指導教授：李鴻源臺灣大學：土木工程學研究所徐硯庭Hsu, Yen-TingYen-TingHsu2014-11-252018-07-092014-11-252018-07-092014http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/260760台灣位於北迴歸線上，地處熱帶及亞熱帶，四面環海、降雨豐沛，常受到颱風、豪雨的侵襲，除了天然之特殊地理環境，更因都市化導致不透水面積在都市區域比例大幅提升，造成直接逕流量體之增加，以及不透水鋪面造成的水力效率提升，致使洪峰集中，面對洪災的威脅常反應不及，進而危及人民生命財產安全。 有鑑於所有的水利設施及防洪工程建設，皆僅能提供一定程度的保護作用，雨季來臨，特別是颱風帶來之大豪雨及短延時且集中降雨之暴雨，若是降雨或洪水量超出原有的設計標準規模，造成超過排水系統負載之水量而出現溢流現象。故了解都市排水現象，並且採取有效的方法來改善因高度都市化造成之淹水現況，乃為相當重要之課題。除透過此種傳統集中概念下設計之水利工程設施外，藉由低衝擊開發(Low Impact Development，LID)技術，以分散式設施改善土地利用狀況，來減低洪水威脅為一種新興治標方式。 LID觀念於美國推廣大約十多年，實際的應用設施包含：植生草溝、雨水貯留桶、透水鋪面、生態蓄流池及雨水花園等。希望維持或回復基地開發前水文條件的LID，採用源頭管理的理念，以分散、並聯、小尺度的入滲、截流、雨水貯留或滯洪等設施，增加入滲潛勢及延長集流時間，以此策略創造能減少環境衝擊的水文地貌，維持開發前水文條件狀況，如地表逕流、入滲、地表地下水交換等效果。 本研究串聯暴雨逕流管理模式(Storm Water Management Model，簡稱SWMM)與二維淹水模式，模擬各水文事件之地表逕流量、超量溢流量、洪峰流量、洪峰發生時間以及淹水面積，以其為指標模擬數個設計情境，評估LID對於都市排水防洪之效益。研究發現，LID設施取代不透水面積比率越大，控制地表逕流量產生的效果越好，且由於土地對於洪水有一定容受度，LID最大的減洪效率為60%。Taiwan is located on the Tropic of Cancer which means the island is extended across the tropics and subtropics, and is often threatened by typhoons or heavy rains because of abundant precipitation causing from surrounding by the sea. In addition to our special topography such as high mountains, steep slopes and torrent water, the increasing impervious areas ratio in urban area is more important role for not only the increasing direct runoff volume but also the hydraulic efficiency resulting in the concentrated peak flow. Therefore, we are facing the inundation endangering the people''s lives and property. All of the hydraulic engineering facilities and the flood control constructions have certain degree of protection ability. And the urban drainage systems to the storms are general designed certain criteria. If the flood volume exceeds the designed criteria, especially the heavy rain form typhoons and the concentrated short duration storms, the flood over the capacity of drainage systems will make surcharge and inundation phenomena. Thus, it is important issue and essential to understand the phenomena of urban flooding, and adopt effective measures to improve the situation caused by highly urbanized. The flood could be managed either by the temporary solution like the traditional concentrated design of hydraulic engineering facilities or the root of the problem like Low Impact Development (LID) techniques to reduce the threaten of flood. The idea of LID in the United State has been promoted over ten years. The application of LID devices include vegetative swales, rain barrels, permeable pavement, bioretention cells, rain gardens and so on. LID emphasizes on maintaining or restoring the site hydrological conditions back to predevelopment. And its strategy is combining distributed, parallel connection and small-scale devices functioning as infiltration, interception, rainwater storage or detention facilities to increase infiltration chances for runoff and lengthen the time of concentration. By this source control methods, the environmental impact could be reduced and maintained hydrological conditions of predevelopment such as surface runoff, infiltration, surface and groundwater exchange effects. The purpose of this study is combing Storm Water Management Model (referred SWMM) and 