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滯洪設施規劃之探討滯洪設施規劃之探討
國立中興大學水土保持學系
學生姓名:凃世本
學號:59742108
98年5月2日
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一、一、前言前言
三、暴雨逕流減輕對策三、暴雨逕流減輕對策
四、四、滯洪池規劃設計規範滯洪池規劃設計規範
五、五、滯洪池規劃實務滯洪池規劃實務
目目 錄錄
二、二、都市化對暴雨逕流之影響都市化對暴雨逕流之影響
六、結語六、結語
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一、前一、前 言言
台灣因地狹人稠,自然資源有限。隨著經濟快速發
展,集水區大肆開發,原來具有含蓄水源、降低洪
峰之天然水庫(森林及水田)面積大幅減少,建築物
及道路等不透水面積增加。致使逕流快速匯集洪水
量暴增,下游既有防洪及排水設施無法負荷,洪水
災害加劇。
為減輕都市開發對既有防洪設施之衝擊,開發地區
應妥為規劃設置各種減洪措施,對開發所增加之暴
雨逕流有效加以控管,以降低下游排水負荷。
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一、前一、前 言言
基隆河沿岸高度開發,導致洪水災害逐年加劇
五 堵5.4 4.3 2.9 3.2 淹水深度(m)
竹子湖1270 921 810 1600 降雨量(mm)
備 註90年納莉颱風87年瑞柏颱風85年賀伯颱風76年琳恩颱風歷年颱風
大台北地區納莉颱風大淹水
五堵
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二、都市化對暴雨逕流之影響二、都市化對暴雨逕流之影響
1.洪峰時間提前,洪峰流量增大
2.入滲量減少,逕流體積增加
由於開發後集流時間縮短所致。開發
後地表粗糙度減小、排水路改善施設
內面工、排水收集系統密佈,造成地
表漫地流及排水路渠道流速加快、集
流時間縮短,逕流迅速集中,洪峰流
量暴增。
由於開發後建築物、道路、停車場之
興建,不透水面積增加,入滲量減少
所造成。
開發前
開發後
【取自Kibler,1982 】
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台灣之河川及排水渠道多數已完成整治,既有排水路
架構已趨定型,受限於用地問題,不易再行大規模拓
寬改建,未來治水理念應朝向綜合治水方式辦理。
綜合治水主要在於降低河川排水負擔,使排水路得以
在既有基礎上承受更大規模之洪水事件;亦即說,經
由蓄洪、減洪與分洪而達到防洪減災功能。對於都市
發展地區應規劃設置各種滯蓄措施,承納開發所增加
之逕流,避免增加下游排水負擔。
三、暴雨逕流減輕對策三、暴雨逕流減輕對策
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降 雨
葉面截留
地表入滲地表滯留河 川
水庫湖泊
海 洋
水
資
源
利
用
攔河堰
河
川
排水路
葉面截留
河 川 地表滯留
水
資
源
利
用
河
川
滯洪設施
引水道
人工湖
滯洪池
透水舖面
降 雨
雨水貯留
海 洋
地
表
入
滲
分水路
水
資
源
利
用
水庫湖泊 排水路
攔河堰
傳統與綜合治水思維方向之差異
傳統治水思維 綜合治水思維
三、暴雨逕流減輕對策三、暴雨逕流減輕對策
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綜合治水對策示意圖
三、暴雨逕流減輕對策三、暴雨逕流減輕對策
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降低開發區暴雨逕流之方法
(1)減緩地表坡度
(2)減緩水路坡降
固床工、跌水工
(3)增加流路長度
(4)增加地表粗造度
