考量內外水動態模擬下之逕流分擔策略成效評估

Abstract

在都市化與氣候變遷影響下，由於既有基礎設施老化與預算考量，將使得都市暴雨管理面臨極大挑戰。新興的暴雨管理策略隨之發展，其中低衝擊開發(LID)有透水及分散式管理的優勢，除了達到暴雨管理及水質改善的效果外，常伴有環境綠美化及微氣候調節等效益。而水利法於民國107年修法新增了逕流分擔與出流管制專章，其中逕流分擔策略是以土地與水道共同承擔洪水觀念，利用既有公有設施空間規劃逕流抑制(如LID)、逕流分散、逕流暫存(如滯洪池)及低地與逕流積水共存措施，以提升城市韌性。 逕流分擔策略中，現行洪水演算主要使用SOBEK模式，受限於模擬範圍與計算成本，僅能概估淹水區域之逕流分擔需求量，而後以估算公式計算LID設施與滯洪池的分擔潛能量，其與實際淹水區域與措施具有空間分布上的差異。在淹水改善效益評估，過往洪水分析均使用洪峰流量、總逕流量及最大淹水情形來評估，這些指標僅代表特定位置瞬時表現，無法掌握降雨事件中的洪水歷程變化。因此，本研究選擇3Di模式作為逕流分擔策略評估工具，提供快速且高精度的淹水模擬結果，並選擇淹水面積、體積以及水文滯留足跡(HFR)指標評估其在事件歷程的改善成效。 3Di模式可於河川與雨水下水道系統匯流處進行動態水位模擬，貼近真實情況。為顯示內外水動態模擬的重要性，本研究以新化區為案例，從水位歷線與淹水面積進行比較，結果顯示雨水下水道系統外水位具有時變性，若以定量的計畫水位作為邊界條件不足以描述洪水歷程，另也容易造成淹水範圍與量體的低估。尤其在高重現期長延時降雨中，外水位與集流範圍的影響更加顯著，說明現地調查與集流範圍劃設工作有其重要性，採用內外水動態模擬對逕流分攤規劃而言有其必要性。 逕流分擔策略擬定過程中，首先須盤點流域內可利用之公有設施土地，依土地利用型態設置透水鋪面、雨水花園及綠屋頂等LID設施與滯洪池並估算逕流分擔潛能量。由於逕流分擔需求量與潛能量有空間分布上的差異，本研究使用3Di模式中間流功能進行LID模擬並修改DEM資料模擬滯洪池設置作為逕流分擔情境，並與現況情境進行比較。結果顯示逕流分擔策略在淹水面積改善的表現，逕流分擔策略優於單獨使用LID或滯洪池，並以10年重現期表現最佳，LID設施則以低重現期表現較佳，在高重現期改善不明顯，但於高經濟價值用地的淹水改善成效仍不容忽視。淹水體積改善方面，大致上與淹水面積趨勢相同，惟改善百分比分析受到空間分布差異影響，還需要進一步釐清。而模擬結果也顯示上游子集水區會先發生最大淹水面積，洪水再往下游傳遞，與下游最大淹水情形會產生時間差，此將可供防災應變時評估利用洪水的時空分布差異，進行資源有效調度。逕流分擔若使用HFR來分析，以5年重現期表現最佳，相較於最大淹水情形更為敏感，且在低重現期情境下更能發揮成效。 本研究使用3Di模式以24小時降雨模擬48小時，處理研究區域內1.68億個DEM像素，計算時間約5個小時，可輸出2m解析度之淹水模擬結果，透過高精度與動態模擬結果顯示，逕流分擔策略將與傳統模擬結果有顯著差異。同時HFR指標能為減洪策略提供一個新思維，相較於淹水範圍與量體更能掌握流域內洪水歷程變化。