保水層厚度進行各不同 保水量之研究與分析，探討各參數對保水量之影響，最後再與本研究團隊所收集 之現地保水績效資料庫進行驗證，並針對其結果進行修改，以更接近現地之實際 狀況，以供未來工程師以及相關單位應用。 三、重要發現 經由 PCSWMM 程式模擬分析研究成果可發現各影響保水量因子之敏感度 分析上，底層孔隙率最具有影響，且降雨強度小於 60mm/hr 時對保水量皆具影 響，而透水性鋪面之洩水坡度並無顯著之影響。於原建築基地保水指標之透水性 鋪面保水量公式應參考鋪面形式分為有基底層排水 Q=k×A×t+Vs×n 與無基底層 排水 Q=Vs×n 分別計算，其中孔隙率應配合統一土壤分類法之乾密度轉換之孔隙 率計算之。. IX.
(12) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. 四、主要建議事項 立即可行之建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：國立中央大學土木系 1. 透水性鋪面保水量公式計算時，土壤孔隙率 n 值之計算影響指標甚大，因 此 n 值計算確實須以實際鑽探結果進行計算。針對土壤入滲率及孔隙率， 提供圖表以簡化運算公式，提供使用者一個容易查詢之圖表。 長期性建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：國立中央大學土木系 1. 於基地保水設計時，可依據現地入滲率而進行設計不同種類之設置及調 整；於入滲率低時，可考慮底層之摻配以提升孔隙率增加保水量。 2. 在透水性鋪面觀測方面，本研究僅針對保水量進行研究及探討，建議考慮 以區域降雨強度進行設計，並配合保水量做一完整的透水性鋪面觀測。. X.
(13) 摘要. Abstract Keywords：Permeable pavement, Soil water content index, Green building 1. The cause of study Develop and often adopt the waterproof design in the past building, make the earth lose and permeate, Soil water content the ability of water well. So deprive the existence condition of the microorganism in the soil, the ability to reduce the earth and nourish the plant. In addition, the idea that the city prevented flood in the past, hoping to get rid of the rainwater as quickly as possible, just because of this, cause the greatest burden of the public pumping equipment of city, whenever the typhoon, torrential rain, the low-lying areas of suburbs in the city will certainly be caused by that the rainwater is unable to totally discharge for the moment and flooded water phenomenon to take place. Because above-mentioned problem among green building nine great indicator, Soil water content index whether among them one assess Soil water content of benefit specially. Hoping to reduce above-mentioned problems with the utility that the Soil water content. 2. The method of study and process This research is to the amount of soil water content of permeable pavement in the amount of soil water content of the base, utilize software PCSWMM to cooperate with different influence factor in rainfall intensity , hole rate, permeable rate of top of pavement, slope and the thickness of layer of soil water content on variant research and analysis of soil water content quantity, probe into every parameter to soil water content quantity. water of quantity, protect ink performance database is it prove to go on now with this research what group collect afterwards, and revise to its result, in order to be closer to the real state now, for the engineer and relevant unit's application in the future. 3. The important discovery Analyse via the procedure simulation of PCSWMM the research results can find that each influence and the susceptibility that soil water content measures the factor is analysed, the hole rate of ground floor has influence most. The rainfall intensity all influences the amount of soil water content while smaller than 60mm/hr, XI.
(14) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. but there is no apparent influence in the slope of sluicing of permeable pavement. The formula of amount of soil water content of permeable pavement of soil water content index on the original base, should consider form of pavement and divide into for have base ground floor to drain off water Q=k×A×t+Vs×n and have no base ground floor to drain off water Q=Vs×n difference calculate. The hole rate should cooperate with unified soil classification system to calculate.. XII.
(15) 第一章 緒論. 第一章 緒論 第一節 研究目的 過去都市防洪的觀念主要是以將雨水盡速排除為原則，因此每逢颱風、豪 雨，都市近郊低窪地區必定因匯集各地雨水，一時無法完全排出而造成淹水現象 發生。然而不透水的鋪面設計更是加重都市排水之莫大負擔，同時因不保水之鋪 面設計，使土地失去了蒸發水分、釋放潛熱，進而調節氣候之功能，甚至引發居 住環境日漸高溫化之「都市熱島效應」。 目前國內建築相關研究單位本著以人類健康舒適為基礎，追求與地球環境共 生共榮，及人類生活環境永續發展之理念發展出綠建築九大指標。其中基地保水 指標即為其中一專門評估基地保水效益之指標，希望藉由基地保水之效用促進大 地水循環能力、改善生態環境、調節微氣候、緩和都市氣候高溫化現象。然而其 基地保水指標中其保水量之計算方法與採用參數，是否真正適用於現地保水績效 評估，在國內目前雖有研究單位對其進行探討，然而其多以現地實驗與現地資料 收集的方式進行之，鮮少以理論做為出發點，針對其影響參數與特性進行探討。 本研究依據不同透水性鋪面之設計參數(例如：鋪面材質、基地形式及保水厚 度)，藉由試驗區配合PCSWMM軟體進行各參數對保水量敏感度之分析。. 第二節 研究方法及過程 在研究方法上，首先蒐集國外有關綠建築標章文獻、案例、使用情形進行彙 整歸納，並結合國內綠建築九大指標做一比較參考。接下來蒐集國內基地保水指 標相關研究及論文作為一參考，並且針對國內基地保水指標公式做一適用性分析 及探討，藉以找出透水性鋪面保水量之相關影響參數，其中在此部分進行實驗區 試驗，以驗證各參數之適用性，再配合PCSWMM程式模擬分析各項參數。彙整 實驗區試驗數據及PCSWMM程式模擬結果進行透水性鋪面保水量敏感度之研 究。. 1.
(16) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. 第三節 研究內容 以不同降雨強度進行透水鋪面性能分析。透水鋪面之性能除受入滲率影響 外，降雨之特性亦為主要影響因素，故針對區域降雨特性對於透水鋪面之性能進 行探討，以作為將來實際設置之依據。探討不同透水鋪面之設置影響因素，並考 慮逕流、入滲等各項影響因素作敏感度分析，以利透水鋪面配合現地狀況完全發 揮其最大保水功能。本研究內容主題如下: 1.基地保水指標計算方法與適用性探討 2.PCSWMM程式模擬，建立一透水性鋪面保水量資料庫 3.利用模擬降雨架調整不同降雨強度，觀測其對透水性鋪面保水入滲所造成 的影響。 4.透水性鋪面不同因子敏感度之分析探討。. 第四節 研究步驟 為了解透水鋪面保水量之研究工作，本研究步驟如下: 1.文獻回顧 目前綠建築九大指標中之基地保水指標已運作多年，但其中運算的公式是 否正確，仍存有疑慮，因此針對基地保水指標的相關理論進行分析與探討，並 針對國外的研究及相關計算軟體做一歸納及整理。 2.實驗研究與軟體相輔助 本研究係以新店透水鋪面實驗區做為主要實驗鋪面，利用其設備量測出之 逕流量、入滲量及土壤含水量等數據，並將其實驗數據與PCSWMM程式模擬 結果做一比較與修正。 3.透水性鋪面保水量敏感度分析 由新店透水鋪面實驗區試驗數據與PCSWMM程式模擬結果找出影響透水 性鋪面保水量之重要因子，再者改變各參數值做一敏感度分析。並設計模擬現 地降雨強度之試驗，進行各斷面之實際保水及滲透性之驗証。 4.透水性鋪面保水量計算系統之建置 利用本研究成果，建立一透水性鋪面保水量之計算程式，以供大眾及設計 者直接使用。. 2.
