排水工程 第一章 緒論

1. 灌溉 積極的水利用【 】 排水 消極的水利用【 】

適當的水量 農業水利

2. 排水 大部分以農作物的生育為前提來考慮 溫潤地帶【 】 （1）水量過多：妨礙透氣性、肥料分解；降低養分吸收利用；

產生有害物質 妨礙生育 （2）質過多：如強酸性之「毒水」處理，海浦新生地之除鹽

乾燥地帶【 】 （美國、中國大陸等，灌溉 農業 排水重要性的突顯）

『何謂鹽土』 地球經過億萬年的演化，鹽分已成【 】，當土壤中的含鹽量超過土壤重量的【 】時，即為鹽土。全世界鹽土主要分布在溫帶、亞熱帶的【 】、【 】地區和【 】、【 】及【 】。目前全球約有近【 】的陸地被不同種類的鹽土所覆蓋。

『鹽土化及鹽害』 因為氣候的改變與人類的土地利用行為不當，導致世界上現有灌溉的土地中，約有一半受鹽土化的威脅。例如隨著人類科技

的發展，各種水壩、河流改道、大型灌溉系統的引入等，造成土

壤中的【 】。如有些土地最後因鹽害而無法耕種。

『土壤水鹽運動』 地表蒸發水分的過程中，鹽分會隨著水分輸送到【 】，當水分蒸發後，鹽分則累聚在土壤表層中。經過降雨或【 】，鹽分又隨著水分滲入到較【 】內，形成土壤中的「水鹽運動」。

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『鹽土的改善』 除了各類【 】與耕作方式的研發與控制，選擇適合鹽鹼土生長的植物，亦是良好的生物措施之一。如種植大麥、

棉花、西瓜、向日葵、蕃茄、牧草等以及田菁等綠肥作物。

3. 排水：地上排水 停滯地表之【 】 地下排水 地下高水位之【 】

4. 排水的方法： （1） 填高法：運他處之土來填，【 】以改善排水條件 工程費高（填土量大） 極小範圍之土地，或無其他更好之法 （2） 明渠、暗渠法

明渠 排除地表水 部分地下水 排往河川、湖泊、海 暗渠 排除地下水 【 】（自然坡度大時） or 【 】

（3） 防止外水入侵法： ◎ 河川洪水、海之高潮位 該地區以小堤防圍住內設承水路

【 】 排向地區外 ◎ 由鄰近高處流進來者 進入前以【 】導向外地

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第二章 排水不良的原因 1. 分為：人為的、自然的

探索原因 最適切之排水方法

2. 排水不良的原因及對策（8 點） （1） 外水位升高，排水地區無法排水

◎ 常發生於大河川【 】之兩岸農地 ◎ 為防逆流，於合流點設【 】 但洪水持久時 排水區低部位淹水

對策 河流修繕；上游設防災壩 降低河川【 】 但是費用龐大，雖有效卻難實施

變更【 】 自然排水或機械排水 （2） 鄰近地區之流出水為主因時

地表水 沿【 】設承水路（catch canal）排往他處 地下水 同承水路之位置，設深的明渠或暗渠（即捕水渠

intercepting drain），導往他處 （3） 排水地區具坡度，降雨時低處積水

◎ 依地形、土質等，分成【 】，個別考慮其排水 ◎ 沿等高線平行設明渠 ◎ 增加田埂高度，抑制流出，將雨水【 】於地區內

（4） 全區低且平，外部之水流入時 周圍築低提 阻絕【 】水入侵 一邊排除【 】之水

（5） 水滲透過河堤造成淹水 ◎ 謀求阻止堤防內滲透之施工法 ◎ 堤內側底端設捕水渠

（6） 地區內排水路不完善 ◎ 斷面過小，流路彎曲，維護管理不良 通水能力下降 積

排水路配置不當 水 以往排水不良地區之排水路多有以上之情形，但從另一角

度來看，其具有 調節洪水瞬間流下時【 】之淹水；使淹水平均分佈全區，【 】受害程度之功能

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若【 】不變，即使局部改良排水路 效果並不大 ◎ 其他原因如： 住宅區、工業區之設置 山林原野之開發 流域條件變動 原有幹線排水路不堪負荷

對策 農地重劃，並改善排水路之斷面、配置等

（7） 海岸低平地帶之淹水 ◎ 潮位上升 無法自然排水 對策 設【 】，待潮位下降 自然排水 依條件併用【 】 ◎ 波浪、季節風 漂沙阻塞排水口 對策 潮汐大者 隨潮位漲落實施【 】

潮汐小者（ 無法『掃沙』以致河口閉塞） 考慮可製造【 】以突破閉塞處之工法 或 於排水口設暗渠以行排水 （8） 鄰近地之受壓地下水造成之淹水（如灌溉水路的漏水 附近耕

地地下水位上升至地表面附近） 對策 謀求【 】水頭之工法

日本案例：伴有水權問題之排水不良地 節省灌溉用水 水路為『灌排兼用』 排水路中設閘門 提高水頭，由上游越田灌溉至下游

若水門打開 下游用水不足故抵制水門開放(因下游亦有水權) 若水門關閉 提高了水位但造成上游地區排水不良而淹水。 對策 策劃兼顧用水計畫之排水規劃，施行灌排水路分離策略。 （9）特殊案例 日本靜岡縣，興建東海道新幹線時，鐵道、道路所經之水道以暗

渠取代，卻因【 】，豪雨時造成了許多排水不良的地區。

3. 以上諸多淹水狀態中可知 淹水分為： 經常性淹水 一時性淹水 策劃排水規劃案時

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根據現在排水狀況與以往的事實 嚴密調查，掌握排水不良之原因 策劃良策，根本解決問題。

第三章 排水的效果

可從社會面、經營面、衛生面及耕種面來看

1. 排水之目的 地上排水：防止農作物浸水之害，耕地之潰決，作物的流失等因水 流舉動所產生之破壞。 地下排水：主要為 【 】。 水位下降 土中流入新空氣 土中通氣條件變好

2. 乾土效果（有 3 點） (1) 深根性 肥料、水分吸收力增大 耐旱性升高。 Ex.海灘砂地 地下水位高→根群區淺 保水力低 需經常灌溉，用水較多。 (2)升高地中溫度 土比熱 0.2 ，水為 1，土為水之 1/5 地中溫度取決於含水量之多寡 溼地表面之蒸發 地溫下降 地中水被空氣置換 迅速提升地中【 】 位於寒帶之作物，可提早播種期，增長生育期。 以往之調查顯示，排水實施前後地溫約差 1 ~ 2℃至數℃ (3)改善土壤之物理性質 促進土壤團粒構造增大 容易耕耘 增加對作物有效水分之保持量 （作物可利用之水分約在 0.1 ~ 15 大氣壓水分張力之範圍） 即保持地中土、水、空氣量之平衡 有助生育 經驗：適當的容積為 土 : 水 : 空氣 = 50% : 25% : 25%

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農耕作業容易 節約勞力

3. 相關排水效果 (1) 通氣性改善 地溫上升 為生物活動活潑 促進有機物

分解 增加耕地肥力 (2) 輕減土中毒性，去除瘧疾，吸血蟲等病蟲害 Ex.灌溉和排水併用 洗去乾燥地帶，集積於地中之鹼性鹽類 妨害作物生育 Ex.錫蘭北部乾燥地帶 灌溉用水池內亂時遭破壞 良田變成疾病溫床(瘧疾流行) 二次大戰時美軍將之修復 行排水工程後 瘧疾消失 (3) 減少空氣中之溼度 增加人畜活力 增加對疾病之抵抗 (4) 減輕或消除因地滑、凍結所產生之耕地、道路損害 排水為最有力之對策 火山灰土，腐質土地帶：冬期，霜柱 切斷作物之根 暗渠排水 霜柱狀冰層數銳減 （日本北海道之案例：最厚者為原來 1/4 厚，霜柱厚總量為

1/5，最大凍結深度為 1/2，凍結土含水量相當低） (5) 播種後，種子不致因過濕而窒息死亡 (6) 土的侵蝕減少 因水不經地表而大部分被排至水路 (7) 施肥量減少 排水使肥料深入土中，亦不會被地表流帶走 (8) 保持農路表面及基礎之良好狀態，節省維護費 (9) 水田曬田後 地力顯著增加 農作物容易，可引進各型農機具