2D flooding model to simulate direct runoff, surcharge volume, peak discharge, peak time and inundation areas for 6 hydrological events. And, evaluating the effectiveness of LID for urban flood control as indicators of direct runoff, surcharge volume, peak discharge, peak time and inundation areas by several simulation scenarios. The results showed that the more application of LID to replace impervious pavement the more benefits of flood control. And the maximum benefits of LID reducing direct runoff is 60%, because of the soil has its limitation on infiltration capacity.目錄 摘要 I Abstract II 目錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VIII 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 研究內容 4 第二章 文獻回顧 6 2.1 都市化對水文影響的研究 6 2.2 低衝擊開發 (LID) 10 2.3 模式分析方法 18 第三章 理論敘述與研究方法 30 3.1 雨水下水道模式(SWMM) 31 3.2 二維漫地流淹水模式(NTU-2DFIM) 41 3.3 模式銜接 44 3.4 LID設定 45 第四章 研究區域與模式建立 51 4.1 研究區域介紹 51 4.2 模式建立 64 4.3 模擬情境設計 76 第五章 模式應用與案例分析 79 5.1 模式驗證結果 79 5.2 都市化變遷的影響 83 5.3 低衝擊開發情境 91 5.4 同時應用低衝擊開發措施與滯洪公園(LID-BMP) 聯合運用情境 99 5.5 全區透水道路情境 105 5.6 設計降雨情境 105 5.7 原都市規劃與理想都市模擬情境 106 第六章 結論與建議 109 6.1 結論 109 6.2 建議 109 參考文獻 111 表目錄 表2-1 都市化對於水文影響之相關研究匯整 8 表2-2 曼寧n值參考表 23 表3-1 SWMM模式LID設施特性 46 表4-1 歷年都市計畫整理 53 表4-2 公園預定地變更情形 54 表4-3 歷年土地利用 56 表4-4 研究區域水文測站 61 表4-5 抽水站相關資料 62 表4-6 其他資料與其屬性表 65 表4-7 建置模式資料收集與彙整 65 表4-8 研究區域內有淹水紀錄事件 66 表4-9 歷年雨水下水道相關調查報告書 67 表4-10 不透水率建議值 69 表4-11 模式參數建議值 69 表4-12 都市化歷程不透水率的變化 70 表4-13 起始入滲率 的土壤分類代表值 71 表4-14 土壤最終入滲率 71 表4-16 本研究之LID 基本設定表 72 表4-17 模式相關資料 74 表4-18 模式檢定 76 表5-1 模式驗證成果 81 表5-2 不同土地利用下直接逕流量之產生 84 表5-3 不同土地利用對淹水程度影響 85 表5-4 雨水下水道建設 87 表5-5 不同排水系統下超量溢流量之產生 89 表5-6 不同密度LID設置下之地表逕流總量 92 表5- 7 LID對淹水面積改善百分比 97 表5-8 不同LID-BMP規劃下之淹水潛勢 100 表5-9 LID-BMP對淹水面積改善百分比 103 表5-10 全區透水道路之淹水潛勢 105 表5-11 不同降雨之淹水潛勢 106 表5-12 計劃不透水率 106 表5-13 原都市規劃與理想都市規劃之淹水潛勢 107 圖目錄 圖1-1 研究流程圖 4 圖2-1 傳統都市排水示意圖 12 圖2-2 低衝擊開發都市排水示意圖 12 圖2-3 有無BMP控制之流量歷線 13 圖2-4 洪水流量歷線隨土地利用變遷之變化 14 圖2-5 不同都市土地處理策略示意圖 15 圖2-6 不同方案下的流量歷線和降雨組體圖 16 圖2-7 漫地流與下水道模式銜接方式示意圖 27 圖3-1 都市淹水之發生機制示意圖 30 圖3-2 模式流程圖 31 圖3-3 都市集水區之劃定流程圖 33 圖3-4 SWMM之地表逕流概念圖 33 圖3-5 有限差分示意圖 37 圖3-6 分流流量示意圖 39 圖3-7 SWMM雨水下水道模式與二維地表漫地流模式銜接示意圖 45 圖3-8 SWMM模式LID概念模型 45 圖3-9 生態蓄流網格 47 圖3-10 帶狀植生草溝 48 圖3-11 植生草溝斷面圖 48 圖3-12 透水鋪面示意圖 49 圖3-13 完善雨水收集系統 50 圖4-1 新北市中永和行政區界圖 52 圖4-2 2012年永和區空照圖(綠色圖塊表示民國44年公園預定地) 55 圖4-3 研究區域都市化前排水系統 59 圖4-4 研究區排水與明渠(現狀) 59 圖4-5 民國66年排水系統規劃(紅色管線已於民國58年完工) 60 圖4-6 雨量測站與水位流量測站分布圖 62 圖4-7 抽水站分布圖 63 圖4-8 研究區域之土壤特性圖 70 圖4-9 民國66年現況排水系統 73 圖4-10 民國90年現況排水系統 73 圖4-11 民國99年現況排水系統 74 圖5-1 66年模式驗證成果(貝蒂颱風) 80 圖5-2 90年模式驗證成果(賀伯颱風) 80 圖5-3 99年模式驗證成果(納莉颱風) 81 圖5-4 99年模式驗證成果(2009/8/12豪雨) 82 圖5-5 99年模式驗證成果(2012/8/12豪雨) 82 圖5-6 99年模式驗證成果(2012/8/23豪雨) 83 圖5-7 不同土地利用下之地表直接逕流歷線 85 圖 5-8 不同土地利用下淹水情形 87 圖 5-9 不同排水系統下超量溢流量歷線 90 圖 5-10 不同排水系統下出口流量歷線 90 圖 5-11 不同密度LID設置下之直接逕流歷線 93 圖 5-12 不同密度LID設置下之超量溢流流量歷線 94 圖 5-13 不同密度LID設置下之出口流量歷線 95 圖 5-14 不同LID密度情境設置之減洪比例效益 97 圖 5-15 不同密度LID設置下淹水情形 98 圖 5-16 不同密度LID-BMP設置下之直接逕流歷線 101 圖 5-17 不同密度LID-BMP設置下之超量溢流歷線 102 圖 5-18 不同密度LID-BMP設置下之出口流量歷線 103 圖 5-19 不同密度LID-BMP設置下淹水情形 104 圖 5-20 原都市規劃與理想都市規劃之淹水情形 1087680326 bytesapplication/pdf論文公開時間：2016/02/26論文使用權限：同意有償授權(權利金給回饋學校)低衝擊開發不透水率SWMM淹水潛勢[SDGs]SDG3[SDGs]SDG15thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/260760/1/ntu-103-R00521309-1.pdf