(17) 第一章 緒論. 第五節 研究架構. 圖1.1 研究架構 資料來源：本研究整理. 3.
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(19) 第二章 文獻回顧. 第二章 文獻回顧 第一節 鋪面型式 一、排水性鋪面 傳統的瀝青混凝土面層，不論採用密級配或粗級配，原則上是不允許水份滲 透的；惟於1987年時，日本為改進賽車競技場鋪面天雨濕滑之缺失、增加安全性 等緣由，乃於「東京都」率先使用所謂的「多孔隙瀝青混凝土鋪面」，由於功效 卓著，至1999年12月止，日本已累積了1000萬平方公尺以上的施工實績，且日本 道路學會自1992年起，積極蒐集資料、召開審查、編定等會議，已於1996年11 月制訂完成「排水性鋪裝技術指針(案)」乙書。 排水性鋪面為發揮良好之排水功能，且雨水不致滲透而軟弱路基，排水層下 應有一不透水層(一般採用密級配瀝青混合料)，並應有良好坡度及平整度以利迅 速排水，圖2.1 為排水性鋪面排水路徑設計例，惟空隙率及排水能力會隨時間因 車輛碾壓及灰塵或石屑堵塞而降低，若黏層設計及施工不當，也可能造成排水層 與不透水層之結合面剝脫及鬆散。. 圖2.1 排水性鋪面排水路徑 資料來源：黃博仁，2001。. 二、透水性鋪面 透水性鋪面其在透水級配層上鋪設多孔隙瀝青混凝土，使降落於鋪面上之雨 水能完全滲入土壤，所以在多孔隙瀝青混凝土下設置透水層，避免採用不透水的 黏層。因雨水通過鋪面直接滲入路基，會使路基土含水量增大而變軟。但據日本 東京市建設局追蹤調查發現，路基土壤並沒有因為其含水量增高而有變軟的傾 向，其主因係此種鋪面均鋪築於人行道停車場及交通較少之車道，因此目前透水 5.
(20) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. 性鋪面適用對象為人行道停車場及輕交通量車道，相當於國內五、六級路之縣鄉 專用道路及社區道路，集水區內之道路一般車流量不高，故採用透水性鋪面，應 可承受交通荷重。而透水性鋪面，一來可以保水，以利涵養水份，再來因為增加 其土壤的保水面積，對於台灣的熱島效應可以降低其影響程度。圖2.2為透水性 鋪面水分滲透路徑。. 圖2.2 透水性鋪面水分滲透路徑 資料來源：透水性鋪裝，1991。. 三、排水性鋪面與透水性鋪面比較 排水性鋪面與透水性鋪面均有各自適用的特性，其共同的特點如下： 1.排水性鋪面與透水性鋪面其面層均使用較大孔隙率的多孔隙瀝青混凝 土，所以具有良好的滲透性能。 2.使降落於鋪面上之雨水能迅速排除，可防止車輛雨中打滑，並降低水珠飛 濺及水霧現象。 3.降低熱島效應，減少能源消耗 4.減輕排水設施負擔，進而減少排水設施建造費用。 至於排水性鋪面與透水性鋪面相異點則為： 1.排水性鋪面面層之下使用透層或黏層形成一不透水層，避免水份滲入路基 土壤中，透過鋪面坡度將雨水排至排水溝，因此可使路基維持一定的強 度，此鋪面才可適用於交通量較高的道路上。 2.透水性鋪面不使用透層或黏層，使雨水能滲入路基土壤中，因此達到涵養 水源的目的，但由於雨水儲存於土壤中，其強度較一般道路或排水性鋪面 為低，故此鋪面大部分適用於低交通量道路、人行道、停車場等。 6.
(21) 第二章 文獻回顧. 3.在功用上，排水性瀝青混凝土鋪面可以用於高交通量之道路上，降雨時減 少水霧現象增加行車安全，還可減少噪音。透水性鋪面目前雖還沒運用在 高交通量之道路上，但對於環境之保水減少熱島效應，是目前現今最重要 的方向。 4.多孔隙瀝青混凝土鋪面將使用黏性較強的瀝青材料，透水性則不一定需使 用。 5.透水性鋪面對滲透性能特別講求，因此基底層、路基需特別考慮此條件。 圖2.3為一般鋪面、排水性、透水性鋪面之比較圖。 6.透水性鋪面之保水程度可以區分為排水、半保水、全保水。依不同地區之 地質，而有不同之設計方式。圖2.4為一般保水性鋪面示意圖。 降 雨. 降 雨. 降 雨. 滲透. 排水 瀝青面層 排水. 瀝青底層. 路基底層. 透水性鋪面. 一般鋪面. 排水性鋪面. 圖2.3 一般鋪面、排水性、透水性鋪面之比較 資料來源：葉銘欽，2006。 降雨. 涇流. 降雨. 降雨. 透水性 面層. 透水性 面層. 透水性 基底層. 涇流. 透水性 基底層. 排水. 滲透. 滲透. 不透水 路基土壤. 滲透. 滲透. 滲透. 滲透. 不透水 基底層. 透水性 面層. 不透水 路基土壤. 半保水. 透水 路基土壤. 全保水. 圖 2.4 一般保水性鋪面示意圖 資料來源：葉銘欽，2006。. 7.
(22) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. 四、影響滲透及保水之因子 影響滲透及保水量之因子繁多，且彼此互為因果關係，茲列述如下： 1.降雨特徵： 當雨量強度低於入滲率時，所有降水全部入滲，地面將無逕流，該時之降 雨強度即為入滲率。當降雨強度超過滲透率時，地表有逕流，惟此時雨量 強度與入滲率之關係不十分顯著。降雨強度甚大時，降雨驟急，打擊表土， 所攜能量常將地表細粒土壤或植物種子播送空中，隨之再落下流入土壤孔 隙中，充塞其間，減低滲透率。 2.土壤種類： 土壤種類不同，其顆粒大小自不相同，其間孔隙亦隨之而異。土粒大者， 空隙率反而較小，但孔隙大者，其滲透量自然較快，反之則否。 3.土壤含水量： 土壤含水量隨土壤種類不同而異，同一土壤因時間不同其含水量亦異。一 般言之，含水量與入滲量互為消長，尤以降雨初期時為然。土壤含水量影 響滲透量依以下方式：(1)當降雨開始時，如臨前土壤條件(Antecedent soil condition)為乾燥時，由於向下毛細管力與地心吸力影響會發生甚大之滲透 量。(2)土壤含水量增加時，土壤孔隙水分增加，減低滲透量。土壤水分增 加時，另土壤原有之膠體膨脹，間接減少滲透量。 4.土壤化學作用： 土壤中如含有大量溶解度高之物質會形成孔隙，增加滲透。然有時某類土 壤經長期雨水侵蝕，使原有粒狀碎成粉末，阻礙孔隙，減少滲透。 5.土壤內膠質物： 土壤多少含有極細顆粒之膠質物，水浸入膠質物中，發生體積膨脹作用， 所有孔隙將會被填滿，水分子不易流動，滲透量即減少。 6.生物作用： 此作用所引起滲透量之變化，乃微生物於潮濕之環境下滋生為主，此類微 生物可能將土壤孔隙阻塞減少滲透。植 物繁生之處，生成代謝，土壤中孔 隙密集，滲透率極為強大。 7.地形： 凡增加逕流之因子皆可減少入滲量。依據水力學原理，地形坡度大者，必 然使逕流加速，減少滲透之機會。反之，平坦之地面，滲透量必較大矣。 8.