加強人工植生
(5)增加透水性鋪面
植草磚、透水瀝青混凝土
(7)自然綠地及植生保存
三、暴雨逕流減輕對策三、暴雨逕流減輕對策
1.地表改良措施
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(1)滯洪池(2)生態入滲調節池
(3)人工濕地
(4)入滲溝、入滲乾井
生態入滲調節池生態入滲調節池
降低開發區暴雨逕流之方法
三、暴雨逕流減輕對策三、暴雨逕流減輕對策
南科B滯洪池
南科D滯洪池
2.滯蓄入滲措施
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雨水貯留設施示意圖
降低開發區暴雨逕流之方法
3.建築物雨水貯留設施
依現行建築物雨水貯留利用
設計技術規範,其適用範圍為
總樓地板面積達30,000m2以上
新建建築物。除水源利用外如
能配合防洪需求運作,將可有
效降低暴雨逕流。
對於一般大樓或住宅建築,可
朝修改建築法規,明定新建或
重建之建物皆應設置雨水貯
留設施,滯留部份雨水,共同
分擔防洪責任。
三、暴雨逕流減輕對策三、暴雨逕流減輕對策
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四、滯洪池規劃設計規範四、滯洪池規劃設計規範
第二十一條:基地開發不得妨礙上、下游地區原有水路之集、排水功能。
第二十二條:基地開發後,包含基地之各級集水區,以二十五年發生一次暴雨產生對外排放逕流量總和,不得超出開發前之逕流量總和。並應以一百年發生一次暴雨強度之計算標準提供滯洪設施,以阻絕因基地開發增加之逕流量,有關逕流係數之採用,得參考行政院農業委員會訂頒之水土保持技術規範,並取上限值計算。
1.非都市土地開發審議作業規範
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四、滯洪池規劃設計規範四、滯洪池規劃設計規範
第 九十五條:滯洪設施之規劃設計原則如下:一、基地內既有排水單元(不得人為截水),區內如無任何
整地行為,則該區得不設置滯洪設施。二、基地開發後之出流洪峰流量應小於入流洪峰流量百分之
八十,並不得大於開發前之洪峰流量。且不應超過下游排水系統之容許排洪量。
三、滯洪設施之最大洪峰流量,得依合理化公式估算之。其入流歷線至少採重現期距五十年以上之洪水,出流歷線則為重現期距二十五年以下之洪水。滯洪設施對外排放之洪峰流量,不得超過開發前之洪峰流量。
四、排水口之設置,應在容許排放量內能發揮其排放效率者為佳。
2.水土保持技術規範
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五、滯洪池規劃實務五、滯洪池規劃實務
1.滯洪池形式(依蓄水狀態區分)(1)乾式滯洪池:洪水期間才蓄水,平常不蓄水,池內綠地空間平常未下雨時可供休閒活動等多功能使用,但安全之管理須特別加強。
(2)濕式滯洪池:平時即保持池內有水狀態,其低水位之蓄水量可營造類似生態池或小型湖泊,生態效果優於乾式,由於平常有蓄水,對於一般人而言很容易理解是一個水池。
南科滯洪池
中科滯洪池
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五、滯洪池規劃實務五、滯洪池規劃實務
1.滯洪池形式(依洪水進入方式區分)(1)在槽式:直接在排水路上構築欄水堰,並將河道拓寬,以蓄存洪水量,進而延遲及降低下游水路之洪峰流量。適合於坡度大之排水。
(2)離槽式(側溢式)於排水路堤岸兩旁佈設滯洪池,並設置溢流堤,當洪水量超過下游容許排放量時,即可側溢進入滯洪池內。較適合於坡度小之排水。
Q(cms)
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五、滯洪池規劃實務五、滯洪池規劃實務
2.逕流量推估(合理化公式法)適用於小集水面積之逕流推估,其隱含之基本假設條件包含:
