淺論低衝擊開發的構想與實務詹明勇

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  發刊期數:第0242期/ 發布日期:2017/09/01

圖一 綠屋頂層級結構配置_pic

一、前言

1996年英國生態學家期刊編輯Simon Fairlie 首次提出低衝擊開發(Low Impact Development, LID)的構想,當時他平鋪直敘的指出:『透過低衝擊開發可以增長環境品質或輕微的損及環境品質(Development that through its low impact either enhances or does not significantly diminish environmental quality)』,這只是一個概念,也並非其獨創的想法。2009年Fairlie 對自己的概念重新闡述為『透過低度或良性的環境影響,允許在讓原本不允許開發的地方進行開發行為(Development which, by virtue of its low or benign environmental impact, may be allowed in locations where conventional development is not permitted)』很顯然,從節制性開發轉變為理智型開發,不是不能利用素地開發,而是透過各種設計與工程方法,讓禁止開發的地方有開發的機會,同時也不會危及既有的環境品質。

在Fairlie之後,美國、加拿大、日本等國家都有相類似的管理概念、手冊、設計準則或是審議規範的出現,剛開始多集中於水環境的面向,例如減少地表逕流的發生、增加入滲的機會、改善水質的程序等。到後來則有微氣候影響的考慮,希望開發行為是友善環境的設計,更希望在工程完工之後可以讓生活環境更舒適。台灣也不落人後,2014年內政部委託計劃完成低衝擊開發(LID)設施的操作手冊,該手冊採納編國外已採行低衝擊開發設施規範,並作成相關圖說。什麼是LID,值得來談一談。

二、構想與工法

LID常見技術包括綠色屋頂(Green Roof)、透水性鋪面(Porous Pavement)、雨水儲集系統(Rainwater Harvesting)、植生滯留(Bioretention)、植物草溝(Vegetated Swales)及自然排水系統(Natural Drainage System)等。其水文功能除可降低都市中的不透水面積,並因利用土壤和植被的蓄存、入滲、過濾和蒸發等功能,而減少地表逕流、延長流徑,進而降低洪峰及增加集流時間;同時透過植物、土壤及土中微生物的過濾、吸附等物理、化學及生物反應,對於暴雨初期,非點源污染最為嚴重的逕流水質改善有極佳效果,而達到減輕下游區排及河川生態環境的壓力。因此LID措施不僅可減少暴雨帶來的都市洪災和水質污染,同時具有生態、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,創造出舒適的都市生活環境和空間。各項設施的基本構想或案例分述如下:

(一)、綠屋頂:在屋頂上方給薄土植栽,透過植栽與土壤的作用,達到建築物隔熱、屋頂滯留雨水減緩逕流集中的可能性。綠屋頂多用於平頂的建築物,大約可以分成植栽層、長介質層、地工織布、排保水層、攔根層、防水層、隔熱層及支撐結構等(圖一)。前述的層狀結構是最嚴謹的設計,也有民眾將其簡化(高架)就可以經營出一個環境友善,節能減洪的綠屋頂(圖二)。

(二)、透水性鋪面在地表非自然結構系統中,創造入滲、截流的可能性。透水鋪面可用於車行道路、人行道、停車場等場所,基於鋪面的用途不同就會有不同的設計概念(圖三)。人行道與停車場較為簡單直接採用透水材料為鋪面基材,就會產生預期的效果,若加上基地的配置(坡度、小花園等)更能增加入滲的可能性(圖四)。

(三)、雨水儲集系統:類似日本的雨撲滿,引進遲緩降雨進入流系統的概念,在遲緩降雨進入排水系統的過程中,若能給予適當的儲存,增加雨水的利用率,也可以減低自來水的使用量,一舉兩得。雨水儲槽常與建築物併用,屋頂的降雨經由雨溝收集進入儲槽,作為後續澆灌、洗車的二次使用(圖五)。雨水儲槽多設置在住宅區、商業區、公共地區或工業區,尤其適用於地價高、土壤入滲能力低或是沒有開放空間可以設置其它入滲設施之地區。在較大的社區或學校,也可以將雨水儲槽至於地下,作為備用水源(圖六)。

(四)、植生滯留:將開發的基地降挖,植生滯留區域就是我們常聽到的滯洪池縮小版;小區域的開發,為了避免增加地表逕流量,就以降挖蓄水的方式將可能迅速流出的逕流先積蓄在植生滯留槽,透過重力入滲與自然蒸發,降低開發可能引起的高洪峰逕流現象(圖七)。植生滯留和雨水花園常常交互使用,大面積的開發才會要求植生滯留的量的計算。透過停車場、車道分隔島或緩衝空間的降挖,形成滯留空間即可蓄積因開發造成的地表逕流(圖八)。