(23) 第二章 文獻回顧. 8.土地利用： 人類對土地利用常可改變土壤結構。新耕之土壤，由於孔隙率增加，可含 蓄大量水分，即可增加滲透量。 9.土壤空氣含量： 土壤中孔隙在空氣層中常含有部份空氣，減少入滲通路，故滲透率因土壤 空氣含量增多而減少。 10.水質： 入滲水如攜帶細土或污泥會阻塞滲透路，減少滲透量。滲透水如被鹽類 污染亦會影響滲透。 11.溫度： 溫度影響粘滯性(Viscosity)，故亦影響水之滲透率。. 9.
(24) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. 第二節 日本透水性鋪面設計 日本車道透水性鋪面設計，其目標為達成逕流量之減少，先行選定鋪設之材 料再決定鋪面斷面的計算與修正。 為使減緩都市洪水，以最大流出量比(最大逕流量/最大雨量)作為透水鋪面設 計之原則，此性能指標以降雨後減少逕流之成效進行評估。 設計考慮因子： (1)最大流出比：為最大逕流量與最大降雨量之比值，依「構內舖裝．排水設計 基準」(日本國土交通省大臣官房庁營繕部建築課監修，(社)公共 建築協會)提供透水性鋪面的流出係數為0.3~0.4。 (2)雨型：依據不同區域降雨之特性，以降雨量與時間之關係求得降雨強度曲 線，其中a、b、n為係數依區域而不同。 r t = a/ (tn+b) r t：降雨強度(mm/hr)，t：降雨延時(hr) (3)水位圖：水位圖為單位面積的流量與時間關係以圖型表示之圖，在透水設計 以合理式製作水位圖。 (4)計畫雨水處理量：透水鋪面斷面計畫雨水處理量計算如下 Q0= (0.1i-3600k) (t/60) /100 Q0：計畫雨水處理量， i：降雨強度(mm/hr)，k：基層透水係數(cm/s)， t：連續降雨延時(min) (5)雨水暫時貯留可能量：鋪面斷面雨水暫時貯留量計算式如下 n. Q = ∑ ( Hi /100)(Vi /100) i =1. Q ：鋪面內雨水暫時貯留可能量(m3/m2)， Hi ：各層厚度(cm)， Vi ：各層連續孔隙率(％)，n：鋪面結構層數. 10.
(25) 第二章 文獻回顧. 以鋪面的雨水流出抑制性能進行目標設計 (最大流出量比、流出係數). 現地調查 (路床、地盤的透水性). 檢討透水 性鋪面之 流水抑制 性能. 透水性鋪面種類的決定. 以鋪面的觀點進行耐久性設計 (厚度). 暫定鋪面構造. 對策. 根據水收支計算出單位面積的流出水量. 經公式算出鋪面之最大流出雨水量並製作流出水位圖 YES. 是否滿足設計流出抑制性能. NO. YES NO 根據成本面是否為最適合之排水鋪面. 決定鋪面構造. 圖 2.5 透水設計最大流出比性能指標流程圖 資料來源：透水性鋪裝設計，2007。. 11.
(26) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. 圖 2.6 透水鋪面雨水暫時貯留性能指標流程圖 資料來源：透水性鋪裝設計，2007。. 12.
(27) 第二章 文獻回顧. 浸透･貯留設施的設計 浸透･貯留設施以下圖樣式分類，關於地下浸透設施的設計參照｢雨水浸透設 計技術指針｣、｢道路路面雨水處理手冊｣。而浸透･貯留設施不只幫助透水性鋪面 的雨水流出抑制效果，也可將雨水暫時貯留在鋪面內並排出。 浸透溝槽：在切削好之溝內填充碎石，並在其中鋪設浸透管(有孔或透水性 之管)，將雨水從碎石的側邊及底面浸透到地下的設施。 浸透槽：在槽周圍填充碎石，將集中的雨水透過透水性或有孔之側面或底面 浸透至地下設施。 浸透側溝：在側溝周圍填充碎石，將雨水透過透水性或有孔之側面或底面 浸透至地下設施。. 設施名稱. 浸透、貯留 設施. 功能. 地下浸透 設施. 浸透溝槽 浸透槽 浸透側溝. 暫時貯留 地下浸透. 地下貯留 設施. 貯留箱. 地下浸透. 地上貯留 設施. 貯留池. 暫時貯留. 圖 2.7 滲透及貯留設施分類 資料來源：透水性鋪裝設計，2007。. 13.
(28) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. 表層. 表層. 底層. 底層. 基層. 不透水層. (滲透). 滲透層. A：基層入滲型. 表層. B：貯留型+滲透設施. 表層. 底層. 底層 貯留層. 基層. 基層. (不滲透) (不滲透). C：貯留型. D：貯留型+貯留分層. 表層 底層 基層. (不滲透). E：貯留型+貯留設施. 圖 2.8 透水性鋪面常用雨水處理方法 資料來源：透水性鋪裝設計，2007。. 滲透設施. 貯留設施. 圖 2.9 非透水性鋪面常用雨水處理方法 資料來源：透水性鋪裝設計，2007。. 14.
(29) 第二章 文獻回顧. 表 2.1 雨水處理預期效果 雨水滲透、貯留效果 道路路面雨水處理方案. 透水性鋪面. 非透水性鋪面 路面雨水處理. 減少逕流 地下水涵養 安全性與 效果 與生態改善 環境改善. A. 基層入滲型. ○. ○. ○. B. 貯留型+滲透設施. ○. ○. ○. C. 貯留型. ○. ×. ○. D. 貯留型+貯留分層. ○. ×. ○. E. 貯留型+貯留設施. ○. ×. ○. F. 滲透設施. ○. ○. ×. G. 貯留設施. ○. ×. ×. 資料來源：透水性鋪裝設計，2007。. 第三節 國內外綠建築評估指標 一、國外綠建築評估指標. 1. LEED系統(Leadership in Energy and Environmental Design) 能 源 與 環 境 設 計 導 則 LEED 是 由 美 國 非 營 利 團 體 的 美 國 綠 色 建 築 協 會. USGBC所倡導的評估法，由BREEAM發展而成，其評估系統目的在提供非住宅 建築環保性能之標準化查核工具。其評估內容主要涵蓋下列五個大項：. (1)永續基地環境(Sustainable Sites) a.必要條件：避免基地浸蝕及作好水土保持 b.基地之選址避免造成環境衝擊 c.基地之選址能與既有之都市系統配合者 d.重新開發曾經受污染的區域，並達土地環境標準 e.交通運輸設備之場址時及選項 f.減少對週邊環境之干擾 g.減少洪害發生能力 h.降低熱島效應之危害時 i.能減少光害產生者 (2)節水效益(Water Efficiency) a.能降低水資源之使用量 b.具備廢水處裡設施者 15.
(30) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. c.具節水處裡設施時 (3)能源效率(Energy & Atmosphere) 必要條件：建築基本單元系統及設備操作之認證 必要條件：需達到最低能源效益之要求認證(必要) 必要條件：新建物勿使用CFC冷煤，若為既有建物則減少CFC冷煤使用. a.能源效率最佳化 b.再生能源使用 c.具備完善的能源管理計畫者 d.空調、冰箱及滅火等設備均未使用致臭氧層破壞之氣體(如 HCFC等) e.建築設置有水及能源之監測系統者 f.具有再生能源使用管理者 (4)材料和資源(Materials & Resources) 必要條件：設置玻璃、廢紙、塑膠及金屬的資源收集站，並進行資源回收. a.舊有建築物再利用比率優良者 b.施工廢棄物管理優良者 c.資源再利用優良者 d.建材可回收比例優良者 e.使用當地材料比例優良者 f.使用可快速更新材料佔總材料5%以上時 g.使用經認證之木材比例達50%以上時 (5)室內環境品質(Indoor Environmental Quality) 必要條件：需達到最低室內空氣品質之要求認證 必要條件：需具環境煙害控制設施. a.室內具二氧化碳量控制者 b.機械通風效率或自然通風佳者 c.建築施工中及完工後具室內空氣品質管理者 d.採用低揮發性建材者 e.室內化學及空氣污染物質控制佳者 f.室內控制系統能力佳時 g.溫溼度舒適度佳時 h.自然光源與景觀佳者 16.