4. 注意事項 排水雖有以上之效果，但排水後之施肥等問題卻必須重新被考

慮，因排水效果會因濕田的種類而異。 排水效果 濕田有機質多寡，積水深大小，流動水之有無。

一般農耕地 地下排水 土壤水下降滲透 鹽基、鐵、粘土膠質溶脫 土壤多呈酸性。(尤其是以酸性鹽為母材之水田土壤，其鐵的溶脫更是激烈，以致呈老朽化水田之現象)

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積水狀態之濕田(累積甚多腐植物) 排水 乾土效果 氮化物成份活躍 (氮過多) 作物倒伏、病虫害。

+ 平常性之施肥 對策 充分提高排水效果 灑【 】中和酸度 並 減少施肥量， 注意耕種肥培管理 有流動水者 排水亦無法肯定會大量增收 即使地域全體增收，局部地區亦無法保證一定會增收。

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第四章 排水規劃之基礎調查

1. 踏勘 (1) 踏勘

【 】之地形圖等 計劃區邊界、內外地形、地目、水路、道路、村落、火車站等 自然排水、機械排水之組合 排水幹線、【 】、排水機場之概略位置之假定、預估 應攜帶工具如地圖、筆記本、【 】、步測計、【 】、望遠鏡、掌上型水準儀等。

以下列為現場踏勘之重點 集水區的確認：認識地區內外之地形概況，各田區【 】之確認。

調查灌溉系統、排水系統與其概略的支配區域，以及觀察水路、排水設施的【 】。

重力排水和機械排水分別或組合之檢討。 海岸地帶、大河川之平坦部分、湖沼沿岸 【 】

較多 山谷區、丘陵地、河川中游 可重力排水( 流下末端需要

【 】)。 機械排水 抽水站【 】、【 】之可否。

向農家打聽水利現況、農業經營現況、勞力材料之可否現地調配之狀況。

現場確定其他測量、土壤調查之方針，搬運道路，材料收藏之地點。

(2) 地區之範圍： 規劃地區 (原則上)【 】且需【 】之範圍 當地百姓能負擔之範圍內，使其排水量、排水設施規模達

到最有利者。 地區範圍訂定時之注意事項：

原則上儘量使規劃地區擴大 舉例 不受或受到輕微淹水地區 亦應納入規範地區之內

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【 】 農耕地以外之土地 應納入課稅之對象內 【 】

地區面積：(一般)依地籍資料決定之；(必要時)實測之。 暗渠排水實測地區：一區約【 】ha 前後，且以一水系為一區

(大面積者)依給水路系統，以道路、灌溉排水路、河川等分區。

現行排水慣例 依規劃做合理且有系統之變更 水系之部分地籍變更 決定規劃之範圍

2. 調查 (1) 地形：

地區內外地形、高低差 自然排水、機械排水、或兩者組合之決定。 排水口、排水機場、排水路線之位置，亦會受其影響。

特別 低溼地 等高線設定 精密之測量 容許淹水深 【 】間隔(影響淹水深

、 淹水面積 排水量之決定) 地目分布，水路、道路之調查。

(2) 地質和土壤 地質調查 母岩，地層的構成 土壤調查 土壤種類、性質 排水路沿線每【 】m 及明顯不同土壤分界處 面積上約每【 】ha 施測 1 點 鑽孔深【 】m 土性斷面圖之繪製

其調查項目: 粒度分析 【 】 地下水位 地下水【 】圖

避免【 】進行調查；是否會受【 】影響亦調查之 透水係數測定 土壤保水力，毛細管張力

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(視需要) 水質、水溫、PH、乾土效果等。 (3) 氣象 排水規劃 小流域之坡地 短時間降雨。 大流域之平坦地 颱風、連續降雨。 氣象之特異性、頻率 長時間之記錄收集。 一般氣象表：各月之平均氣溫，降雨量，降雨日數。 特殊氣象表：各年之最大日雨量，最大小時雨量，最大連續

降雨量 以往汛期之大雨時：自記雨量計之小時觀測資料整理

可由最近之【 】觀測所取得。 ※用於排水規劃時，需充分考慮計劃地區和觀測點之距離、標

高差以及地形狀況之差異※ (4) 排水狀況

排水路 配置、排水路數和總長、斜率、流域面積、耕地面積。

檢討排水系統區分之適合度 構造物之形狀、斷面積、內面工狀況。

土砂淤積 【 】 管理面上 龜裂 【 】 土水路長草 【 】 平時，洪水時：田面淹水深、水深別面積、定點之流量 排水口、抽水機之排水量 實測 洪水流量曲線 洪水時流出狀況之檢討

平時觀測結果 以【 】計算法調查灌溉排水之平衡狀況

排水設施 排水門：形式、斷面、標高、門數、操作狀況、開閉時間 計劃排水量和實際排水量 抽水機：抽水機形式、平時與洪水時之運轉時間、排水量、

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消耗電力。 排水河川

排水本線(幹線)：流域大小，流量之長期既有資料的收集 排水河川：於預定【 】或附近適當地點，儘可能較多

之流量觀測 【 】之判斷。 其他：每年淹水面積，受害程度調查，例如常年及 10 年 1 次

的淹水面積和減產量等受害狀況並加以製表。

3. 測量 (1) 地形測量：計劃地區外【 】m 止，排水路，排水站新

設用地外【 】m 為止 (2) 方法：三角測量(200 ha 以上者)、導線測量、平板測量、視距測

量等。 整理完成圖面：等高線 20 ~ 25 m 縮尺比例： 3000 ha 以上：1/3000 50 ~ 3000 ha：1/2000 50 ha 以下： 1/1000 (3) 高低測量：

地盤高(各區劃)測定：重要地物，吸水渠，集水渠等之零點高(相對高程)；河川，水路，道路高，排水站地盤高

水準基準點：距離【 】km 設一點(標高參考 1/50000 地圖之【 】)

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第五章 排水系統

基於前章之基礎調查 排水規劃之基本構想，地上、地下水之關連性，內外地區之排水系統，暗渠排水系統。

1. 排水規劃 【首要】明確標定【 】，以【 】之內外水位關係、

排水量，檢討【 】排水之可能性。 (∵自然排水之工程費、管理費【 】機械排水)

先就【 】排水之規劃檢討 降雨特性、湛水時間、內外水位差

if 自然排水有困難 部分 or 全部採【 】排水

自然排水可能檢討順序： (1) 排水【 】的變更(以達排水目的)可否 ☺最善策∵工程費少 (2) 排水設施，尤其是【 】的修繕；【 】變更 次善策 (3) 外水位 【 】可否 (4) 幹線排水路和河川之【 】點及【 】位置。 (5) 閘門操作是否會引起【 】

【注意點】 農地排水 ← 可非完全排除，容許某程序之淹水 都市區排水 ← 須完全排除 【須注意】河川治理計劃中（如：越流堤修建） 使洪水逆流以致農田短暫淹水時（由農業立場，

對於流入位置、淹水深、淹水時間需充分檢討） ※ 最後對策：把【 】作為【 】以調節洪水

2. 地上地下排水之關連性 以往之排水改善 首先須以【 】防止氾濫

時代進步

科技發達

地上排水

地下排水 排除根域之過剩水份、保持土壤【 】水份

近代農地重劃整備將 濕田【 】

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地上排水 明渠法

地下排水 明渠法；暗渠法；明暗渠併用法；

明暗渠+機械排水法

耕地土壤水份過多原因 外部：上游之【 】、下游之【 】。

內部：水路網【 】過小、水路狀態不良、地區【 】

不夠、下層土透水性。

(1) 以明渠行地下排水 雖有些許坡度但水路網密度過小，主要排水路位置不當

地上水之停滯(只能排除些許地上水) 土中水份排除不易 ◎ 水路網適切配置、增加排水路(分流)

地上【 】消失 地下水位大幅降低。

(2) 明渠不能完全排水時 下層含有【 】之土層(即使有坡度)

挖深小排水路(使地表水快速排除)亦不足以解決

◎ 排水改良法：

排水專用 即採灌排分離，使土中水滲出至 小排水路 排水路

挖深斷面 ※ 【 】再加局部之【 】排水 效果更好

阻絕外部入滲之地下水 地上排水 於【 】即將水導走 地下排水 於入侵【 】將水導走

◎ 一般之狀況

坡度平緩

重粘質土 即使有設置完備之明渠 降低【 】地下水位

地區外水位高 困難

儘量降低【 】之位置 幹線水路之水位下降 連 對策 結小排水路而降低地下水位

無法充分降低地下水位之處 【 】排水

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3. 地區內外排水系統之關係 依據【 】之關係 排水規劃之推展原則如下：