(五)、植物草溝利用寬淺且有地被植物或草皮作為區域排水的途徑。主要著眼在草溝中緩慢的流速可以降低開發區洪峰時間的同步性,同時在草溝中的植生會隔離降雨初期汙染(first flush)的雜物與汙染物進入水體,降低逕流含泥濃度。植生溝略可分為乾式草溝(dry swale)及草溝渠(grassed channel)兩類,乾式草溝基本上是仿生設計(Bionics Design),利用植被、坡降、生長介質等控制水流量與水質;草溝渠則泛指人工構成的溝渠,溝渠的內面工以植生為主要單元,其主要的目的是控制水流量。

(六)、自然排水利用重力方式排除或蓄積降雨的方式,常見的作法是滲透側溝與滲透陰井,經由垂直式的入滲設施可以減緩開發造成的逕流衝擊,同時也可以適切的維持微氣候的友善性。配合前述植生槽溝的構想,除了降挖蓄水之外,進一步可以將進入植生水槽的水導入地下,在地面下用穿孔管兼顧排水地下水入滲的水文行為(圖十二)。社區若有系統性的整理,也可以把屋頂、庭院、車道等地表設施的逕流,經由垂直式的入滲設施引導到礫石層的暫置入滲或進入雨水下水道(圖十三)。

三、LID推動的困境

前面說了LID的許多優點,同時也舉了國外許多成功的案例,為什麼在內政部出版作業手冊多年之後,LID在台灣還是少見?根據文獻與相關資料的彙整,LID確實有許多被檢討或拒絕的情況。這些疑慮有些會因為實施地點的客觀條件確實存在,但有些可能就是刻板印象的誤解。常見的疑慮與相對的論述,可以彙整成下表。

項次 疑慮 相對的論述
1 LID的工程經費相對較高 就單項工程來說可能成立,但是LID減緩環境衝擊或開發後洪水危害,換算出來的效益,也許會讓LID設施成為生命周期成本較低的設計。
2 LID日後的維護不容易 這是確實的現象,草溝需要處理植生問題、雨水槽需要要定期清潔與更新等,部分LID設施確實會增加維護的人力與費用。
3 LID設施似乎不夠堅固 這也是事實,但要認清堅固與安全間的差異,所有的工程設計結果都必須滿足使用者的安全,所以LID所有的設施也必須滿足安全才會被允許施作。設施的堅固性就有較多的討論空間,人行道可不可以給車走,停車場放多大的車載重、用多久需更換一次,就是堅固性的考量。
4 法規的限制 推動LID會讓不喜歡LID工法的人覺得受到約束,因為實施LID工法是自發性的,這種行為多出於組織或小團體的共識,若立法的話會引起較多的爭議。
5 土壤受到汙染的潛勢增加 因為草溝、滯留設施的配置,多數的初期逕流(first flush)會殘留在設施中,沉降到含水層造成地下水汙染的潛勢。這是隱憂但不是事實,初期逕流確實有較多的顆粒性或水溶性汙染物的存在,但多數的汙染物會在滲透的過程中被攔截,不會進入含水層。滯留於表土的汙染物也會植物的吸收而代謝轉換。
6 土地利用的考量 國土較大或人口較稀疏的國家可能較適合LID的推動,但是土地面積狹小的地方(都會區、都會型國家)就會覺得土地已經不夠用,還以土地換取逕流減量,似乎不可行。這是真正困難的所在,都會區才需要LID,但是都會區卻不能實施LID
此時,至少在所有的公共設施(公用停車場、學校、公園)等,都需要將前述的工法納入,才會引起私部門開發者的注目,並透過獎勵措施,鼓勵私人開發行為也從事LID的設計。

很少有一種設計概念可以讓所有人接受滿意的,但是面對土地需求的強度越來愈大,反對土地開發的聲音也從未低調過,兩陣對決不是好現象,也不是解決問題的方式。2009年Fairlie自己把想法修正為『讓不可開發的地方得以妥善利用開發』的敘述,這是因為工法在改變,工程技術與施作工具也在進步中,透過巧妙謹慎的設計,雖不能讓開發行為達到NID(No Impact Development),卻也希望真正達到最低程度的衝擊。

詹明勇

義守大學土木與生態工程學系 副教授

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