(31) 第二章 文獻回顧. (6)創新及設計流程(Innovation & Design Process) a.具有創新之設計流程，但未包含在LEED上述項目者 b.具有經LEED專家認證之專家參與者 2. 英國BREEAM系統(Building Research Establishment Environmental Assessment Method) 英國建築研究所 BRE 從 1990 年起便開始研究發展關於各種不同建築類型的 環境影響評估法，進而建立起 BREEAM 評估工具。其評估項目主要根據(1)能源. (2)運輸(3)污染(4)建材(5)水資源(6)土地使用與生態價值(7)健康與福祉七大議題 來評分，另辦公類建築尚包含管理的評定；其評估的對象有辦公建築、住宅、工 廠、集合店舖等。其評估內容，概述如下：. (1)管理(Management) 對於使用商家有簽約以維持綠建築品質；對使用者則提供非技術性的相 關資訊。. a.是否有設立能源及CO2排放自動監測系統。 b.是否有作營建廢棄物的控制、分類及回收；具降低空氣污染的方法。 c.建造期間使用之木構材，為再生建材或可循環使用。 (2)健康及福祉(Health and well-being) a.冷卻水塔規劃在易清理、維護、更新的位置；冷卻水塔的退伍軍人菌 符合要求。. b.至少有 5％以上窗戶為可開窗，且具通風效果並平均分配於立面。 c.不管是機械通風或自然通風，皆符合通風基準；具有引進外氣裝置，避 免污染。. d.能引入自然光源，及具適當視野。 e.具照明控制系統，高頻安定器及適當照度。 f.室內容許噪音，依空間大小及性質分為三個等級評估。 (3)能源(Energy) a.具有電力計量的設施及安全保護措施。 b.耗電負荷(kwh/m2/year)。 c.CO2排放量：從145～0 kg/CO2 /m2/year 分十個等級作評估。 (4)運輸(Transport) a.建築物所在區位。 17.
(32) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. b.運輸計畫的實踐性。 c.具有良好的公共運輸接駁系統。 d.具騎踏車停放設施。 (5)水資源(Water) a.依每人每年消耗的水量分三個等級作評估。 b.具有輸送水量的計測及滲漏水的偵測設施。 c.廁所用水器具有節水控制。 (6)建材(Material and waste) a.在新建築物的構造體及電梯等空間，未使用石棉材。 b.具有資源回收材料的貯集空間或提供資源回收的途徑。 c.主要建築單位使用之材料，具有綠色評估說明，其分別在天花板、外 牆、屋頂、窗戶部份分別計入。. d.建築物構造體或立面裝飾材一定比例使用可回收建材或再生建材。 e.受污染的基地，經過清理及相關檢測，具證明其符合規定。 (7)土地使用與生態價值(Landuse and Ecology) a.基地的生態價值改變，從消極的變化至積極的改變分五個等級評估。 b.是否有經過及採行保育團體的評估及建議。 c.是否有將大樹、窪地、池塘保留下來；及採取措施，以保護多種生物 存在。. (8)污染(Pollution) a.防止酸雨，採用低NOx鍋爐，從40～140mg/kwh範圍分四個等級評分。 b.冷凍劑未使用破壞臭氧層的氣體。 c.雨水貯集設施和保水技術可減少尖峰降雨的50％逕流。 d.是否有油脂截留槽或過濾器。 e.在暖氣或用電上，至少有10％之用電來源為區域的再生能源。 3. 加拿大GB TOOL 加拿大從1998年起領導一個由十九個國家共同組成參與，稱之為綠建築挑戰. GBC(Green Building Challenge)國際會議，該會議目的在於發展與建立一套新的 環境評估系統。該套評估系統之發展考慮反應各個不同地區與國家所重視的優先 課題、技術、建築傳統，甚至是文化價值觀。GBC會議中使用的評估系統稱之為. GB Tool，其乃是一套整體建築環境評估方法，希望能適合不同國家條件。其評 18.
(33) 第二章 文獻回顧. 估內容主要涵蓋下列七項：. (1)資源消耗( Resource Consumption) a.生命週期一次能源使用量 b.土地使用效益及品質 c.飲用水淨消耗量 d.舊有建築重新使用及營建廢棄物回收 e.營建廢棄物回收使用量及品質 (2)負荷(Loadings) a.溫室氣體逸散量 b.使臭氧層減少之物質逸散量 c.導致酸雨之氣體逸散量 d.形成光氧化作用物質逸散量 e.潛在磷氮污染物質逸散量 f.固體廢棄物 g.液體污染物 h.危害性廢棄物 i.土地與相鄰資產的環境衝擊 (3)室內環境品質(Indoor Environmental Quality) a.空氣品質與通風換氣 b.熱舒適 c.晝光利用與照明 d.噪音與聲學 e.電磁波污染 (4)服務品質(Service Quality) a.適應性與彈性 b.系統可管理性 c.性能維護性 d.陽光及視野可及性與私密性 e.地區發展及舒適之品質 f.土地與相鄰資產的服務品質衝擊性 (5)經濟性(Economics) 19.
(34) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. a.經濟性能 (6)運轉前置計畫(Pre-Operations Management) a.營建程序計畫 b.性能調整 c.建築物運轉計畫 (7)交通(Commuting Transport) 4. 日本CASBEE (Comprehensive Assessment System for Building Environmental Efficiency) 日本原有針對環境負荷的AIJ-LCA評估系統(1998年)與針對住宅的環境共生 住宅評估法(1998年)，而近年來因各國相繼推出綠建築評估指標，乃跟隨潮流於. 2002年建立起屬於該國之綠建築評估體系CASBEE (Comprehensive Assessment System for Building Environmental Efficiency)。CASBEE乃是應用建築環境性能效 率(BEE)的觀念，來作為評估的依據。日本CASBEE評估系統包含之環境品質(Q：. Quality)與環境負荷(L：Load)其內容如下： Q：建築物的環境品質、性能 (1)室內環境： a.音環境：噪音、隔音、吸音 b.溫熱環境：室內溫度控制、濕度控制、空調形式 c.光環境：晝光利用、防眩光對策、照度、照明 d.空氣品質：外氣控制、換氣、管理計畫 (2)服務品質： a.機能性：機能性與工作舒適性、便利性、耐用性 b.信賴性: 耐震、制震、構材的耐用年限、信賴性、對應性 c.更新性：空間的限度、荷重的限度、設備的更新 (3)敷地環境： a.生物環境的維護與創造 b.城市與環境景觀 c.地域特性與便利性. 20.