(1) 內水位 ≧ 外水位 (水位指【 】) ＊ 排水規劃時，首先就【 】排水之可能性檢討。

＊ 現址排水口 自然排水

分離高位部、流域變更 自然排水之可能性重新檢討。 原則：水於【 】即處理掉，避免導入低處

需考慮技術面、工程費、維護費等。

＊ 規劃為內水位≧外水位時排水口之【 】當然不考慮

(2) 內水位 < 外水位(檢討上較麻煩) 內外水位差少，可【 】處理時

水位差之高度 築堤(地區內堤防高一般等於河川堤防高)

地區內堤防

河川堤防

排水河川

※水位差之高度之範圍無法一概決定，需視築堤費之限度

【一般】內外水位差約以河川堤防之滿水面出水高為範圍

＊出水高：為確保堤防安全(防止溢流堤岸頂)，對於【 】之高水位、波浪等所設計【 】設計水位之高

度(即【 】至【 】之【 】高度)。

防潮閘門之設置

條件 內外水位差【 】

洪水之到達、離去【 】且內外水洪峰發生時差【 】

※ 需要之基本資料：

a. 外水位曲線。 b. 內水位曲線。 c. 地區內浸水量曲線（面積、水量關係）。 d. 地區內浸水位曲線（面積、水位關係）。

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此規劃案中，地區內堤防高的設計，將低於河川堤防高。

◎ 針對 a、 b 項以下圖加以說明。

圖 閘門設置時之內外水位曲線

※ 虛線：和外水位無關之內水位洪水曲線。

※ 不設閘門時：

浸水時間 T 浸水面積

外水之背水 浸水深 H 浸水量

T＜容許浸水時間

※ H＜容許浸水深：【 】設閘門

※ H＞容許浸水深：需設閘門

※ H＞容許浸水深:

A 點前：【 】，自然排除內水

A 點後：外水位＞內水位，【 】。內水位漸增至 B 點

B 點後：內水位＞外水位，【 】。

※ 閘門關閉時：內水位最高達到 h，一般【 】

h＜容許浸水深：僅設【 】，即可達到排水目的。

h＞容許浸水深：除設閘門，亦需考慮【 】。

【例題】 排水計畫區內，如何求其浸水位－浸水面積曲線，浸水位－浸水量曲

線。

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《想法》訂定基準標高（水田區一般指最低田面），並於計畫區內以

一定之標高差 h（0.5 m，有時為 0.2～0.25 m）繪製地形等高線，因各等高線所圍住之面積表示相當於該標高浸水位之浸水面積，故以量

積儀（planimeter）量出該面積，據此計算浸水量。將此等結果加以整理即可得到浸水位－浸水面積曲線，浸水位－浸水量曲線。

《解答》訂定基準標高 H，想定一定之標高差 h 以繪製地形等高線，量出各等高線所圍住之面積，並得到以下之結果。

順位 標高 浸水位 浸水面積 備註 0 1 2 3 . . n

H H+h H+2h H+3h

.

. H+nh

0 h 2h 3h . .

nh

A0 A1 A2 A3

.

.

An

基準標高

此時，相當於某浸水位之浸水量求法如下： (1) 面積平均法 基本式，順位 0～1 浸水量 V1 = (h/2)(A0+A1) 一般式，順位 0～n

浸水量 Vn = (h/2)[A0+An+2(A1+A2+A3+…+An-1)] (2) 角錐法 基本式，順位 0～1 浸水量 V1 = (h/3)[A0+A1+(A0A1)0.5] 一般式，順位 0～n

浸水量 Vn = (h/3)[A0+An+2(A1+A2+A3+…+An-1) +(A0A1)0.5+(A1A2)0.5+(A2A3)0.5+…+(An-1An)0.5]

A0 h

A1

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(3) 稜柱法（prismoidal formula 精確但繁瑣） 基本式，順位 0～2 浸水量 V2 = (2h/6)(A0+4A1+A2) 一般式，順位 0～n

浸水量 Vn = (2h/6)[A0+An+4(A1+A3+…+An-1) +2(A2+A4+…+An-2)]

若 n 為奇數時，順位 n-1（偶數）為止以上式計算，最後之奇數號碼（順位 n-1～n）則以(1)法或(2)法計算之 0 1 2 3 4

【作業 1】誘導稜柱法之基本式與一般式

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第六章 排水量

1. 降雨 ※ 成因、觀測法、降雨紀錄處理法 ※ 逕流分析、灌溉排水、防洪水利計畫

(1) 流域平均雨量(面積雨量)：觀測點愈多愈好 ※ 廣範圍流域：【 】內需要一觀測點(高精度面積雨量)，

且儘量分佈於流域內 ※ 點雨量站支配面積：一般地形變化少者【 】

※ 對連續降雨、短期降雨之處理法： 算術平均法：觀測點密度高，且均一配置 效果好 ； 優點：無個人因素 客觀

)....(1 21 nRRRnR +++=

Thiessen 法(1911 年)：【 】

∑∑=

i

ii

AAR

R

※ 避免【 】之三角形

※ 點之位置、高度不高 影響精度

等雨量線法： 依地形、氣象因素 取【 】mm 間隔

∑∑=

i

ii

AAR

R Rn ：平均雨量

※ 雨量點少時、點雨量變動大時

等雨量線繪製時產生個人差異 主觀

※ 100 km2 以下點少，適用於【 】km2 以上較大之流域

(2) 雨量觀測點之密度：受地點、降雨特性影響 ※ 一般地形變化不大，地點雨量支配範圍約【 】左右 ※ 雷雨性降雨 ：雨域達數百 ha 1 km 1 點 颱風、鋒面性：雨域廣大 10 km 1 點

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集水區 5~10 km2，降雨分佈變動少者 簡要而言 1~2 點雨量觀測點

集水區 50 km2 以上 最少 3 點雨量觀測點

【日本之觀測案例－茨城縣磯原地區】 中央氣象局之分析：約 850 km2 範圍，含 600~800 m 標高之山地 51 個雨量觀測點，1 降雨事件 30mm 以上(1 年的觀期)

雨量觀測密度和總雨量之誤差

雨量觀測點數 3 6 9 12 15 18 21 24

每點密度

(1/Km2) 280 140 90 70 60 50 40 35

誤差(%) 25 18 13 10 8 6 5 3

(3) 降雨強度和持續時間 ※ 降雨資料處理上，降雨分佈相當重要 與降雨分佈有關者

(a) 降雨之地區上的分佈 雨域【 】最強 (b) 降雨之時間上的分佈 通常以【 】處理 (c) 降雨之大小和時間上的統計分析 統計上以【 】表示

降雨強度和降雨之地區性分佈

※ 連續降雨紀錄 降雨強度持續變動

因雨域之移動

平均降雨強度 最高強度之幾成而已

一般降雨之時間上地區性變動很顯著

※ 排水量推算時，少用月雨量、年雨量，常用 1 次連續雨量

or 更短時間之降雨紀錄 ※ 在整理多數雨量資料時得知：

(i) 降雨持續時間長 【 】

CTRI avg +

=

其中， ：平均降雨強度；avgI R ：雨量；T ：持續時間； ：地方參數

C

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(ii) 地區降雨強度和【 】成【 】

)(max AfII avg ⋅=maxI ：地點最大降雨強度； ：面積函數 )(Af

降雨強度、持續時間、頻率之關係：← 應用水文之工程應用

上必需，如水路、溢洪道、斷面設計、洪水處理、下水工設

施之斷面設計等。

【注意事項】：

(a) 一點之觀測雨量 只能代表小範圍之地區平均雨量且 特定雨量之發生頻率 大多無法以充分的事實來決定

(b) 某持續時間、某強度之降雨的發生頻率 常用在工程方面，但只為統計之平均

(c) 平均頻率 並非一定規則且正確地按週期發生

【例】：平均 10 年 1 次 ≠ 50 年間，定期 10 年 1 次

＝ 50 年間，會有 5 次，亦可能最初 10 年中 2~3 次 ◎ 統計處理 可求出頻率年但工程上應用時須注意判斷

※ 降雨量、持續時間、頻率有關之代表式：

(i) Hazen Method n

m

nmF 2

1

212 −=

−=

(ii) California Method nmF =

(iii) Kimball Method 1+

=n

mF

其中，m：降雨量大小之順位；n：有紀錄期間的年數；F：頻率；1/F=T 再發生年數

降雨強度公式

※ 以特定地區公式為多，代表式有：

(i) Talbot 式 bt

ai+

= ； :降雨強度, :時間, :參數 i t ba,

(ii) Sherman 式 ntai = ； :參數, na, 6.0~4.0=n ,常取0 5.