(1)降雨強度與逕流產生機率相同。(2)當降雨延時等於集流時間集水區出口之逕流率達最大。(3)降雨空間分佈均勻。(4)降雨強度在集流時間內為定值。
Qp = 1/3.6 × C × I × A式中Qp:洪峰流量(cms)C :逕流係數I :降雨延時T等於集流時間Tc平均降雨強度(mm/hr)
Tc :集流時間(hr)A :集水面積(km2)
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五、滯洪池規劃實務五、滯洪池規劃實務
逕流係數C之採用可參考水土保持技術規範,或都市雨水下水道規劃之採用值
降雨強度I
採用Horner降雨強度公式:I=a/(Tc +b)c
a,b,c 為常數,參考鄰近自記雨量站之分析值
集流時間Tc加州公路局公式 :Tc = (0.87L3/H)0.385
L:集水區內最上游至排水出口之水平距離(Km)H:集水區內最上游至排水出口之高程差(m)
Rziha公式: Tc = L/WW = 72(H/L)0.6L:集水區內最上游至排水出口之水平距離(Km)H:集水區內最上游至排水出口之高程差(Km)
2.逕流量推估(合理化公式法)
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五、滯洪池規劃實務五、滯洪池規劃實務
2.逕流量推估(三角型單位歷線法)
三角型單位歷線基本公式
Qp=0.208×A×Re/TpTp=D/2+0.6TcTr=1.67TpD=0.133TcRe =超滲雨量(mm)A =集水面積(km2)
D Re Q
D/2 0.6Tc
Qp
Tp Tr T
一般開發區域所屬之排水系統,大多未設置水位流量站,逕
流量分析通常需由降雨量推估。三角型單位歷線法適合於海島型
集水區之暴雨逕流歷線分析,其方法係假設單位時間超滲降雨量
所形成之流量歷線呈三角型。由地表覆蓋與集流時間之改變,
即可求得開發前、後排水出口之洪峰流量及逕流歷線。
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設計雨型
採三角型單位歷線法估算逕流量,需搭配降雨之雨型套
入單位歷線演算。排水規劃通常採用24小時雨型。
(1)數場暴雨資料設計之雨型 (2)雨量強度公式設計之雨型
五、滯洪池規劃實務五、滯洪池規劃實務
26.69
0
5
10
15
20
25
30
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
時間(hr)
降雨
百分
率(%
)
17.41
0
5
10
15
20
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
時間(hr)
降雨
百分
率(%
)
2.逕流量推估(三角型單位歷線法)
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集流時間Tc
開發前可採用加州公式或Rziha公式估算開發後可採用漫地流公式+渠道流速法:
6.917 T1= ×(n×L/S00.5)0.6 Ie0.4
(1)漫地流公式-流入時間 (2)渠道流速-流下時間
T1 :漫地流流入時間(min)Ie :超滲降雨強度(mm/hr)n :地表之曼寧粗糙係數L :漫地流長度(m)S0 :地表之平均坡度(m/m)
T2 :排水路流下時間(min)Li :第i段排水路長度(m)Vi :第i段排水路平均流速(m/s)N :排水路總分段數
1 N Li T2 = Σ 60 i=1 Vi
五、滯洪池規劃實務五、滯洪池規劃實務
2.逕流量推估(三角型單位歷線法)
-
降雨損失採用美國水土保持局開發之SCS曲線號碼法,估算開
發前、後不同地表覆蓋之超滲降雨量。
Pe :累積超滲降雨量(mm)P :累積降雨量(mm)S :包括初期扣除量之最大滯流量,由曲線號碼(CN)求得CN:SCS曲線號碼,曲線號碼是由土壤種類、地表覆蓋、耕
作方式、土地利用與臨前降雨等條件決定
