台灣都會地區運用LID之挑戰與案例成效


GREEN BUILDING 綠建築電子刊 2021 NOV-JAN Vol.070
819 2022-01-05

受訪者:

台灣大學水工試驗所邱昱嘉副研究員

資料及圖片來源:

台灣大學水工試驗所邱昱嘉副研究員

文字整理:

棲位工作室_呂慧穎



中國鄭州市的嚴重水患,彷彿警鐘,再次提醒人們全球氣候變遷、極端氣候,以及高度都市化建設對於都會區所造成的深遠影響。面對鄭州市大刀闊斧投入海綿城市建設,卻仍不敵水患的質疑,邱昱嘉副研究員耐心道出,城市面對暴雨應具有的全面性思考;並以實際數據分享台灣高雄橋頭新市鎮地區實施低衝擊開發(Low Impact Development, LID)技術──透水性鋪面的效益。

▲建築基地LID設施示意圖

 

LID設施定位

 

邱昱嘉認為首先都市治水思維必須從「不會淹水」轉變為建構「不怕淹水」的韌性城市。從過去傳統觀念中的防堵、圍束,轉為推動都市總合治水觀念,以與水共生的思維,兼容工程與非工程措施,並且強調風險分擔概念,以「避災 」及「適災 」的觀念出發,建構在不同程度暴雨下都市應有的容受力和回復力。

他以一張暴雨管理3M系統圖清楚說明了各種水利相關設施在雨水逕流管理上的位階。當我們提出有關鄭州暴雨的疑問時,他將手指點在電腦螢幕之外,「每小時超過200公釐的雨量,已經在這張圖之外了!」需要啟動的是都市災害應變及救災的系統。

邱昱嘉接著指出,以台灣降雨特性、都市型態分析,LID設施可以負擔部分減洪效果,對於高頻率、較短延時降雨量提供蓄水之功能,但無法削減高重現期距暴雨事件的洪峰量。這也點出了3M系統架構的重要性,以及為什麼不能苛責何以海綿城市建設無法應對鄭州水患的緣由。

▲3M管理系統

 

LID設施定位,是在控制雨水逕流基礎上,應用分散式小尺度的就源處理措施。效益包括減洪、水質改善、降低都市熱島效應、增加生物棲地、調節微氣候及提升都市景觀美質等。

以國外的系統而言,LID這類下挖式的設計大約能夠處理3~6個月重現期距的雨量,下水道系統則是2~5年重現期距,一但超過就會運用道路排洪的方式,讓暴雨有地方可以宣洩,之後再慢慢消退。但邱昱嘉表示這樣的級距和道路排洪系統並不適用於台灣,主要是雨量和國情的差異。在台灣LID設施的設計大約是1~2年的重現期,為了容納較高的雨水逕流,除了下挖式的設計外,也會配合建築筏基來進行逕流的調節。

 

LID設施的案例成效

 

為了因應台灣高度都市化環境下對於極端氣候的調適,內政部營建署於2013年起推動水環境低衝擊開發設施相關計畫,以強化都市韌性承洪能力觀點討論LID設施,並逐步整備將LID設施導入臺灣城市開發建設的基礎;於2015年出版了《水環境低衝擊開發設施操作手冊》。

邱昱嘉研究團隊以高雄橋頭新市鎮14條人行步道為例,針對透水性鋪面保水性、路面溫度等特性進行檢測,以瞭解LID設施設計在相應降雨量下的表現,以及對於都市氣候的影響。人行步道包含了3類鋪面層:透水磚鋪面、JW鋪面(空調導水舖面)與透水瀝青鋪面,3類底層級配料與3種不同級配層深度之搭配。

一般道路為滿足其使用目的,底層設計必須具備一定的承載力,級配料填築後最大乾密度通常達到95%,如此一來滲透性及雨水涵容能力就會大幅下降,無法滿足透水鋪面性能要求。為驗證底層級配料類型與透水鋪面的合適性、施工可行性和效益,14條人行步道分別使用3類特殊底層級配料,包括參考「美規 ASTM #57」、「日規 JIS A5001 C40」、「工程會 02726章級配粒料 第一類B型(以下稱 I-B級配 )」之施工準則。

「ASTM #57」為不含砂之碎石級配,為營建署出版之《水環境低衝擊開發設施操作手冊》中建議可使用於透水面底層,一般認為孔隙率超過 25%。「C40」為日本道路用碎石級配,C40表示最大粒徑為40mm。

級配層深度配置分別使用30cm、50cm與70cm,3種底層深度,以了解使用在人行步道時是否能提供足夠強度與耐久性,以及該區降雨條件與級配層貯水空間是否匹配。

▲級配料外觀

 