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(iii) 久野式 bt

ai+

=

(iv) 其他 ctai +=

cbt

ai ++

=

bt

ai n += ； 參數 ,,, cba

nbtai

)( += ； 參數 nm,

nm

btaTi

)( += ；T 發生頻率

◎ Talbot 式：適用於日本多雷雨地區，下水道計畫之雨水流

出量推算。

◎ (ii) (iii)式：適用於日本一般地區。

2. 流域 (參考水文學) (1) 流域面積、形狀：平均度、形狀係數、密集度、河川密度 (2) 流域之高度、地勢、坡度 流域平均高度 a. 等高線面積法 b. 等高線長法 c. 交點法 中位高度 (佔 50%面積之高度) 平均坡度 a.等高線長法 b.等高線面積法 c.面積高度法

3. 逕流 (1) 逕流之成分 地表逕流 直接逕流 中間逕流 地下水逕流 地下水逕流 河道降雨流出

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(2) 單位歷線之形狀 (省略) (3) 直接逕流歷線之分離 (省略)

4. 逕流量之求法 (a) 經驗公式：自古，國內外有很多式，現在並不適合，無水文諸

資料時無法以其他手法推估時使用，僅供參考。 (b) 合理式：以洪水到達時內降雨強度為基礎，由地區特性推算流

出率 求算洪水流量 常用於較小流域之洪水量推算，都市下水計畫中之雨水及水

量推算。 (c) 洪水頻率：和地區大小無關均可適用，但需要長年水文資料之

統計處理。 (d) 單位歷線法：最一般化之方法。根據水文觀測資料有數種解

法。在日本最初適用於山地流域，近年亦用於低濕水田地帶

者。 (e) 滲透法：合理之方法，以降雨量－滲透量 流出量，但因寬廣

地區之滲透量推算不易，所以不如單位圖普及。

5. 設計地表排水量 理論上決定 困難

but 由實測之【 】、【 】 可決定正確排水量 ∴ 雨量、洪水量之實測 【 】

一般無法得到充分的資料

(1) 由流域面積、基準雨量、流出率等算出地表排水量 ※ 農地為對象之計畫排水量概算 (簡便)

【 】（l/sec）

where A：集水面積（ha） Rn：n 小時內（hr）之最大雨量（mm） C：流出率(％/100) T：水需排除之時間（hr）

※ Rn、T、C 之使用範圍：

22

a. 有坡度之水田或旱田（非階梯狀），集水面積 50 ha 上下 n＝4；T＝4；C＝0.40~0.70

b. 坡度在 1/20~1/50，集水面積 100 ha 以上 n=24；T=24；C=0.50~0.80

c. 日雨量為考慮對象，坡度比 b.緩，集水面積 50 ha 上下 n=24；T=24；C=0.50~0.80

d. 平坦水田地區，100 ha 以內 n＝24；T＝24；C＝0.50~0.80

e. 平坦水田地區，500 ha 上下 n＝24；T＝24；C＝0.40~0.60

f. 平坦水田地區，1000 ha 以上 n＝24；T=48；C＝0.40~0.60

g. 平坦旱田地區，100 ha 上下，表土較厚 60~100 cm－USA n＝24；T=48；C＝0.40~0.60

h. 平坦旱田地區，1000 ha 以上，表土較厚 20 cm 以下，滲漏大，無不透水層 n＝24；T=72；C＝0.40~0.60

※ 歸納 n：大部分為【 】hr T：可用作物或地區之【 】的時間 C：取【 】即可

※ 水田之地表單位排水量：考慮田間降雨前後浸水深因素

【 】

24R ＝日最大雨量（mm） T：田間最大浸水深 正確估算困難 t：降雨前田面水深（mm） C：流出率

【注意】 以上為一般之方法，未必最佳 應用水文學之發達 以【 】為基礎之逕流分

23

析法 最佳之方法 計畫排水量之決定 【 】之案例很多（不必將最大流量在短時間內排除，不必設計不使淹水發生之大渠道

斷面） 水路斷面之設計有【 】 ※ 實證案例：

平地水田區、旱田區 有貯留效果 緩和洪峰流量 ∴ 排水比流量較小

6. 計畫地下排水量 地下排水 明渠方式

暗渠方式 (1) 地下排水量之理論式 安定狀態 ：梅雨，長期不斷下雨時，流入流出排水量相等，

地下水位不變 本節以此介紹為主 不安定狀態：平常時，地下水位漸漸下降 能滿足之解法很少

安定狀態下明渠之地下排水量 Hooghoudt 式：

a Qx b

Q1 Aquiclude Q x (S/2)-x

dxdykyVAQx )1( ⋅=⋅=

Darcy 式

設 Qx 對 Q1 在距離上成比例， 2:

2: 1

sxsQQx −= 代入上式

24

dxs

xs

kQdyy

2

21−

=⋅

邊界條件 baysx ~:,2

~0: 積分

∫∫−

=2/

01 )2(Sb

adx

kSxSQydy k

SQab421

22 ⋅=

−

【 】

SabkQQ )(42

22

1−

==∴ ，最大排水量：a=0 時 【 】

其中，S : 明渠之間隔 k : 透水係數 b : 明渠間隔中點之地下水面高 a : 明渠內之水位 Q1 : 單位長度明渠排水量之 1/2

(注) 明渠不達不透水層

h H

S/2 d 2b Aquiclude

【 】 ，最大排水量 當 h=0 時 Qmax=【 】

※ 當 d=0 時，意為明渠直達不透水層，則和上式同式

25

安定狀態下暗渠之地下排水

Hooghoudt 式 (排除侵入地中之雨水)

y ground surface m Q/2 Qx h H x S x S/2-x

dxxSkSQydy

S

xSQdxdyykQSxSQ設Q xx

)2

(

2

222

:22

:

−=⇒

−×==∴−=

邊界條件 mHySx

hHyx

+=⇒=

+=⇒=

2

0

積分 ∫ ∫+

+−=

mH

hH

S

dxxSkSQydy 2

0)

2(

【 】

又，當降雨 q 完全侵入地中，且相當於暗渠排水量，

即 代入上式 qSQ ⋅=

26

)(4)(8 222 hmqkhmH

qkS −+−=∴

實用上 h≒0 【 】

(2) 計畫單位排水量 日本標準 (水田)

)(:)100/(%:

)()(:

)sec//(10006024100010000

2

day排除日數n下滲率P

mm雨量月最大日R

haln

PRQ××××××

=

※ 1 ha = 10000 m2 1 m3 = 1000 l 1 m = 1000 mm a. 冬季 (考慮下雪之因素，作為 R 之設計)

旱季最大月雨量之【 】，在【 】內排出。

即R=最大月雨量，【 】，【 】

10006024151000100005.0

2 ××××××

=RQ ( l/s/ha)

b. 夏季 (針對水田之灌溉水量需求來考慮) 雨季最大日雨量之【 】，於【 】內排出。 即R=最大日雨量，【 】，【 】

Q = 100060247

1000100003/12 ×××

×××R (l/s/ha)