(P-0.2S)2 Pe= P+0.8S
25,400 S= -254 CN
五、滯洪池規劃實務五、滯洪池規劃實務
2.逕流量推估(三角型單位歷線法)
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五、滯洪池規劃實務五、滯洪池規劃實務
不同土壤種類、地表覆蓋、耕作方式及與土地利用情況之 SCS 曲線號碼(正常臨前水份情況Ⅱ註 7,Ia=0.2S)
土 壤 分 類 土 地 利 用 情 形
A B C D耕地註 1:無保護措施 有保護措施(如等高耕及台地)
72 62
81 78
88 78
9181
牧草地或放牧地:不良情況 良好情況
68 39
79 61
86 74
8980
草地:良好情況 30 58 71 78森林:稀疏、少護蓋、無護蓋物 良好護蓋註 2
45 25
66 55
77 70
8377
空地、林間空地、公園、高爾夫球場、墓地等: 良好情況:草地護蓋超過 75%之面積 稍好情況:草地護蓋 50~75%之面積
39 49
61 69
74 79
8084
商業區(85%面積不透水) 89 92 94 95工業區(72%面積不透水) 81 88 91 93住宅註 3: 平均每塊建地大小 平均不透水面積%註 4 ≦1/8 英畝 (506m2) 65% 1/4 英畝 (1012m2) 38% 1/3 英畝 (1349m2) 30% 1/2 英畝 (2024m2) 25% 1 英畝 (4047m2) 20%
77 61 57 54 51
85 75 72 70 68
90 83 81 80 79
9287868584
舖石(混凝土或柏油)停車場、屋頂、道路等註 5 98 98 98 98街道: 舖石(混凝土或柏油)道路及雨水下水道註 5 碎石道路 泥土道路
98 76 72
98 85 82
98 89 87
989189
註:1.更詳細耕地土地利用之曲線號碼,請參考美國水土保持局之資料。 2.良好護蓋係以牧草、雜物及灌木護蓋土壤。 3.曲線號碼之計算係假設逕流從房子及車道直接流向街道,僅少部分屋頂雨水直接流向草地增加入滲。
4.保持透水面積(草地)之曲線號碼視為良好牧草之情況。 5.在某些熱帶氣候地區曲線號碼可採用 95。 6.上述土壤分類情形如下表: 土壤分類 最小入滲率(mm/hr) 土 壤 質 的
A 7.6~11.4 深層砂土、深層黃土、集合沉泥。 B 3.8~7.6 淺層黃土、砂質壤土。 C 1.3~3.8 黏質壤土、淺層砂壤土、低有機含量壤土、高黏土含量壤土D 0~1.3 潮濕時膨脹之土壤、高塑性黏土、鹼土。 7.土壤臨前水分情況分類表
5 天前之降雨量 情況 說明
冬眠季節 生長季節 Ⅰ 集水區土壤乾燥,但未乾到凋萎點。 13mm 以下 36mm 以下 Ⅱ 每年一般情況之洪水。 13mm-28mm 36mm-53mmⅢ 在前5天下過大雨或在低溫時下過小雨 超過 28mm 超過 53mm
SCS 曲線號碼與累積超滲降雨量及累積雨量之圖解方法
2.逕流量推估(三角型單位歷線法)
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五、滯洪池規劃實務五、滯洪池規劃實務
3.滯洪容量估算(依水土保持技術規範)參考水土保持技術規範第96條,滯洪池容量估算方式如下:
時以上設計基期至少應採一小基於安全考量小時基期
秒立方公尺開發後之洪峰流量
秒立方公尺開發中之洪峰流量
秒立方公尺開發前之洪峰流量
立方公尺永久滯洪量
立方公尺臨時滯洪量
,),(:'),/(:),/(:),/(:
),(:),(:
3
2
1
2
1
b
S
S
tQQQVV
36002
(' )121 ×
−=
QQtV bS 36002
(' )132 ×
−=
QQtV bS
開發前及開發後之洪峰流量依合理化公式計算求得
基期tb'依下列公式計算:
tb’ = 2.67 tp tp= tc+0.6tc√
不得超過下游排水路之容許排洪量
