山坡地开发水文容受力之探讨.doc

山坡地開發水文容受力之探討業研部副 理李順敏地工部工程師許文祥地工部工程師楊智堯摘 要本文引用總量管制之觀念，以新店市之山坡地為研究範圍，針對水文因子進行坡地開發容受力之評估分析，配合雨水下水道系統、相關河川治理規劃報告等，依地形、水系劃分成若干集水分區，再依據各集水分區之水文特性(包括暴雨量、雨型、流域坡度等)，模擬演算不同土地開發程度所造成的逕流量變化，並引用美國水土保持局之SCS逕流曲線法，估算降雨損失，透過CN值之變化，可得知基地開發前、後逕流量之變化再以集水區下游排水出口既有或計畫中之容許流量定為流量上限值，則可以此探討其開發程度的上限，作為坡地開發總量管制之參考一、前言為因應不斷增加的人口對土地的需求，土地開發勢必在所難免，但台灣地狹人稠，如何在開發建設與自然生態維護之間取得平衡點，以求都市永續發展，實為當前最重要的課題之一目前國內對坡地安定之評估，大多由地質安定程度作為評估考量，但對影響坡地安定性最明顯的因子『水』並未作充分之評估因此本文希望利用排水路徑分析、地下水流分析、現有排水設施之可容納總量等項目，對於水文資料作整合性的規劃二、研究區域現況分析新店市地勢南高北低，全境除新店溪、安坑溪、青潭溪兩岸所形成之沖積平原外，其餘多屬30度以上之山坡地，地形頗富變化。

新店市都市計畫區域及現已發展地區均分佈在新店溪、景美溪、安坑溪、青潭溪之沿岸平地，北新路沿線平原傾斜坡度約0.3%，目前市區排水以此路為分水嶺向新店溪及景美溪渲洩新店市雨水下水道系統規劃，係根據民國六十八年早期台灣省住宅及都市發展局編製之「新店鎮雨水下水道系統規劃報告」報告中降雨強度規劃原則，市區部份採用三年頻率暴雨強度，安坑溪及青潭溪採用十年頻率暴雨強度，至於新店溪及景美溪則配合台北地區防洪計畫三、研究方法與分析本研究首先針對研究區域，配合雨水下水道系統、相關河川治理規劃報告等，依地形、水系劃分成若干集水分區，詳如圖一及表1再依據各集水分區之水文特性(包括暴雨量、雨型、流域坡度等)，模擬演算不同土地開發程度所造成的逕流量變化上述演算成果可納入GIS系統，建置成為可供查詢各集水分區的水文評估量化表之資料庫由於土地利用方式影響集水區逕流量變化甚鉅，本研究乃引用美國水土保持局之SCS逕流曲線法，估算降雨損失，其中CN值(逕流曲線係數)變化，正可反應出土地之開發程度一般而言，CN值越大，表示開發程度越高若有了上述各集水分區的水文評估量化表，只要透過研判CN值變化，即可查詢得知任何開發行為前、後逕流量之變化。

而以集水區下游排水出口既有或計畫中之容許流量定為流量上限值，則可以此探討其開發程度的上限，作為總量管制之依據以下就水文因子評估準則之建立及分析逐一說明：(一) 雨量測站計畫區域及其鄰近雨量站，以市鎮為單位，經選用資料記錄較完整之雨量站概況，如表2所示新店市選用隸屬於台電之粗坑及龜山兩個雨量站二) 日暴雨量頻率分析利用上述各雨量站最大一日暴雨統計資料，進行頻率分析頻率分析選取之機率分佈，分別為極端值第I型分佈、二參數對數常態分佈、三參數對數常態分佈、對數皮爾遜第三型分佈及皮爾遜第三型分佈針對迴歸週期為5、10、25、50、100、200年，計算最大一日暴雨量，分析結果如表3所示上述五種機率分佈對所有樣本數列並不具有絕對的最佳適合性，故以標準誤差(SE)做密合度檢討比較，選擇標準誤差(SE)最小之機率分佈頻率分析結果依據「水土保持技術規範」(民國89年6月)，及「非都市土地開發審議規範」(民國88年9月)等相關規定，山坡地開發排水系統應按25年發生頻率之暴雨強度設計，故本文乃採用25年頻率之暴雨量作為評估水文因子之基準從表3頻率分析結果得知，新店粗坑與龜山兩站25年頻率日暴雨量幾乎相同，故採用平均值為377mm。

三) 雨型分佈引用「台北地區設計暴雨之研究」(王如意等，民國82年)報告中，粗坑站之Horner降雨強度公式分析Horner降雨強度公式如下： (粗坑站)式中：：25年頻率降雨延時t內平均降雨強度(mm/hr) t ：降雨延時(min)推求24小時雨型之步驟如下：1. 依下列原則選擇雨型之單位時間刻度△D，6hr