(35) 第二章 文獻回顧. LR：建築物環境負荷的降低 (1)能源： a.建築物的熱負荷 b.自然能源利用：自然能源的直接利用、再生能源利用 c.設備系統的高效率：空調設備、換氣設備、照明、熱水器、電梯、 設備使用效率. d.效率的管理：監控系統、運用管理系統 (2)資源與材料 a.水資源利用：節水、雨水、中水利用 b.低環境負荷的材料：可回收建材、永續管理下的木材、低健康危害、 舊建築再利用、可預期可回收材料總量、CFCs與海龍氣體避免使用. (3)敷地周遭環境 a.空氣、地下水、土壤污染防止 b. 噪音、振動與惡臭的防止 c.風害、日照陰影光害防止 d.熱島效應 e.區域環境負荷 二、國內綠建築評估指標(EEWH) 所謂EEWH，為生態Ecology、節能 Energy Saving、減廢Waste Reduction 與 健康Health四個英文字首，此四項為目前我國實施綠建築評估的四大指標群。其 中生態(Ecology)含生物多樣性、綠化量、基地保水等三指標，節能(Energy Saving) 包含日常節能指標，減廢(Waste Reduction)包含CO2及廢棄物減量二指標，健康. (Health)則包含室內環境、水資源、污水垃圾改善等三指標，而由上述組成九大 指標。其所採行之認證方式，乃為符合最低門檻標準之四個指標合格制，其中日 常節能指標與水資源指標為必須通過之門檻，各指標之主要評估內容如下：. A.生態指標群 1.生物多樣性指標 包含生態綠網、小生物棲地、植物多樣性、土壤生態四部分內容來反應綠 地的生態品質。. 2.綠化量指標. 21.
(36) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. 以各類植栽之CO2固定效果作為綠化量評估計算依據。其是要求基地最小 綠地面積內實施全面綠化，且單位綠化面積之CO2固定量計算值須大於規定基 準值600(kg/m2)。. 3.基地保水指標 以原自然土地之保水量與開發後之土地保水量之相對比值為評估依據。加 強基地保水性能的手法，大致可分為四大類：. (1)增加土壤地面：可增加雨水的直接入滲效果，通常土壤地面用來作為種植 植栽的綠地，屬於最自然、最環保的保水設計。. (2)增加透水鋪面：一般良好透水鋪面的透水性能相當於裸露土地，可以增加 透水鋪面積。. (3)貯留滲透設計：就是讓雨水暫時貯存於水池、低地，再慢慢以自然滲透方 式滲入大地土壤之內的方法，是一種兼具防洪功能的生態透水設計。. (4)花園雨水截留設計：指設置於建築物屋頂、陽台及有地下室地面等人工地 盤上的花園植栽槽。. B.節能指標群 1.日常節能指標 為必須合格之門檻指標，下述三項主要評估項目皆須合於基準方可通過本 指標。. (1) EEV：建築外殼節能效率 (2) EAC：空調系統節能效率 (3) EL：照明系統節能效率 C.減廢指標群 1.CO2減量指標 其組成內容主要包含如下四大項 F：形狀係數 S：結構系統係數 W：輕量化係數 R：非金屬再生建材使用係數 2.廢棄物減量指標 其組成內容主要包含如下四大項及一加權係數. PIe：工程不平衡土方比例 PIb：施工廢棄物比例 22.
(37) 第二章 文獻回顧. PId：拆除廢棄物比例 PIa：施工空氣污染比例 β：公害防治加權係數 D.健康指標群 1.室內環境指標 以音環境、光環境、通風換氣與室內建材裝修等四部份為主要評估對象。. 2.水資源指標 為必須通過之門檻指標。其首要以大便器、小便器及供公眾使用之水栓必 須全面採用省水器具為主要考量。另在規劃設計內容有產生大耗水情形，則 須輔以導入雨水貯集利用或中水系統設計。. 3.污水垃圾改善指標 包括雨污水分流、垃圾集中場改善、生態濕地污水處理與廚餘堆肥。. 23.
(38) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. 三、各國綠建築評估指標內容之比較. 表 2.2 各國綠建築評估指標內容之比較 內容 各指標. 台灣 EEWH 系. 永續基地. 能源使用. 材料與資源. 室內環境. 環境. 環境負荷(污. 其他. 染. ※生態指標群 ※節能指標群 ※減廢與健康 ※室內環境指 ※減廢與污水 ．生物多樣性 ．建築外殼 指標群 標 垃圾指標. 指標 節能 ．綠化量指標 ．空調系統節 能 1998區分對 ．基地保水 ．照明系統節 象：設計階 指標 能 段、完工階段 建築物. ．結構合理性 ．輕量化建材 ．預鑄構造 ．再生建材 ．舊建築再利 用 ．水資源利用. ．音環境 ．營建廢棄物 ．光環境 控 制 ．通風換氣 ．污水防止 ．室內建材裝 ．垃圾處理 修 ．綠建材. ．舊建築再利 用 ．資源回收 ．再生建材 ．當地建材 ．可更新材料 ．木材使用 ．水資源利用. ．空氣品質 ．廢水處裡 ．煙害控制 ．施工廢棄物 ．通風環境 管理 ．低揮發性建 ．未使用致臭 氧層破壞 材 氣體 ．溫溼度舒適 度 ．採光與視野. 統. 美國. ．水土保持 ．環境衝擊 LEED ．交通運輸 1995 對象： ．基地保水 新建築物、 舊 ．熱島效應與 有建築 物、住 光害 宅、 辦公. ．能源效率 ．設備認證 ．再生能源 ．能源管理. ．土地使用 ．交通運輸 BREEAM ．生態環境 1990 對 象 ： ．環境衝擊 新 舊 辦 公 ．保水技術 廳 、 新 店 鋪 、 新 住 宅、新工廠. ．耗電負荷標準．資源回收 ．能源與CO2 ．綠色建材 ．可回收材料 監測控制 ．再生建材 ．水資源利用. 英國. ．空氣品質 ．採光與視野 ．通風環境 ．噪音控制 ．照明. ．創新設計流程. ．營建廢棄物的 ．管理與維護 控制 ．基地污染防制 ．防止酸雨 ．未使用破壞 臭氧層的 氣體 ．油脂截留槽. ．防止或未使 ．管理與維護 ．能源使用量 ．舊建築再利 ．空氣品質 用 ．經濟 ．通風換氣 溫室氣體 GB TOOL ．水資源利用 ．熱舒適 ．營建程序計畫 逸散量致 ．建築物運轉計劃 ．晝光利用與 臭氧層破 1998對象： 照明 壞氣體 辦公建築、 ．噪音與聲學 ．防止酸雨 、住宅、學 ．電磁波污染 ．光氧化作用 校、實驗室 物質逸散 量 ．潛在磷氮物 質逸散量 ．廢棄與污染物 ．生態環境 ．能源使用 ．舊建築再利 ．音環境控制 ．空氣、地下 ．服務、維護品質 日本 ．環境景觀 ．再生能源 用 ．設備更新 ．溫濕度控制 水、 CASBEE 土壤污染防 ．防震 ．可回收建材 ．晝光利用與 ．地域特性與 ．高效率設 止 ．健康建材 備 照明 ．構材耐用年限 2002 對象： 便利性 ．噪音與振動 ．物理環境控 ．管理效率 ．永續木材使 ．空氣品質 住宅、學 ．惡臭的防止 制 用 校、百貨公 ．未使用致臭 ．水資源利用 司、醫院等 氧 層破壞 氣體. 加拿大. ．環境衝擊 ．土地使用 ．地區發展. 資料來源：林政賢，2004。 24.