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五、滯洪池規劃實務五、滯洪池規劃實務
3.滯洪容量估算(依逕流歷線演算)由三角型單位歷線法求得開發前及開發後之逕流歷線,估算滯洪池容量。
在槽式滯洪池 離槽式滯洪池
0
20
40
60
80
100
120
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
時間(hr)
流量
(cms)
開發前
開發後
滯洪容量
0
20
40
60
80
100
120
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
時間(hr)
流量
(cms)
開發前
開發後
滯洪容量
※滯洪池之開挖深度(計畫呆水位)如低於下游排水路渠底高程,不適合採用在槽式。
※離槽式滯洪池可降低滯洪容量
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五、滯洪池規劃實務五、滯洪池規劃實務
4.滯洪池面積滯洪池面積依所需之滯洪體積及有效蓄水深度求得(A=V/H),為預留環境營造空間通常約需增加20%之空間,作為滯洪池之計畫面積。滯洪池有效深度H由計畫呆水位及計畫滿水位決定。計畫呆水位須考慮因素如下:
1.應高於豐水期之地下水位。2.無抽排之情況應高於下游排水路渠底高程。計畫滿水位須考慮因素如下:
1.需低於基地高程,通常低於基地高程1公尺以上。2.離槽側溢式滯洪池需<或=溢流堤高度。
計畫滿水位
計畫呆水位H
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五、滯洪池規劃實務五、滯洪池規劃實務
5.入口型式 (離槽式滯洪池)(1)自然溢流方式:超過開發前洪峰流量或下游渠道容
許排放量部份,設置溢流堤(堰)溢流進入滯洪池。
(2)閘門控制:利用閘門之啟閉,調整滯洪池之入流量。
溢流堤所需長度,可採用寬頂堰公式計算
Q=1/2 × Cc × L × (2g)1/2 × H3/2
Q:最大溢流量(開發後洪峰流量-開發前洪峰流量)Cc:堰流係數 0.3~0.4L :溢流堤長度H:溢流水深(開發後洪峰流量於計畫渠道產生之洪水位
-開發前洪水量於計畫渠道產生之洪水位)溢流堤之設計高度:依開發前洪水量於計畫渠道產生之洪
水位決定
排水渠道滯洪池
越流堤
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五、滯洪池規劃實務五、滯洪池規劃實務
(1)矩形開口:滯洪霸矩形開口之出流量與水位高之關係,經室內實驗可
以下式決定。
重力壩: Q=2.09 B H1.73懸臂式壩:Q=2.36 B1.13 H1.53
式中 Q:流量(cms)B:開口寬度(m)H:開口以上水位高度(m)
開口之設計寬度依最大排放量與計畫滿水位決定
(2)壓力孔口:圓形開口之出流量與水位高之關係如下式
Q=2.78 D2 h0.5式中 D:孔口直徑(m)
h:孔口水頭高度(m)
6.出口型式
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五、滯洪池規劃實務五、滯洪池規劃實務
6.出口型式(3)閘門控制:
離槽式滯洪池出口係於排水路洪水消退後再行排放,故出口通常
採用閘門方式控制。閘門之設計寬度應考慮最大排洪量不得大於
下游容許排放量。閘門之出流量與水位高之關係可依下式決定:
當Ho>2/3Hi Q=C×Ho×B×(2gH)0.5
當Ho≦2/3Hi Q=1.704×C×B×(Hi)1.5
式中
Q=閘門流出量(cms) H=Hi-HoHo=外水位與閘門底檻高程之差(m)Hi=池內水位與閘門底檻高程之差(m)B=閘門寬度(m)C=流量係數0.7~0.9
內水 外水
Vi HiHo
滯洪池
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五、滯洪池規劃實務五、滯洪池規劃實務