本文降雨損失之估計將採用美國水土保持局(U.S. Soil Conservation Service)開發之SCS逕流曲線法估算茲將此估算方法說明如下：美國水土保持局利用多次降雨與超滲降雨紀錄，作成累積有效降雨量與累積降雨量之相關曲線圖(詳圖三)，其計算公式如下： 式中：累積有效降雨量(mm) ：累積降雨量(mm) ：土壤最大滯流量(mm)，由逕流曲線係數CN求得逕流曲線係數，由土壤種類、地表覆蓋、土地利用與臨前降雨等條件決定五)逕流曲線係數CN值研判CN值為逕流曲線係數(無單位，0≦CN≦100)，完全不透水鋪面之CN=100，自然土壤之CN<100，美國SCS建議CN值可由土壤分類及土地使用情況決定之，本文參考美國SCS之CN值所擬訂之台北縣地區逕流曲線係數CN值詳表4本研究採用農委會林務局之土地利用型圖及土壤圖電子檔，並配合像片基本圖研判，便可求算各集水分區現況之CN平均值六)三角形單位歷線三角形單位歷線在海島型小集水區之暴雨逕流歷線分析為一切合實際且頗為簡便之分析方法，其方法係假設單位時間有效降雨量所形成之流量歷線呈三角形，其形狀依美國水土保持局（U.S. Soil Conservation Service）之經驗公式推定。

經驗公式如下：式中：歷線基期(hr)：歷線洪峰時間(hr)：集流時間(hr)：集水面積(km2)：單位降雨量(mm)：洪峰流量(cms)：單位降雨延時(hr)依據民國82年水利處「三角型單位歷線參數之研究」報告，水利處以全省之無因次單位歷線，推得台灣地區平均之三角形單位歷線Tb=3.277Tp，故本研究乃採用Tb=3.277Tp修正上述經驗公式中之Tb=2.67Tp，推導得該集水分區之三角形單位歷線，如圖四七)水文評估量化表之建立由前述日暴雨量及選用雨型，可得知各時間單位之降雨量，今假設不同的CN值，再依SCS逕流曲線法估計降雨損失，即可估計各時間單位之有效降雨量再配合三角形單位歷線的疊加演算，即可得不同CN值對應的尖峰流量及逕流歷線整個計算流程如圖五所示，每個集水分區均可依此計算模式，將成果建立成一個不同CN值對應不同尖峰流量的「水文評估量化表」八)水文可開發空間評估採用農委會林務局之土地利用型圖及土壤圖電子檔，並配合像片基本圖研判，可依表4之原則，求算得各集水分區現況之CN平均值再查對前述所建立之「水文評估量化表」，可得到一25年頻率之尖峰流量，此尖峰流量與下游排水出口計畫流量作一比較，詳如表5。

利用排水出口計畫流量減去25年頻率尖峰流量，再除以排水出口計畫流量所得之百分比，可代表此集水分區「水文可開發空間」的大小從比較表5中得知，水文可開發空間呈現負百分比的，新店地區有3個集水分區，而其中比較嚴重的地區，即「水文可開發空間」＜－20﹪的集水分區07四、結論與建議1. 目前對山坡地開發產生逕流量變化的規範，在非都市土地開發審議規範及水土保持技術規範中，明訂基地開發後之洪峰流量不得大於開發前之洪峰流量但是滯洪池之功能是「滯洪」並非全等於「蓄洪」，假設滯洪池功能完全發揮，緊鄰基地下游對外之排放洪峰流量雖然不會增加，但是總逕流體積還是會增加，除非此增加的逕流體積被蓄存起來，否則對更下游的排水系統容量而言，並無法保證其不受影響故就總量管制的觀點，本研究擬以一個涵蓋基地開發範圍，更大尺度的集水分區、更下游的排水出口容量來限制開發，而暫時忽略小尺度各開發基地滯洪池本身的效應本研究之水文評估模式中，雖然未將滯洪池效應納入，但是有「總量管制」在先，「水土保持技術規範」在後，兩者雙管齊下、相輔相成，仍可從點到面達到管制山坡地開發之目的2. 近年來參考國外案例，有些專家學者提出所謂「零增流量」觀念，就是在開發新社區時，要求居民在屋頂用容器蓄水，或建造蓄洪池，在社區中就把水蓄起來。

本研究之水文評估模組中，所求算得到的開發前、後總逕流體積的差異，恰可視為是因開發行為所增加的逕流體積此增加的逕流體積，建議將成為規劃蓄洪池容量大小之主要依據誌謝本文撰寫期間承蒙台北縣政府提供諸多寶貴資料及本司同仁於本研究計畫執行時給予指導與協助，使本文得以順利完成，在此一併致謝參考文獻(1)台北縣政府，「台北縣山坡地建築開發總量管制研究計畫」(2001)2)行政院農業委員會，「水土保持技術規範」（2000）3)台灣省水利局，「三角形單位歷線參數之研究」（1993）4)台灣省住都局，「新店鎮雨水下水道系統規劃報告」（1979）5)Ven Te Chow，「APPLIED HYDROLOGY」，McGraw-Hill Book Company（1988）。