◎ P 之判斷：粘土質 P 稍小之；砂土質 P 稍大之 ※ 日本之地下排水標準：【 】 l/s/ha

【 】 濕潤地區標準 ※ 台灣採用 b. 夏季之標準

德國標準 冬季：月雨量其 75% 在 14 日內排出(冬雪) 。 夏季：日雨量其 40% 在 7 日內排出。 ∵ 德國年降雨量甚少，夏冬季並無甚大差距。

※ 地下排水約為 【 】 乾燥地區標準

27

◎ 因應土性之年雨量和地下單位排水量之基準

平均年雨量 mm 粘土及坋壤土 l/s/ha 砂壤土 l/s/ha

~ 650 650 ~ 750

750 ~ 1000 1000 ~

0.40 0.40 ~ 0.55 0.55 ~ 0.70 0.70 ~ 1.00

0.55 0.55 ~ 0.70 0.70 ~ 1.00 1.00 ~ 1.80

※ 台灣降雨：約 2500 mm/yr , 故德國標準不適用於台灣

美國標準 單位面積(acre)於 24 hr 內可排出之水量 , 以水深 in 表示。 稱之為 D.C.(排水係數) drainage coefficient。

※ 一般 1/4 ~ 1/2 (in/acre/24hr) =【 】

＊ 單位換算 1 in/acre/24hr = 2.94 l/sec/ha

28

第七章 排水路設計

※ 明渠排水路(考慮因素)之設計 (1) 設計流速不可過快 , 以免導致【 】。 要check (2) 設計流速不可過慢，以免導致【 】。 要check (3) 須能承擔排除其集水區計畫流量之輸送能力。 (4) 排水路水位須能保持【 】之【 】。 (5) 保持水路邊坡之【 】(至少不致【 】) 。

root zone

1. 流速及 n 值(粗糙係數) Manning 公式(假設為等速流) V = (1/n) R2/3S1/2

n 為變數 水路壁材質，斷面形變化，障害物有無，草生狀況，彎曲程度。

V 為容許最大流速(經驗值) 防水路之【 】 ※ 洪峰流速可為容許流速之【 】倍 ※ 防長草、淤積及增大輸送能力 流速於容許範圍內【 】

明渠，土質與容許最大流速表

土質 容許最大流速表m/s

土質 容許最大流速表m/s

砂質土 砂質壤土

壤土 粘質壤土

粘土 混砂粘土

軟岩 中岩

0.45 0.60 0.70 0.90 1.00 1.20 2.00 2.50

硬岩 厚混凝土 薄混凝土

瀝青 堆砌卵石(30cm 以下)堆砌卵石(30cm 以上)

漿砌卵石

3.00 3.00 1.50 1.00 1.50 2.00 2.50

29

2. 斷面 由流量、流速決定 ※ 一般為梯形斷面，且邊坡不加內面工，以利地下排水。

用地取得困難時 採陡邊坡並施作內面工 儘量採不妨害【 】之構造

※ 可行地下排水之正常水位

耕地面

【 】m

平常水位

※ 邊坡之安定 砂質土【 】 1

壤質土【 】 3 粘質土【 】

3. 排水路之水理設計 採【 】 如水工模型實驗之進行 雖比直接設計法繁瑣，但可從多數之比較設計中選取，

較具可靠性 (1) 斷面因數計算

複斷面 平時及洪水時流量 ※ 梯形複斷面一般式：【作業 2】誘導 A，P，T 之一般式 斷面積(A)，潤邊(P)，水面寬(T) T3 1 1 Y3 T2 zr3 zl3 1 y Y2 1 T1 zl2 zr2 1 Y1 1 zl1 zr1 b

◎ 計算式

30

∑∑−

−− −⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−⋅+⋅++=

1

0

1-m

011 )()(2

1 mmmmmmmm ryryrzlzTAA

Tm-1 ∑−

−1

0

m

mYy

)11)((22

1

01 mm

m

mmm rzlzYyPP ⋅++⋅+−+= ∑−

−

( ) ⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛−⋅+⋅+= ∑

−

−

1

01

m

mmmmm YyrzlzTT

初期條件： ∑ ==== bPbTYA 000 ,,0,0

每段比較， 和 y ∑m

mY0

∑≤ Yy : 計算上式，結束計算

∑> Yy : 代入 ，繼續計算下一段 ∑m

mY0

y

(2) 等速流水路計算 ※ 斷面因數公式和等速流流速公式之組合 等速流水路計算之種類

問題種類 流量 Q

流速 V

水深 y

粗糙係數

n 水路坡度

S0

斷面因素 AR2/3

1 ? ? 知 知 知 知 2 知 - 知 ? 知 知 3 知 - 知 知 ? 知 4 知 - ? 知 知 知 5 知 - 知 知 知 ? 6 知 知 ? 知 知 ?

31

第一種：斷面因數式和曼寧公式，等速流水路數值模擬計算之基本。 【例題】底寬 b=8.0 m，底坡度 S0=0.0005，粗糙係數 n=0.04，側坡z=2 之梯形水路，求等速流水深 y=0.80 m 時之流速與流量。 《解答》A=(b+zy)y=(8+2*0.8)0.8=7.68 m2

P=b+2y(1+z2)0.5=8+2*0.8(1+22)0.5=11.58 m

R=A/P=7.68/11.58=0.663 m

Manning 公式 V=R2/3S01/2/n=0.6632/3×0.00051/2/0.04=0.425 m/s

Q=AV=7.68×0.425=3.26 m3/s

第二種：將曼寧公式變形，移項計算。求現場水路之粗糙係數。

第三種：一般不會發生在等速流問題上，用 non-uniform flow（變速流）能量坡降之計算（不用等速流公式計算）

第四種：經常發生之問題之一。直接計算法 困難。故使用【 】，即【 】(例如【 】)

【例題】底寬 b=8.0 m，底坡度 S0=0.0005，粗糙係數 n=0.04，側坡z=2 之梯形水路，求流量 3.0 m3/s 時之等速流水深 y 與平均流速 V。 《解答》Manning公式 Q=AR2/3S1/2/n 【 】

【 】

nQ/ S1/2=0.04×3/0.00051/2=5.370 假定一 y 值並以夾擊法疊代計算如下：

y A=(b

+zy)y

P=b+2y

(1+z2)0.5R=

A/P

R2/3 AR2/3 f= AR2/3- nQ/ S1/2

)()()()(

)0()(

)0()()()0()1(

yfyfyfyyfyy n

nnn

−−

=+

0.70 6.580 11.13 0.591 0.704 4.632 -0.738 738.0)(,70.0 )0()0( −== yfy

0.80 7.680 11.58 0.663 0.760 5.837 0.467 467.0)(,80.0 )1()1( == yfy

0.761 7.247 11.403 0.6356 0.7392 5.357 -0.013 761.0

)738.0(467.0)738.0(8.0467.07.0)2( =

−−−×−×

=y

013.0)( )2( −=yf 0.762 7.257 11.407 0.6363 0.7398 5.369 -0.001

762.0)013.0(467.0

)013.0(8.0467.0761.0)3( =−−

−×−×=y

001.0)( )3( −=yf

因此，y=0.762 m，V = Q/A = 3.0/7.26 = 0.408 m/s

32

※ Regula falsi 法（夾擊法）

第五種：水路設計最常發生之問題，計算本質和第四種同，即滿足

【 】之斷面因數 b，Z 等。

【例題】底坡度 S0=0.0005，粗糙係數 n=0.04，側坡 z=2 之梯形水路，若欲令流量 3.0 m3/s 時之水深為 0.60 m，則水路底寬 b 需為多少？ 《提示》b＜20， ≤f 0.003 即可

【作業 3】需附計算過程表(如第四種之例題解答)

第六種：考慮容許最大流速，使設計流速低於此值。計畫流量 Q，水路坡度為 S0 已知，在考慮土質以推求粗糙係數 n，邊坡之 Z，和容許最大流速 V 後，求出水深 y 和底寬 b。 【例題】底坡度 S0=0.0004 之梯形水路，為安全通過流量 6.0 m3/s，其水路底寬與水深需為多少？此水路建於砂質土之土地上。 《提示》從土壤質地得知 n=0.025，z=3，容許最大流速 V=0.6 m/s 【作業 4】需附計算過程

33

(3) 臨界水深yc 可以流量，斷面因數算出

與支配斷面，水面追跡有關

yc 為比能 222

22 gAQy

gVyE αα +=+= 為最小( 0=

dydE )時之水深

（Z=0，以渠寬為準，每一單位重量水流之能量坡度較緩時

dcosθ=y，α 1≒ ） E = dcosθ + Z + α gV 2/2

= y 0

0=dydE ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡+=

−

dydA

gQ

dydE 22

21 α ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡−+= −

dydAA

gQ 32 22

1 α ( )yzbgAQ 21 3

2

+−=α

01 32

=−=gA

TQα 132

=gA

TQα 023

=−gQ

TA α

A：斷面積；T：水面寬；Q：流量；α：補正係數；g：重力加速度 ※ 除長方形以外之斷面，均需以試算法解之

34

第八章 暗管排水 1. 暗管排水之規劃 (1) 暗管排水系統

吸水管 ( Water absorption conduit ) 集水管 ( Collecting drain ) 截洩溝 ( Catch drain ) 水 閘 ( Relief well ) 排水口 ( Outlet of under-drain ) 吸水管 山坡