(39) 第二章 文獻回顧. 第四節 全國降雨類型分區 透水鋪面保水量的影響因子由第二節中提到，其降雨的類型與透水鋪面保水 量亦息息相關，因此以下針對降雨類型作一回顧，於交通部中央氣象局93年11 月25日修訂之「大雨」及「豪雨」定義如下表：. 表 2.3 交通部中央氣象局新修訂之「大雨」及「豪雨」定義 類. 別. 大雨 豪雨 大豪雨 超大豪雨. 定 義 指二十四小時累積雨量達五十毫米以上，且其中至少有一小時雨 量達十五毫米以上之降雨現象。 指二十四小時累積雨量達一三０毫米以上之降雨現象。 若二十四小時累積雨量達二００毫米以上稱之為大豪雨。 二十四小時累積雨量達三五０毫米以上稱之為超大豪雨。. 資料來源：中央氣象局。. 根據內政部建築研究所之「建築基地保水貯集技術設計規範與法制化研究」 研究報告中提到台灣地區降雨類型分區，其研究將1900-1984年降雨資料為中央 氣象局之逐月降雨量資料，1985-2000年中央氣象局之逐時地面氣象資料，該十 四個氣象測站依行政分區分為以下五個區域：. (1)北部地區：包括宜蘭、基隆、台北、新竹等四個測站 (2)中部地區：包括台中、日月潭、阿里山等三個測站 (3)南部地區：包括嘉義、台南、高雄、恆春等四個測站 (4)東部地區：包括台東、花蓮等二個測站 (5)附屬島嶼：澎湖測站 由於台灣地區地形與地理分布區位影響，雨量分布極不平均，其研究以區域 雨量與降雨類型為分類原則，利用聚類分析方法，將台灣北、中、南、東、外島 區劃分為15個降雨區域，並計算求得各分區內平均降雨量，分區圖如圖2.10；降 雨容量分區對照表如表2.4。. 25.
(40) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. 北 IV. 北I. 北 III 北 II. 中I. 中 II. 外I. 東 IV. 東 III 南I. 南 III 東 II. 南 II. 外 II 東I. 圖2.10 台灣地區法制化降雨類型分區圖 資料來源：中央氣象局。. 表 2.4 法制化降雨分區容量設計對照表 區域 北部. 中部 南部. 東部. 外島. 分區 I II III IV I II I II III I II III IV I II. 年平均雨量(mm) 1815.0 3584.5 2302.9 3564.6 1406.2 2279.5 1673.8 2328.7 2964.2 2237.8 2070.9 2723.2 2202.4 927.7 3104.5. 資料來源:中央氣象局。. 26. 日平均雨量(mm) 4.97 9.81 6.31 9.76 3.85 6.24 4.58 6.38 8.12 6.13 5.67 7.46 6.03 2.54 8.50. 降雨概率 0.34 0.50 0.37 0.53 0.26 0.37 0.25 0.29 0.37 0.43 0.38 0.45 0.42 0.23 0.60. 建議貯水天數 8.72 6.02 8.12 5.67 11.69 8.02 11.94 10.44 8.19 7.04 7.83 6.68 7.20 12.91 4.98.
(41) 第二章 文獻回顧. 第五節 國外透水性鋪面相關軟體 一、SWMM(Storm Water Management Model) 近十幾年來都市暴雨逕流管理逐漸受到重視，都市暴雨管理方式也迅速發 展，並由於科技的進步，電腦廣泛運用之結果，幫助快速之運算工作，也發展出 都市暴雨管理模型，運用此模式之前，應對此模型發展及架構有深入的了解，本 節根據SWMM發展與架構，分別敘述如下：. 1. SWMM 之發展 SWMM模型於1971年由 Metcalf和 Eddy公司、佛羅里達大學及水資源工程 顧問公司為美國環境保護署所發展出來的系統模型，模擬都市地區暴雨逕流及下 水道水文，可進行單場及連續降雨模擬。加拿大CHI公司以SWMM理論基礎發展 出PCSWMM2000，支援SWMM4.4以上版本，擁有SWMM所有模擬功能，具有 良好視窗操作介面。. 1971年 USEPA發展SWMM 1975年 由佛羅里達大學(UoF)創作 1984年 PCSWMM個人電腦版首次使用 1993年 4.21版由奧勒崗州立大學(OSU)改版，使用於Windows介面環境 1995年 後持續由奧勒崗州立大學(OSU)改版 2. SWMM之架構 SWMM模型乃針對模擬都市地區逕流及管理方式，利用FORTRAN語言所發 展出來之設計分析模型，模擬都市逕流中整個降雨/逕流程序，因此包括地表水 流、排水管線之輸送、管線儲存、離管儲存處理/儲存及對承受水體水質衝擊之 模 擬 。 SWMM 在 架 構 上 分 成 三 個 輔 助 模 組 (Service Blocks) ， 五 大 計 算 組. (Computational Blocks)。輔助模組包括執行組、組合組及統計組．計算組包括逕 流組、輸送組、輸送補充組、儲存/處理組及承受水體組。以下將各組功能加以 介紹。. A.輔助模組 (a)執行組(Executive Block)-執行組有三大主要功能： (1)分配所需之分析單元及存提檔。 (2)決定計算組之計算順序。 (3)將輸出資料利用圖形輸出。 27.
(42) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. (b)組合組(Combine Block)-組合組可以處理多組資料，綜合由於排水系統 過於複雜的情形，當排水系統太大且太複雜時可先將其細分再利用本組 予以整合。. (c)統計組(Statistics Block)-統計組乃專為連續模擬而設計的，本組可以回 顧連續模擬之輸出結果，利用所定之準則(如尖峰等)來計算統計項目。. B.計算組-計算組中有五個分組，各組說明如下： (a)逕流組(Runoff. Block)-計算每一時距之降雨到達地面形成地表水流之. 情形，在計算過程中包括了雨水之蒸發、入滲、窪地儲存、地表逕流、 污染成分沖流排入次幹管等。. (b) 輸送組 (Transport. Block)- 計算次幹管水流進入下水道系統之水流情. 形，包括原本主幹管水流及管線內之晴天污水量、污染濃度之混合稀 釋、顆粒沈降及刷起等。. (c)輸送補充組(Extran Block)-乃針對原始輸送組對於一些問題無法完善處 理而加入之計算組，本組功能在於處理回水、溢流及壓力水流等，但無 計算水質之功能，本組於SWMM第三版才予納入。. (d)儲存/處理組(Storage and Treatment Block)-儲存/處理組乃在模擬水流及 污染物經過儲存/處理設施之情形，它有處理滯流及非滯流之特性，並 包括處理之成本及維護成本之估計等。. (e)承受水體組(Receiving Water Block)-承受水體組在計算當都市逕流排入 承受水體(如河流、湖泊等)對其衝擊情形，本組在SWMM第二版已經過 重新整理，第三版程式並沒將此部分納入。 由以上各組功能之介紹，可知執行組為最主要執行連結者，每一組皆可透過 執行組加以組合或單獨應用。執行時先經由執行組進入所需之計算或服務組並輸 入個別資料，使用完畢後又回到執行組，如此即可完整的使用SWMM之模型。 二、HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center - Hydrologic Modeling System). HEC-HMS為美國陸軍工兵團水文模型系統，主要為一為樹枝狀分水嶺系統 降雨逕流模擬程式，應用於廣大的面積。包括大流域給水、洪水水文學和小都市 或自然流域逕流，可配合其他相容軟體一併使用，軟體介面如圖2.11。. 28.
(43) 第二章 文獻回顧. 圖2.11 美國陸軍工兵團水文模型系統 資料來源：美國陸軍工兵團網站。. 於軟體應用方面可應用於都市排水、流動預報、未來都市化影響、水庫溢洪 道設計，以降低洪水造成之損壞。. 三、FHWA (Federal Highway Administration)都市排水設計程式-HY-22. HY-22 主要為一都市排水設計之程式，其軟體主要架構由以下構成 (如圖 2.12): 1.公路鋪面排水(側溝流動率、流動水深、平均流速) 2.開口渠道流動特性 3.需要的深度計算(渠道) 4.儲水體積 5.蓄水池. 圖2.12 FHWA都市排水設計程式 資料來源：美國聯邦公路總局網站。 29.
