全球氣候變遷與過度都市化是現今社會發展所面臨的困境,聯合國於2018年水資源發展報告指出人類賴以生存的淡水資源正以驚人的速度退化,人口成長導致用水量遽增加上嚴重都市化問題,使得水資源無法有效利用與妥善管理,對水環境產生巨大壓力。在過去,高效的雨洪管理應是解決問題的手段之一,但面對極端氣候,當前的防洪工程、水利設施與排水系統已不敷使用,因此雨水管理的觀念也漸有轉變,暴雨控制從傳統的導水與排水轉變為以源頭控制與入滲為主的低衝擊開發技術(LID),其主要概念以分散式設施改善當前土地利用劃分不當之情況,透過增加集水區的入滲或蓄水空間,直接減少地表逕流。LID除暴雨控制的能力外,同時能延緩洪峰及增加集流時間並減少非點源污染,降低暴雨對水環境生態的影響,使開發地區的水文環境儘量回復至開發前之自然水文循環狀態,讓已開發的都市區域達到永續發展目標。
LID不但能提升都市韌性,同時更具有生態、社會和經濟的效益,如緩和都市熱島效應、節省能源、提供都市內動物棲地,並為人民創造出舒適的都市生活環境和空間。傳統雨洪管理的評估往往忽略水質處理與污染物傳輸,多著重於洪峰流量,但洪峰流量僅能代表空間中某個點的水文量,不足以表示暴雨期間的逕流過程。因此本研究的評估除考慮下游整體洪峰流量外,更同時將能代表污染物傳輸過程的污染物質量初期沖刷排放比(MEFF30)與能表示逕流過程的水文滯留足跡(Hydrological Footprint Residence, HFR)納入考量。
本研究以人口密度居台灣之冠的新北市中永和地區為例,主要使用美國環保署(US EPA)的暴雨逕流管理模型(SWMM)進行模擬。並依照該地區所劃分之土地利用,選擇適合的LID設施或是滯洪池進行配置,再以不同降雨強度與延時進行模擬。結果顯示在短延時2至10年重現期的降雨下,LID能發揮較佳之減洪效果,而在25年重現期以上的降雨則建議使用滯洪池因其調洪能力較高;水質處理方面則較為理想,不論重現期之高低LID皆能維持一定比例之減污效益。此外,因為此區域為老舊、高密度開發之行政區,故在其空間有限的情況下,建議使用雨水收集;而在成本有限的情況下,則建議使用綠屋頂,才能發揮最大效益。
在有限的預算下,須深入探討LID配置之區位順序與各元件所能發揮之效益。因此本研究使用多目標基因演算法(MOGA)中之非支配型排序基因演算法(NSGA-Ⅱ),得到最佳空間配置下的成本與洪峰、HFR和 的關係曲線,判斷當LID設置比例達中永和地區可設置LID之面積的80%時,即使再增加預算其減洪與減污之效果已無明顯增加。本研究建議若已削減洪峰流量為主要目標,則應將LID配置於該地區主要輸水路之中上游;若已削減HFR為目標則應配置於輸水路主幹道上游與支線處下游;若以水質為LID之目標,則應考量研究區域之土地利用與人口分布,本篇建議將LID配置於明渠輸水路交集處、輸水主幹中游或人口密度較高處。最後,本研究以蒙地卡羅試驗證明在高度開發且管線老舊又複雜的情形下,LID應配置於不透水率高的區域以增加滯洪減污的功效。
根據 Foster(2006)研究指出,一個擁有韌性的區域,應具備因應災害管理四大階段的能力 —「減災」(Risk Reduction)、「準備」(Readiness)、「回應」(Response)與「恢復」(Recovery)。近年來透過預防災害達到永續韌性的趨勢下,有許多以往不被注意到的議題也漸漸浮出檯面。包括環境生態保護、社區經濟發展、社區生活網路、文化保存以及良善的治理機制和組織配置,而以韌性的角度來看,主要可以分成脆弱度、回復力等兩個層面來評估。鑑於都市對於韌性的需求及觀念的提升,本研究未來將從各個不同的面向著手進行量化研究。針對工程手段、地方社經、社會文化、景觀及社區感知等不同領域進行評估,進一步建立韌性指標以及回饋系統,將防災這項工作變成可量化的,建立易達性、具有信度及效度的綜合韌性指標,作為各都市評估所需強化的韌性能力與管理策略。
(1)利用LID單元結合下水道等基礎設施,本計畫利用數值模式模擬綠色與灰色基礎建設相結合能達到排水防洪、徑流污染控制、雨水資源高效利用等多重目標;
(2)本計畫研發的多目標優化模式可以讓決策者能夠更好地區分都市開發項目間之輕重緩急,使他們能夠透過模式預見各項建設能達到的減洪效果。