7.滯洪池入、出流演算滯洪池之設計的主要控制參數為入流量、出流量、滯洪體積及滯
洪池水位,演算的控制公式如下:
式中,△T=演算時距(hr)△S=演算時距△T之蓄水體積變化(m3)I1、I2=演算時距△T前後之入流量(cms)O1、O2=演算時距△T前後之出流量(cms)
I1及I2可由水文分析結果中之設計重現期距流量歷線,依時距得之。滯洪演算時尚需準備滯洪池的水位與滯洪體積關係曲線(H-V曲線),及滯洪水位與出流量關係曲線(H-O曲線)。滯洪池出流量可參考前述不同出口型式計算,滯洪演算目前已有許多腦程式可供使用。
TOOTII
S Δ×+−Δ×+
=Δ2
)(2
)( 2121
-
五、滯洪池規劃實務五、滯洪池規劃實務
8.滯洪池規劃設計原則(1)依據當地之地形、地質條件及土地利用情形、排水系統等,選
定滯洪池位置,一般設置於開發區排水路之末端下游較低處,
以利雨水自然匯入。
(2)開發區經滯洪池滯洪後,出流之洪峰流量不得大於開發前之洪
峰流量(以設計之保護標準洪水為準)。
(3)在低窪地區開發填土所增加周邊地區淹水之體積,亦需由滯洪
池承納。
(4)滯洪池之設計容量宜依各項放流限制,經降雨逕流模擬演算及
淹水分析後決定。
(5)滯洪池為增加其入滲量,池底不加襯底,必要時,亦可設置增
加池底入滲之設施。
(6)滯洪池出流口之設計應配合滯洪池容量,在下次暴雨前能盡速
排除滯洪體積,但不得超過下游排水容許排放量。
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五、滯洪池規劃實務五、滯洪池規劃實務
8.滯洪池規劃設計原則(7)位於坡地排水之滯洪池,於滯洪池入口處應考慮設計沉砂設
施,以利泥砂清淤。
(8)為改善滯洪池水質,增加生態及親水功能,於設計時應考慮水質自然淨化設施。水生植物(蘆葦、田字草、香蒲)、人工浮島、礫間接觸
(9)滯洪池設置除確保減洪防災功能外,同時考量居民生活的空間需求。雨季時可作為滯洪功能,蓄存之雨水可藉灌溉給水路補
充下游灌溉用水或其他次級用水;平時亦可作為兼具景觀、親
水、休閒、遊憩、運動、生態等多目標功能之滯洪池。
(10)滯洪池設計時,應依入口及出口型式,擬定相關之超作規則,作為運轉操作之依據。
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五、滯洪池規劃實務五、滯洪池規劃實務
9.滯洪池規劃設計注意事項(1)築堤式滯洪池應設置溢洪設施以確保堤防之安全。(2)計算滯洪池之有效容量時,滯洪池有效蓄水之最低蓄水位不應低
於當地地下水豐水期之平均地下水位。
(3)永久性滯洪池之周邊應設置圍籬、警告標語及安全爬梯等防護設施。池面周圍宜設置植生綠帶,以增加池邊之穩定,並減少泥沙
之流失。
(5)臨時性之滯洪池,必須在所有整地工程完成,且基地植生達規定覆蓋率後,才可填平或廢除。
(6)離槽式滯洪池之設計呆水位如低於下游渠底高度時,則須設置輔助水站抽排,於下次洪水來臨前啟動抽水機排空,以滿足計畫蓄
洪量。
(7)兼作景觀、遊憩、休閒、運動等多功能設計之滯洪池,應設置洪水警報設施,以維護人員之安全。
-
六、結語六、結語
一、集水區開發(都市化)後將造成暴雨逕流迅速集中,洪峰
流量暴增,導致下游現有排水設施無法負荷或保護標準
降低。為減輕開發對下游排水之衝擊,開發區必須採取
妥善的減洪措施。
二、滯洪池主要功能為降低及延緩洪峰,減輕下游洪水災
害。附加功能包含水源利用、水質淨化、沉砂、生態、
景觀、休憩等。
三、滯洪池為降低暴雨逕流最常用之方法,惟其較適用於大
範圍之開發區。對於小範圍開發基地或都市計畫區內建
築用地,目前尚無逕流管制規範,建議朝修改建築法
規,訂定建築物雨水貯留設施規範,分擔防洪責任。
四、滯洪池用地之設置將增加開發成本,為降低土地成本,
開發區之公園綠地應盡量配合滯洪池之位置加以劃設。
五、滯洪池完工後,需有經常性之維護管理作業,以確保防
洪功能。