從級配層水位的測量結果可以發現,降雨時蓄水量曲線明顯上揚,雨勢減弱或放晴後蓄水量曲線平緩下降(如下左圖所示)。而從貯水量變化速度分析則進一步呈現貯水量變化與降雨強度之關係(如下右圖所示),最大入流速度(正值)超過 3m3/5min,排出速度(負值)則僅入流的六分之一,顯示LID設施具有快儲緩排的效果。

▲降雨與級配層貯水量曲線(左);降雨與 貯水量變化速度曲線 水量變化速度曲線(右)

 

以雨水入滲之能力而言,透水瀝青鋪面最易讓雨水進入,其次為JW鋪面,最末是透水磚鋪面,透水磚鋪面中,又以使用I-B級配者入滲力最低。然而JW鋪面因為通透性高,排出速度也高;同樣地,入滲率較差的I-B級配,排出速率也低。由於貯集量為入滲與排出速度之差異所構成,總和表現以透水瀝青鋪面最佳。

研究團隊在其中一個樣區進行路面溫度的量測。以晴天來說,透水性鋪面與一般柏油路面的溫差平均差可達5℃之多;反之在陰雨天則差異不大。從而證實透水性鋪對於環境溫度(如熱島效應)具有改善成效,對於台灣這樣一個高度都市化的國家而言,無疑是一項福音,若能增加都市中有效之透水性鋪面面積,相信對於居住舒適度能有一定的幫助,就公衛層面而言也能降低都市熱危害的影響,對於都市居民的健康也具有正面效益。

 

▲氣溫與降雨紀錄圖(以R9站為例)

▲降溫效益歷時圖(以R9站為例)

 

推動LID的挑戰

 

當問到LID設施對於水的處理究竟是以量或是以質為重,「沒有水量就沒有水質」是邱昱嘉給出的答案。以台灣大學舟山路生態池設計為例,生態池本身是重現瑠公圳的部分段落,但因為沒有水源而造成汰換率偏低,「水一但不流動,三天就會出現孑孓」,因此利用大學考試中心建築下方筏基內的儲水作為補注,增加生態池水的汰換率,改善原有的水質狀況。

邱昱嘉也分享國外LID最初的發想確實從水質出發,為了提高環境品質,而重視雨水逕流的水質同時兼顧社區的綠美化,因此導入BMPS,結合不同的專業討論出最佳水質改善方案,當中就包含LID。而台灣LID的推動一開始就是由「量」出發,但並非「質」不重要,而是牽涉到政府專業分工體系的問題,「水量」相關的設施建設在都市計畫區域為營建署管轄,在非都市計畫區則多屬於水利署;而「水質」管理則屬於環保署管轄範疇。

至目前為止台灣的LID設施設置標準中,確實尚未有「水質」方面的相關規範。若要在水環境管理上兼顧質與量,尚賴部門間的整合對話和協商共識。

台灣目前推行LID設施主要仍以公共工程為主,至於私人住宅或是建案主動進行相關設計的仍然屈指可數。邱昱嘉認為這是由於LID更趨向於解決生活品質尺度的問題,就例如下一場半大不小的雨,LID「快貯緩排」的特性,能夠維持日常生活通行或活動區域的順暢、不積水,儲留下來的雨水能夠緩慢地過濾滲透,增加景觀的多樣性和環境的生態性,同時調節微氣候。邱昱嘉說到,畢竟「住」是先求有、再求好,因此在美國LID設施仍多屬於「有錢人」的居住環境改善範疇,許多房地產也因為LID設施認證而獲得一定程度的加值。

但在台灣,邱昱嘉期待能夠打破這個窠臼,主要因為台灣的開發密度較高(容積率高),因此LID設施的平均成本能夠降低,他則建議合理的LID設計面積,大約落在設施集水面積的1/10~1/4。另外他也指出,LID「設施」需要一定的養護,若能透過立法,將其納入消防安檢的一環,就能夠從公寓大廈管理機制中獲得較穩定的維護經費。

由於氣候環境條件與國情不同,LID在台灣的發展與歐美略有差異,但其在水資源管理、環境、社會層面上的多方效益業已從諸多案例中獲得證實,未來,台灣如何整合都市規劃、都市設計、建築與景觀規劃設計等層面,善用LID做到雨水逕流的就源管理,並且達到環境效益的共享,是值得持續努力的目標。就像邱昱嘉副研究員所說「平易的價格、貴婦級的享受」,在合理的成本下,追求水環境的質與量,讓LID造就的好環境非富人所獨享,而能嘉惠更多人,或許是推行LID的下一個願景。

 

 

 

819 2022-01-05

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