集水管 水閘

排水口 截洩溝 排水路

吸水管：【 】土壤中過量水分之裝置，直接埋設在田區中，為暗渠排水之主要部分。

材料 【 】 排水之成敗 ◎ PVC 管 (目前用的較廣，效果也很好)

◎ 竹子 多孔性 ◎ 石礫 (挖溝後，以石頭填之，後埋起來) ◎ 陶管 ◎ 水泥管 (耐酸性較差)

35

集水管：把吸水管之水聚集，並輸送至排水路之用(主要為土管或混凝土管)。沒有打孔。 (1~2 ha 之小面積，尚有若干吸水作用) 大面積時：【 】 經濟

【 】 土砂吸入 封管 【對策】【 】

截洩溝：吸收地區外地下水，連接集水管或排水路 外 內 透水布

不透水 坡地 ※ 用於 灌溉水路滲透水 之排水改良 區域內有湧水池 ※ 地表水多時 明渠截洩溝 減輕集水管、吸水管之負擔

水 閘：設於吸水管或集水管之途中，可【 】或【 】。 水田、乾旱 關閉水閘 【 】 ∴ 暗渠中設水閘並適時操作 解決【 】問題

【設計】【 】個/公頃，間隔約【 】m 左右(∵【 】距離約可達 100m)

排水口：暗管排到明渠之點（左右排水之難易，大大影響排水效果），排水口與平常水位至少要有【 】(美國標準)，若排水路【 】且洪水後消退快者，可減小其高度(即小於【 】)

1ft

礫石

36

【另外】排水井：下層有良好【 】，或裂縫多之岩盤時使用。 But 有【 】之憂，日本甚少實施，且此種地層

日本很少。 (2) 暗管之配置 注意事項： a) 須選擇適當之【 】位置 (儘量選擇自然排水，且使排

水口數減少)

b) d集水管長度

吸水管長度= ，使 d 值【 】

c) 埋設吸水管時，儘量利用【 】(可在埋設深度不變之原則下，給予足夠之坡度)

d) 集水管沿【 】埋設 (可使用較粗者，坡度則儘量小) e) 儘量避免【 】的路線 f) 須避免【 】之地點 (如混有滾石之岩壁，應

迂迴繞過) 配置方式 (視耕地之地形、土質、降雨量等而異) a) 自然系統 ( Natural System )

◎ 山谷間之小面積耕地之排水，或大區域之幹線暗管 ◎ 集水管約和地上排水路平行，可作地上排水之補助

37

※ 各谷地面積大者以下列各法行之 b) 平行系統 ( Parallel System )

◎ 平坦地或單斜面土地 ◎ 剛開墾區常用

c) 魚骨系統 ( Herring System ) ◎ 平坦地施行最多。亦適合雙斜緩坡谷底狹窄之山谷間耕地

◎ 大區域之土地重劃區常用，成效不如 “自然系統” 那麼快、明顯，但對大區域排水改善很好。

d) 雙主幹系統 ( Double System ) ◎ 適於雙斜緩坡谷底寬廣之山谷地區。可視為平行系統之組

合或魚骨系統之變形 ◎ 可使中間成為【 】，不受外水入侵之影響

e) 阻截系統 ( Interception System ) ◎ 阻絕鄰近地區之【 】，如截洩溝之配置

◎ 屬原有排水路系統之改善。 封閉

※ 一般 : 廣大地區 各別考慮各個區塊 以上諸系統之混合使用甚為普通

(3) 暗管之種類與構造 依材料 完全暗管，簡易暗管，無材暗管 完全暗管 ◎ 有一定規格，通水量可正確計算，耐用年限長 a) 陶管(最常用) 吸水管 D = 5 ~ 7.5 cm L = 45.5 cm

集水管 D = 7.5 cm 以上 L = 60 cm

38

※ 吸水管：水從接縫處進入，不從管壁

塞入【 】等以利透水 ◎ 因管壁厚 打洞不易且成本高 ∴陶管沒打洞

b) 水泥管 ◎ 主要用於集水管 (長度 100 cm 以上)

◎ 耐久性高，但易受酸類（與排水水質有關）腐蝕 用耐酸性水泥管

c) 波紋管 D = 30 ~ 450 cm ◎ 強度大，材料少，質輕，耐荷(壓)重 ◎ 常用於道路，堤防下方 ◎ 使用於暗管時，常在表面塗上瀝青以防蝕 鐵皮

d) PVC 管(塑膠管) ◎ 對酸鹼耐久性高，質輕，易搬運 ◎ 吸水管 : D = 2 ”， 3 ”，管壁孔寬 5 mm ◎ 集水管 : D = 3”，4” 打洞 透水布

39

※ N 值 (粗糙係數) 陶管 光滑 0.011 水泥管 (d = 12”以下) 粗糙(如施工等) 0.020 波紋管 0.021 左右。 PVC 管 0.011(但吸水管打小孔時，略為增加。)

簡易暗管 a) 枝束 b)雜木 c)竹 d)石礫 e)木箱 f)稻穀 g)貝殼

a, b, c, f, g 竹

竹節打通再把竹打裂以利透水(成本較高)

d e 稻穀等 透水布 枝束 側板 厚木板

無材暗管

◎ 適於重粘土等不易崩塌之土質 (打通水孔而已。最廉價，但可施工地少。)

40

(4) 水閘 : 可控制【 】的一種裝置 整田 : 【 】 田面 下游 上游

水田 : 【 】

旱田 : 【 】

◎ 功用 : 1. 隔離上下游田間之【 】。 2. 可控制【 】，利於稻作生長。 3. 容易修通排水管的堵塞 暗管的維護 降低水閘使暗管出口露出

4. 可裝設抽水機

Pump 低級作物 高級作物

(5)排水口 : 突出部分是為了保護排水溝所作的措施。 沖刷

木箱排水口【 】長，伸出約【 】左右 台灣施工標準

41

陶管排水口

波紋管排水口 16 ft，其 1/3 長突出 (約 160cm) 。 因美國的田大多為旱田，排水溝深，故須突出較長才不致沖刷

到邊坡。

(6)其他附帶設施 地表排水口：地表水排除困難之【 】排除

周邊植草 保護網(防止砂石流入)

消氣口 : 暗管長時，約 400 m 設一處 ◎ 構造類似「地表排水口」

◎ 效果 防止暗管成【 】狀態 並無定論 防止空氣滯留

暗管功能之檢查、暗管【 】之指定

沉砂池 排除暗管

連結箱：2 支以上的集水渠匯流處 或 數支集水渠以【 】匯流處所設置(有時可兼【 】)

【注意】消氣口，連結箱 (防礙耕作) 儘量不設在耕地內

2. 暗管的排水設計 ◎ 以完全暗管為主，且以吸水管為重點考量 ◎ 設計要素：

方向，深度，深度與間隔，坡度與流速，管徑與長度

42

(1) 方向 地勢 ∴ 等高線

吸水管 高 低 集水管

(A)，(B) 橫向型 (A) (與等高線平行) (C) 縱向型 (與等高線垂直) (B) (C)

※ 橫向型(A),(B)之優點(一般較常用，以往被認為較縱向型有利) 【 】較高（∵吸水管與地下水流方向垂直） 集水管因位於較陡坡度輸水量較大，故可採用【 】管徑。 又，吸水管 集水管時，坡度由緩至急，流速亦由緩至急，故可

防止集水管內【 】。 橫向型全排水範圍較大

E a B f 地下水流 d 地表 c (管之接續處)

暗管排水模式圖

排水影響： 縱向型：暗管左右側同距離 橫向型：下游側影響距離較短 全體上而言，排水範 但上游影響距離非常大 圍以【 】較大

∴ 其他條件相同時，【 】之管路間隔可取最大值

43

◎ 由以上暗管排水模式圖可知： 管接縫處之排水範圍為 dcf 之圓錐體，其範圍偏向上游延伸 又，設吸水管連續長為 ，橢圓面積為 E l

0.5E a or b 0.5E

l

∴ 排水範圍 ： 縱向型： blEFe 2+= 橫向型： alEFe 2+=

∴ 一支暗管之支配面積：【 】向型＞【 】向型 相同埋設深度 F，間隔可增加【 】% 施工費可省約【 】% ※ 橫向型之缺點：整體上【 】 ※ 縱向型(c)之優點：