(44) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. 第六節 透水性鋪面專家諮詢系統 專家系統內容包含四大部分，第一部份為現地選址，以台灣各地降雨資料及 現地地質條件進行透水鋪面選址性能分析。透水鋪面之性能除受土壤入滲率影響 外，降雨之特性亦為主要影響因素，故針對區域降雨特性及地質對於透水鋪面之 性能進行選址，以作為將來設計之依據；第二部份為透水性鋪面之設計，依設計 雨型、基底層掺配及面層材料選擇，依基地保水標指標，決定基地保水量，最後 再進行鋪面厚度設計，進而設計各層厚度；第三部份為透水性鋪面之施工，提供 各類型透水性鋪面之施工綱要及鋪面各層之試驗標準規範，並提供施工及材料之 成本分析；第四部份為透水性鋪面之維護管理，提供各項透水性鋪面維護管理方 式，並以生命成本分析方法，提供透水性鋪面之維護時間。其系統如圖2.13所示。. 圖2.13 透水鋪面專家諮詢系統 資料來源：葉銘欽，2006。. 一、透水性鋪面選址評估系統 工址調查之目的在於查出或預估施工中乃至施工後地盤與結構物間之相互 行為，並決定從事設計或分析時所需之地層結構、狀況及各土層之土壤參數等資 料，對於未來評估透水性鋪面之設計有一個準則。 因此建立一個對當地之天文、地文、人文之有效的評估準則，能夠鋪築透水 30.
(45) 第二章 文獻回顧. 舖面之前，先行了解透水舖面對現地之可行性如何，才能夠大大的提升透水性鋪 面之適用性、實用性及經濟性。. 圖2.14 地文條件評量 資料來源：葉銘欽，2006。. 圖2.15 人文條件評量 資料來源：葉銘欽，2006。. 31.
(46) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. 圖2.16 水文條件評量 資料來源：葉銘欽，2006。. 圖2.17 透水性鋪面適用性評估結果 資料來源：葉銘欽，2006。. 32.
(47) 第二章 文獻回顧. 二、透水性鋪面設計系統 透水性鋪面厚度設計方面，無車輛荷重處，如人行道、自行車道，設計流程 採現行標準斷面設計之；反之，以美國連鎖磚鋪面協會與Interpave所建議之設計 流程做為依據，並導入降雨量以及力學分析之觀念所建置之設計流程。此系統中 利用AASHTO柔性鋪面設計方法，評估透水性鋪面路基之厚度，加上利用設計雨 型之觀念，判斷設計斷面之保水量是否為合乎設計要求，目前一般設計之保水量 約一公尺厚度約可以保存15公分以上高度之水量。. 圖2.18 人行道案例設計參數 資料來源：葉銘欽，2006。. 圖2.19 人行道案例斷面設計 資料來源：葉銘欽，2006。 33.
(48) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. 三、透水性鋪面材料資料庫 主要以透水性鋪面面層材料為基準，透過台灣營建研究院出版之營建物價所 建立之，建立標章類別、資源代碼、廠商名稱及材料名稱為主要搜尋對象，目的 為使系統之使用者可以最快最便利之方式取得透水性鋪面面層材料之相關訊息。. 圖2.20 材料廠商資料庫查詢系統 資料來源：葉銘欽，2006。. 四、透水性鋪面施工規範及施工影片查詢系統 透水性鋪面施工系統操作說明，分為相關規範與施工示範影片，使用者可以 選擇欲查詢之相關規範，查詢得該材料規範或施工規範之相關準則，以及現地施 工範例影片。. 34.
(49) 第二章 文獻回顧. 圖2.21 材料規範程式選擇介面 資料來源：葉銘欽，2006。. 圖2.22 施工示範影片選擇介面 資料來源：葉銘欽，2006。. 35.
(50) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. 五、透水性鋪面成本預算編制系統 本預算編制系統目的在於使設計師或工程師能在完成整個鋪面斷面設計後 立即得知概估工程估價，以提供設計使用之參考，本系統主要針對工程範圍及設 計之施工方法，透過程式提供從施工斷面、施工範圍、施工規範及成本分析一完 整之施工預算。. 圖2.23 成本預算編制輸入項目 資料來源：葉銘欽，2006。. 圖2.24 成本預算編制系統輸出結果 資料來源：葉銘欽，2006。. 36.
(51) 第三章 PCSWMM 應用於透水性鋪面基地保水量之模擬. 第三章 PCSWMM 應用於透水性鋪面基地保水量之模擬 第一節 PCSWMM 模式介紹 一、PCSWMM簡介 在 1995 年 Thompson 和 James 證實透水鋪面回收暴雨所產生的表面逕流， 但卻也考慮到透水鋪面的滲透能力不如天然的透水面積入滲效率高，因為透水鋪 面鋪設於市區中，需考慮到街道灰塵的阻塞，故美國環境保護署創造了一套全名 為 Computer code called PCSWMM for Permeable Paves，簡稱為 PCSWMM，專門 計算透水鋪面效益所使用之模式。. PCSWMM 程式採用視窗化的介面，方便使用者輸入所需參數，建立透水鋪 面模型，經由程式執行輸出結果分為書面報告與圖型兩種，可由書面報告得知降 雨量、表面逕流量、基底層排水量、路基深層入滲量、底層最初含水量與底層最 終含水量之相互關係，而由輸出圖型得知透水鋪面各時間點之表面逕流量、基底 層排水量、底層保水狀態與降雨曲線四種圖形，經由輸出結果分析後可得知此透 水鋪面於各降雨量下所得之效益。. 二、PCSWMM模型理論. A.模型結構介紹 鋪面主體結構分為面層、底層與路基層三大部分，而透水鋪面也是以這三個 單元做為基本架構，但功能則與一般傳統路面不同。一般設計透水鋪面面層之滲 透係數至少大於 10-2cm/sec，理想狀態下降雨需要一小時降 360mm 之大雨才會 有表面逕流產生，故往往透水鋪面與降雨時雨水通常會渗至底層，直至底層達到 飽和無法容納水量，而造成表面逕流。而由面層入滲至底層之水量經由一段時 間，會慢慢入滲至路基層而變成地下水。. PCSWMM 程式考慮透水鋪面水流動不同於一般傳統路面，故將透水鋪面模 型分為四大單元，分別為承受降雨使雨量往下入滲之面層，容納面層雨量往下入 滲之底層，底層因需考慮有多少孔隙可容納水量之問題，故將底層分為底層不飽 和區域與底層飽和區域兩單元。最後一單元為接收底層往下入滲雨量，進而計算 補助多少地下水之路基層，透水鋪面模型如圖 3.1 所示。. 37.
(52) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. 圖3.1 PCSWMM透水模型 資料來源：Users guide to SWMM，2003。. B.模型排水型態介紹 水在透水鋪面之排水型態比一般傳統路面複雜，如降雨於面層時，分為面層 直接排除與入滲至底層兩種型態。若降雨直接入滲至底層，又分為底層不飽和區 域排水與飽和區域排水。水於不飽和區域排水方式只有直接垂直往下流動至底層 飽和區域一種。但底層飽和區域處理經由不飽和區域入滲至此區域之水，卻分為 兩種排水型態，其一為鋪築透水鋪面過程中，若底層有設計基底層排水設施，則 此透水鋪面可由基底層排水系統將水排入排水設施，另一種型態為直接滲入路基 深層，補注地下水量。總結上面所述，PCSWMM 排水型態總共分為表面逕流、 面層入滲、底層飽和區滲透、底層基底層排水與深層路基滲漏五種，如圖 3.2 所 示。. 圖3.2 PCSWMM排水型態 資料來源：Users guide to SWMM，2003。. 三、PCSWMM操作步驟 經由視窗介面引導使用者輸入所需參數。此一程式經由視窗介面引導使用者 輸入所需參數，故此小節介紹 PCSWMM 軟體操作步驟，解釋各輸入之參數所 代表之意義。 38.