因接頭少，故省工省材料，且控制暗管【 】容易 重覆排水面積較少，不浪費，施工費便宜 10%以上，最為便宜 接頭為【 】，施工較易 而(A)case 接頭為 【 】 字型，最費工，施工亦最貴

※ 縱向型(C)之缺點： ◎因埋管【 】有－最小限制值，故考慮【 】時可能導致吸水管比集水管低之問題。

【改善策】 【 】吸水管斷面 容量增加可減少【 】

D 之 Max.為 3” 法無效時，則改採【 】case 法再無效時，則改用【 】case

44

◎ (A)case 適於種植【 】植物 (C)case 適於種植【 】植物

總之：縱橫向型的決定 取決於【 】，包含排水能力，施工費等因素。

(2) 深度：因濕潤地區或乾燥地區會有基本上之差異 ※ 影響因素（一般）

作物、雨量、不透水層深度（暗管埋在其上方），保水能力（和

排除天數有關），透水性，地下水位及其變動，暗管間隔，排水

出口之深度。 ◎ 增加深度 排水量 ，排水範圍 。

But：決不能設於【 】 深度之決定 (1)考慮上述因子決定之

(2)採用大致上之標準值 與作物之關係 【 】＋【 】可補給範圍 暗管深度

作物根層深 【 】 m 果樹主根層深 【 】以上，

但吸收營養之毛根群分布深≒【 】 (1) 暗管不會因【 】而降低排水功能 ※ 排水管埋設標準 (2) 暗管不會因【 】而破裂 (3) 暗管不會因【 】而導致破損 日本：【 】 m 德國：【 】 m

美國：【 】 ft 即 【 】 m ＊ 以上各國之標準適用於無【 】之【 】地區 【乾燥地區】比濕潤地區深 防止【 】上升至地表

水分

風 毛管水(夾帶【 】)

埋管深度：最少【 】 一般【 】 最大【 】

45

【案例 1】印度 乾燥地區 ※ 暗管深度 6 ft

暗管間隔中央之地下水位在地表下 3.4～4.0 ft (107～122 m) 太淺，不適於根層中之【 】 ※ 考慮施工費：中等土質 深 7～8 ft，最好為 8 ft，

但需與收益相必較以作為考量

【案例 2】台灣 高雄 橋頭糖廠(蔗田) 乾燥地區 甘蔗植株 發育不良區 一年後 死亡 鹽分過高

埋設深度不夠，寬度太大

【案例 3】台灣 新竹 海埔新生地(水田) 溼潤地區 海洋 海洋 海岸 客雅溪

※ 鹽分過高之田區先以客雅溪水灌溉，壓制鹽分上升，結果知道每灌一次可洗掉 90%的鹽分。土地充分耕作利用一段時間後，待鹽分再度上升時，再引水洗鹽壓制。

46

(3) 暗管的深度和間隔 (經驗值 理論定型) ※ 保持【 】深度

暗管深度減小，間隔減小 間隔增大，則深度增大 ＊採擇因素以【 】為主

※ 暗管間隔 D，深度為 H，地下水面深度 h 之關系式：

地表 h H 地下水面 β h1

D

∵ 2/tan 1

DhhH −−

=β 【 】

h1 與 β 之實驗值表(S. C. Delacroix) 土 質 重粘土 粘土 (砂)壤土 砂土

最大值 34 30 h1 (cm)

平均值 25 14 tanβ 0.09 0.07～0.08 0.025～0.03

◎ 改善以重粘土和粘土為主。在台灣因重粘土很少， 故粘土之【 】值很重要。

※ 理論式：特別考慮 k 值(透水係數) 省略，參考「地下排水量」

【各國之間隔標準】 暗管之間隔 (日本)

粘土 壤土 砂土 10～14cm 14～20cm 20～24cm

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暗管之深度與間隔 (英國) 土質 間隔 m 深度 m 粘土 壤土

砂壤土 泥炭土

5～8 8～11 11～20 5～22

0.7 0.77～0.85

0.85 0.95～1.50

深度(1.25 m)時之暗管間隔 (德國 Wäge 氏) 土質 粘土含量％ 間隔 m 粘土 粘土 壤土

壤質砂土 砂質壤土

(山間坡地)＞50(平坦地)＞50

20～30 10～20 ＜10

7.5～9.5 9.5～11.3 11.3～18.0 18.0～22.5 22.5～36.0

深度(1.25 m)時之暗管間隔 (德國 Gerhardt 氏)

土質 粘土含量％ 地表坡度＜1/250

縱走式 m 地表坡度＞1/250

橫走式 m 粘土 粘土 壤土 壤土 壤土 砂土 砂土

＞75 50～75 40～50 30～40 20～30 10～20 ＜10

8～10 10～12 12～14 15～16 16～20 20～24 24～30

8～12 10～15 12～18 14～21 17～25 21～30 25～35

暗管之間隔 (美國) 暗管之深度 滲透係數

cm/sec 0.9 m 1.2 m 1.5 m 0～.35×10-5

3.5×10-5～1.4×10-4 1.4×10-4～5.6×10-4 5.6×10-4～1.7×10-3 1.7×10-3～3.5×10-3 3.5×10-3～7.0×10-3

0～4.5 4.5～9.0 9.0～18 18～33 23～46 46～66

0～6 6～12 12～24 24～43 43～61 61～87

0～7.5 7.5～15 15～30 30～54 54～76 76～108

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(4) 埋設坡度與流速 坡度：需正確設定，尤其是接近 0.1％之緩坡度 ※ 暗管設計各要素中，坡度為唯一可正確決定者 ※ 深度，間隔，單位排水量 多少有些推測

美國：1,000 ft 長(1 ft 落差)之坡度 起伏差 1/4～1/2 in 以內 英國：坡度 1/200 以下者須慎重的檢查(level check)

※ 坡度之影響： 過大：因衝擊而管動搖 接縫處【 】 通水能力減小

大：流速大，可縮小暗管【 】，淘洗【 】 過小：【 】 排水能力下降

暗管之容許流速在【 】 m/s，常見為【 】 m/s 坡度的決定，亦須使流速在此範圍內

※ 吸水管坡度 受地表坡度支配 為了施工、水利上之方便 地表下【 】儘量保持一樣 為了防止土砂沉積 保持【 】 若地表幾為水平時：因無法將其以一定之深度埋設 減

少暗管長度(小於 100m 居多)，並保持最小坡度。 【各國最大、最小坡度之經驗值】

國家 管內徑 cm 最小坡度 管內徑 cm 最大坡度

日本

4 5

6～13

1/400 (0.25％)1/500 (0.20％)1/1,000 (0.1％)

4 5

6.5 8

0.8％ 0.56％ 0.4％ 0.35％

德國

4～5 6.5～8 8～16

16 以上

0.3％ 0.2％ 0.1％ 0.05％

設計要點：集水管(下游)流速怏，吸水管(上游)流速慢，以免淤積。

流速：一般排水管 Vmin＝0.225 m/s 暗管和其它用途管之差異：

(i) 土管(用途最廣) 有接縫 粗糙係數大 接縫多 不易正確地按規定坡度埋設

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並非正圓形 粗糙係數較大 (ii) 一般管之用途 通水管；暗管之用途 集水兼導水

(如混凝土管、塑膠管) ※ 暗管常用之流速公式

a) Giesler 式

ldhv 20=

其中，v：管內平均流速(m/s) d：管內徑(m) h：相對於長度之落差(m) l：暗管長(m)

∴ dddlVh 01265625.0100

20225.0

20 22

2

2min

min ===

各管徑之最小坡度與排水量 (此表中 Vmin=0.225 m/s)

管徑 (cm)

最小坡度

dh 0127.0= (％)

管的斷面積

4

2dπ (m2)

排水量

min

2

)4

( VdQ π= (l/s)

4 5

6.5

0.316 .253 0.195

0.00126 0.00196 0.00332

0.284 0.441 0.747

7.5 8.0 10

0.169 0.158 0.127

0.00442 0.00503 0.00785

0.995 1.13 1.77

13 15 15

0.097 0.084 0.070

0.0133 0.0177 0.0254

2.99 3.98 5.71

20 30

0.063 0.042

0.0314 0.0707

7.06 15.9

b) Vincent 式

dldhkv50

5059.3+

=

其中， v：m/s； d , h , l : m；k : 補正係數。

50

管內徑(cm) 4.0 5.0 6.5 7.5 8.0 10.0 12.5 k 0.71 0.75 0.78 0.80 0.80 0.83 0.86

管內徑(cm) 13.0 16.0 18.0 20.0 25.0 30.0

k 0.86 0.88 0.90 0.92 0.95 0.97

c) 美國農務局式(USDA 式)