(53) 第三章 PCSWMM 應用於透水性鋪面基地保水量之模擬. 圖3.3 PCSWMM參數輸入流程圖 資料來源：本研究整理。. A.單位選擇 進入程式的第一個視窗，使用者選擇此次模擬透水鋪面所使用之單位，有英 制單位與公制單位作為選擇，也經由此一步驟定義了此次透水鋪面所使用之單 位，介面如圖 3.4 所示。. 圖3.4 單位選擇輸入 資料來源：PCSWMM，2002。 39.
(54) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. B.面層參數輸入 面層參數有四個需要輸入，分別為透水鋪面面積、洩水坡度、最大排水長度 和透水情形，如圖 3.5 之介紹前分別敘述如下：. (1)鋪面面積（permeable pavement area） 第一個參數為設定此透水鋪面之面積(A)，底層和路基層參照面層所輸 入之面積，於以下各步驟視窗中不再設定面積參數。. (2)洩水坡度（average slope） 第二個參數為輸入洩水坡度，以百分比做表示，通常人行道洩水波度考 慮到行人之舒適性，故人行道之洩水坡度通常設於 1%~3%之間。. (3)排水長度（maximum length of overland flow） 第三個參數為表面逕流所流經的最大長度(L)，平行於洩水坡度。. (4)透水鋪面排水孔隙情形（age of installation） 透水鋪面排水孔隙為第四個輸入參數，共有六種情況可供選擇，程式內 建參數如表 3.1。. (5)鄰近鋪面參數輸入 鄰近鋪面參數有四個需要輸入，分別為鄰近鋪面種類、鄰近鋪面面積、 鄰近鋪面洩水坡度和鄰近鋪面最大排水長度，如圖 3.7。. 圖3.5 面層參數輸入 資料來源：PCSWMM，2002。. 40.
(55) 第三章 PCSWMM 應用於透水性鋪面基地保水量之模擬. 圖3.6 透水鋪面透水參數輸入 資料來源：PCSWMM，2002。. 圖3.7 鄰近鋪面參數輸入 資料來源：PCSWMM，2002。. 表 3.1 排水孔隙情形 排水孔隙情形. 最小滲透速率. 最大滲透速率. New Installation. 190 mm/hr. 200 mm/hr. Cleaned to 24 mm. 180 mm/hr. 200 mm/hr. Cleaned to 18 mm. 160 mm/hr. 200 mm/hr. Cleaned to 12 mm. 125 mm/hr. 200 mm/hr. Cleaned to 6 mm. 50 mm/hr. 175 mm/h. Not cleaned. 25 mm/hr. 150 mm/hr. 資料來源：PCSWMM，2002。 41.
(56) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. C.底層參數輸入 底層參數有四個參數需要輸入，分別為底層材料型態、底層深度、初始水深 和不飽和區域最初含水量，參數介紹分別簡敘如下：. (1)底層材料種類(type of base material) 底層材料種類為底層輸入第一個參數，有開放級配與透水混凝土兩種材料供 為選擇。. (2)底層厚度(depth of base material) 透水鋪面底層厚度定義為面層下緣至路基層上緣之距離。. (3)底層初始水深(initial depth of water in base material) 透水鋪面底層滲透係數和水深關係著底層排水性能，因為水於飽和土壤流動 比不飽和土壤慢，所以底層初始水深越深，則排水性能越差。. (4)不飽和區域初始含水量(initial moisture content of unsaturated zone) 不飽和區域初始含水量為底層輸入第四個參數值，輸入不飽和區域初始含水 量之值目的在於程式計算深層滲漏率。. 圖3.8 底層參數輸入 資料來源：PCSWMM，2002。. 42.
(57) 第三章 PCSWMM 應用於透水性鋪面基地保水量之模擬. D.排水型態與路基層土壤種類 輸入參數的第四個步驟為飽和含水層基底層排水與路基深層滲漏，此兩種參 數分別敘述如下：. (1)基底層排水型態(type of lateral base drainage) 可供選擇的基底層排水型態有無基底層排水、排水緩慢與快速排水三種，而 三種基底層排水型態相對應的流動指數與流動係數，如圖 3.9 所示。. (2)路基土壤種類(subgrade soil type) 於視窗下拉式選單中選擇土壤種類，其相對應之滲透係數位於進階選單。. 圖3.9 排水型態與路基層土壤種類輸入 資料來源：PCSWMM，2002。. E.雨量資料 輸入第五步驟為透水鋪面模型承受之雨量資料，程式執行結果成敗依據雨量 大小是否引發表面逕流作為判斷。. (1)降雨強度： PCSWMM 軟體將美洲各大城市兩年降雨強度輸入為程式內定值，若下拉式 選單中無符合地區做選擇，則點選進階按鈕，點選進階按鈕後於視窗輸入所 分析地區降雨量資料。此視窗所代表意義為將一段時間內之降雨量分為 12 階段輸入，使用者將量測所得雨量資料輸入即可。. (2)降雨延時 43.
(58) 建築基地鋪面保水量計算模式之校估. PCSWMM 軟體可分析一段時間內所作降雨，於圖 3.10 輸入量測所得降雨 延時，並將時間內所降之雨量分為 12 階段模擬分析。. 圖3.10 雨量資料輸入 資料來源：PCSWMM，2002。. F.程式執行與結果 當所有資料輸入完畢之後，進入如圖 3.10. 視窗，按 Run-Model 鈕，. PCSWMM 程式即開始執行，當程式執行完畢後其鋪面模型將出現成功或失敗符 號，如圖 3.11 所示即為成功圖形，圖形成功表示透水鋪面於此降雨量下無表面 逕流產生。. (1)輸出書面報告按鈕 PCSWMM 程式執行輸出書面報告分為兩部份，第一部份為模型輸入資料， 包含透水鋪面實地架構、面層參數、底層參數、基底層排水參數、路基層參 數和降雨資料等。第二部份為將面層資料與底層資料兩部份細分，如表 3.2 所示，其面層資料包含總降雨量、總入滲量、總蒸發量、表面逕流量及窪地 貯流量。而底層資料包含基底層總排水量、路基深層入滲量、底層初始貯水 量及底層最終貯水量。. (2)輸出分析圖形按鈕 程式執行輸出圖形包含底層貯水-時間關係、降雨強度，如圖 3.12 所示。. 44.
(59) 第三章 PCSWMM 應用於透水性鋪面基地保水量之模擬. 圖3.11 輸入成功圖形 資料來源：PCSWMM，2002。. 圖3.12 輸出分析圖形 資料來源：PCSWMM，2002。. 表 3.2 程式輸出結果 項. 目. 面層資料（Surface summary）. 資. 料. 內. 容. 總降雨量（Total rainfall） 總入滲量（Total infiltration） 總蒸發量（Total evaporation） 表面逕流量（Total runoff） 窪地貯流量（Remaining surface storage）. 底層資料（Subsurface summary）. 基底層總排水量（Total lateral base drainage） 路基深層入滲量（Total deep percolation） 底層初始貯水量（Initial storage in base） 底層最終貯水量（Final storage in base）. 資料來源：PCSWMM，2002。 45.
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