由曼寧公式導出 v=92.87×R2/3×I1/2

R：水力半徑 m I：水面坡度 ※ 條件：管徑 4～12 in (10～30 cm)之 PVC 管，n=0.0108

d) Visser 式

dm=0.0209(DCm)0.375 ×Am0.375×S-0.206

dm：管內徑 (cm) DCm：排水係數 mm/day (一天內必須排出之水量，濕潤地

區約 3～25 mm/day) Am：排水面積 (m2) S：坡度。

暗管 排水面積 可由水位變化

求出 DCm

(5) 管徑和長度

※ 美國 排水係數，排水面積 排水量 USDA 式 管徑 or 排水係數，排水面積，坡度 Visser 式 管徑

※ 一般算法 管徑假設 d’ Giesler 等式 流速 v，排水量 q

q/v = A (斷面) 管徑 d d 和 d’比較 一致則停止計算

不一致則改設 d’值，繼續【 】 平均流速公式，A=πD2/4 代入 q/v = A 求解出 D

◎ 分別以 ， 所得之 D 對應商品，最後選定其中【 】

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美國 (吸水管) ( 8”以上者用於即水管) 最大長度

管徑 最小坡度ft m

4” 0.10 1,200 370

5” 0.07 2,000 600 6” 0.05 3,000 900

英國 最 大 長 度

管 徑 Yard m

3”(吸水管) 2 0 0 1 8 3

4”(集水管) 2 0 0 1 8 3

日本：d =5，6，7.5 cm (吸水管) 一般 最長

橫向型 50～60cm 200cm 縱向型 150cm

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第九章 特殊排水

1. 成層地之暗渠排水 (1) 上層為砂質，下層為粘土質

1) 上層厚度≒標準埋設深 暗渠 設於【 】之上層中，間隔較單層砂質時【 】。

水

※ 單層時地下水面較低(可透過去)

2) 上層厚度＞標準埋設深 暗渠 設於交界面之上層中(深度較【 】為深)，間隔可略【 】

3) 上層厚度＜標準埋設深 暗渠 設於交界面之上層中(深度較【 】為淺)，間隔【 】。

(2) 上層為粘土層，下層為砂質 1) 上層厚度≒標準埋設深

暗渠 設於【 】之下層砂質土中，間隔較單粘土層為【 】。 2) 上層厚度＞標準埋設深

暗渠 設於【 】中，打【 】貫穿至【 】砂質土層並與暗渠相接，提高排水效果。

2. 重粘土之暗渠排水 (1) 先以土壤【 】確定其為重粘土。 (2) 表層土及回填土行【 】，或【 】。 (3) 提高埋設【 】。日本標準：【 】cm(考慮耐壓強度) (4) 無法改善時 縮短【 】：日本北海道【 】m 設【 】(地下化者)和暗渠相接。

3. 新生地之排水 ※ 和普通耕地之排水原則相同，但需更慎重。

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(1) 排水方式 自然排水 自然與機械排水併用

(機械排水在排水計畫較具多樣性，被採用的趨勢漸高。)

(2) 低潮時，可以排水門排水 ※ 選擇條件 地盤基礎穩固，不易受風浪影響，【 】少之處。 ※ 排水門之排水高程 越低 排水效果越好

工程難進行，易受【 】而掩埋 ∴ 一般低於「最低田面標高」【 】cm 左右。

4. 都市排水（質和量上與農地排水不同） ※ 農地排水 【 】淹水

都市排水 【 】淹水 ∴ 合理式 都市之 C 值較高 豪雨之雨水流出量。 【例】市中心建築物密集區 0.7~0.9 建築物密集之住宅區 0.5~0.7 建築物疏鬆之住宅區 0.25~0.5 公園、廣場 0.1~0.3

※ 家庭、浴廁、廚房 污水 大樓旅館等大型建築物 污水 處理 河川、海洋放流 工廠 廢

污水、雨水分管 → 分流式 污水、雨水合管 → 合流式 以往常用

※ 污水量計算 都市污水量 以人口決定( 1 人 1 日污水量≒1 人 1 日自來水量)

1 人 1 日 最 大 供 水 量 標 準 人 口 水 量

1 萬人以下 5 萬人以下 50 萬人以下 50 萬人以上

1 0 0 ~ 1 5 0 升 1 5 0 ~ 2 5 0 升

2 5 0 ~ 3 5 0 升 3 5 0 升以上

1 日最大污水量＝1 人 1 日最大污水量×人口密度×排水面積 污水處理設施規模之設計 1 日最大污水量/ 86,400

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暗渠(構造上) ※ 排水管

明渠(水理上) ∴ 設計法同明渠，最低流速 0.6 m/s，下游端流速漸增

＜附屬設備＞人孔：檢查，清掃，通風 燈孔：檢查，清掃時可將燈火垂吊入管內

分水堰：雨天時分離雨水，污水 污水槽、雨水槽：收集住宅道路之排水，與排水管相接

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第十章 排水設施的維護管理 1. 排水路

(1) 第二期作後之斷水至第一期作通水前 清掃，養護 (2) 保持【 】 (3) 整修【 】 使水深降低，暗管排水口在平水位之上。 (4) 大雨後，【 】需清除。

2. 暗管 : 排水設計時，考慮重點為「【 】＞【 】」，則成本會較低。 (1) 吸水管

1) 插秧前，收割後，一年兩次清掃。 關閉幹線水閘 水位約提高至田面。 由【 】往【 】順次開水閘 (水勢) 排除土砂等沉澱物

2) 診斷： 【 】以診斷之 濕潤狀態持續 【 】 水閘中不見排水 【 】 問題點探尋

挖開稍下游處 水噴出 → 阻塞點在其【 】

無水流出 → 阻塞點在其【 】 3) 處置

管狀暗管：排除土砂 or 更換破損者 簡易暗管：針對問題個別解決

注意：不使阻塞之【 】流向【 】。

(2) 集水管：土砂由水閘處進入造成阻塞。 診斷：【 】以判斷阻塞點方向(如水位不下降時，在其【 】)

(3) 排水閘 【 】水閘：由【 】游 → 【 】游 (灌溉時)

【 】水閘：由【 】游 → 【 】游 (排水時) 注意：開關順序錯誤時，先導致流量激增後為流速減低

無法輸送淤積之土砂 管內水外溢 水田灌溉：全部水閘【 】以上再施行。

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水田排水：田面地上水由明渠排除後再施行。 (4) 排水口 : 時常留意有無障礙物

3. 管狀暗管失敗之原因 【U.S.A Ohio 州之調查結果】

原 因 抽 查 失 敗 次 數 失 敗 率 %

1) 管路品質不良

2) 設計不良

3) 施工不良

4) 維護管理不充分

5) 土壤物理性上之問題

34

46

38

47

0

20.6

27.5

23.0

28.5 (最大比例)

0

合 計 165 1 0 0

(1) 管路品質不良 混凝土管：材料，養生，混合不充分 土壓，凍結等引起破壞 土管：強度不足。 (2) 設計不良

通水能力不足，深度不足，排水口等之保護設施不完善 (3) 施工不良

接縫不良 【 】 溝底和管結合不良 【 】 管線坡度不均 【 】 埋設不注意 【 】 吸水管與集水管之結合不良

(4) 維護管理不充分 暗管上方產生間隙，土砂流入 作物之根阻塞暗管 水由排水口逆流

(5) 土壤物理性上之問題 : 例如局部重粘土地對重力水運動之妨礙等

4. 暗管的耐用年數 (1) 適當的維護管理下 可【 】使用 英國：暗管的發祥地

57

58

18 世紀遺跡 100 年以上，但重粘土地區稍差 (2) 簡易暗管的耐用年數

材 料 年 數 枝束 雜木 竹

木箱 貝殼、稻穀

10～15 15～20 15～20 15 5～6

(3) 無材暗管的耐用年數 英國：最長 30～40 年，一般 8～19，平均 13 年。 (旱田) 日本：最長 20 年以上，一般 3～10 年，平均 5～6 年。 (水田)