同樣是下雨，為什麼市區的馬路一下子就變成河流？
― 沒有土壤的地面，1小時內會讓100座泳池的水無處可去
在山林或田地裡，即使下大雨，地面也能把水吸收進去。但在市區，同樣強度的雨，馬路卻一下子變成河流。降下的雨量是一樣的。不同的是「地面每小時能吸收幾毫米」這個不太為人所知的數字。
夏天的傍晚，突然下起了大雨。不到十分鐘，路邊已經有水嘩嘩地流過。
同一時間，不遠處的雜木林也下著同樣的雨。但林地的地面雖然泥濘，卻沒有水在流動。
雨雲只有一片，降雨量也相同。但只有一邊變成了河流。
原因只有兩個
土壤會吸水，但不是無限快地吸收。每小時能吸收幾毫米，是有上限的。只要雨勢比這個上限弱，水就會滲入地面消失不見。
柏油路或水泥地沒有讓水通過的縫隙。能吸收的速度幾乎是零，所以降下的雨幾乎全部都在地表流動。去向全部交給排水系統。
這兩點講的都不是「量」，而是「速度」。這正是這個現象最容易讓人搞混的地方。問題不在於水桶有多大，而在於水桶的開口有多寬。
土壤能吸收的速度，究竟有多快？
土壤能吸收水的最大速度，專業上稱為入滲能。單位和雨量一樣是毫米每小時。經過整理的林地土壤，已知可達每小時50毫米以上；被踩踏得很結實的校園操場，則大約只有每小時10毫米。
把這個數字和雨勢放在一起比較看看。氣象預報說「每小時30毫米」時，林地幾乎能全部吸收，但在被踩實的地面上，卻有三分之二的水會溢出來。同樣的雨，在不同的地面上會呈現完全不同的樣貌。
請看圖1。左邊是土壤地面，右邊是鋪面地面，降下的雨量相同。
在市區，那些水去了哪裡
沒能滲入地下的雨水，並不會憑空消失。它會順著馬路的坡度匯集，經由側溝流入下水道。市區的排水系統，就是以能夠承載這些水量為前提設計的。
不過，這個設計也有上限。據說許多都市的下水道，設計流量大約是每小時50毫米左右的雨。一旦雨勢超過這個數字，水就無法完全流入管道，開始在低窪處積聚。
所以市區的積水，總是出現在坡道下方、鐵路涵洞、通往地下的階梯前等固定的地方。因為地勢低窪，每次下雨都會得出同樣的結果。
最近的人行道和停車場，有些會刻意使用能讓水通過的透水鋪面。也有先把雨水暫存在地下蓄水槽，再慢慢排放的機制。這兩種做法，都是人為找回已經失去的「土壤吸水速度」的嘗試。
馬路淹水時，即使側溝的蓋子掉了，從水面上也看不出來。深度也無法從外觀判斷。地下道和地下停車場是容易積水的地方，雨勢強的時候請不要靠近，改往地勢高的地方移動。如果發現有人受困等危險狀況，請不要猶豫，立刻撥打119。
總結
市區的馬路變成河流，並不是因為雨量特別大。而是因為那片土地已經失去了「吸收水的速度」。土壤這個看不見的承接容器，在鋪面之下已經無法發揮作用。
問題不在於降雨量。
而在於地面每小時能吸收幾毫米。
市區的地面一旦改變，不只是降雨，連氣溫也會跟著改變。建議一併閱讀都市為什麼比較熱？ ― 白天和夜晚的溫差更明顯，可以更完整地了解鋪面帶來的變化。如果想更深入了解土壤和水的關係，也可以讀讀為什麼山崩會在雨停之後才發生？。
- 準備一個去掉底部的寶特瓶（上下都剪開，做成筒狀）。在庭院或公園的土壤上，將瓶口朝下插入數公分深。
- 在筒內注水，測量水位下降2公分所需的秒數。用水位下降10公分所需的時間，就能概算出每小時能吸收幾毫米。
- 把這個結果拿來和被踩實的步道旁土壤、以及堆滿落葉的樹下土壤做比較。沒有被踩踏過的土壤，吸水速度應該會快得多。
※請勿在他人的土地上進行。實驗結束後，記得把洞填回原狀。
想了解更多 ― 用語・公式・與教科書的關聯從國中理科到大學專業科目，明確標示各段內容屬於哪個程度
- 國中國中理科課程範圍
- 高中高中「地球科學基礎」課程範圍
- 高中＋高中的進階內容，或教科書專欄性質的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（水文學・河川工程學）的內容
- 研究連大學都還沒當作「定論」教授、研究者正在探究中的內容
國中用語：這個現象是有名稱的
- 滲透：地表的水通過土壤的縫隙，進入地底的過程。速度取決於縫隙的多寡，以及已經滲入的水量。
- 入滲能：該土壤每小時能吸收的水深上限。單位是毫米每小時。是可以直接和雨勢相比較的數字。
- 地表逕流：未能滲入、在地表流動的水。降雨中變成地表逕流的比例，稱為逕流係數。
國中高中用公式驗證：1平方公里的市區，1小時會流出多少噸的水
當強降雨持續1小時，我們實際計算看看，樹林和市區流出的水量到底相差多少。
| 用符號表示 | Q ＝ C × r × A |
| 用文字表示 | 流出的水量 ＝ 逕流係數 × 雨勢 × 面積 |
| 公式的來源 | 降下的水量會分成滲入地下、暫存、以及流走三部分，這是水量守恆的概念。在短時間的大雨中，蒸發的部分幾乎可以忽略，沒能滲入的部分就直接成為逕流。這種形式的公式稱為合理式。 |
| Q | 1小時流出的水的體積。單位是立方公尺 |
| C | 逕流係數。降雨中流走的比例，沒有單位 |
| r | 雨勢。單位是公尺每小時（毫米每小時除以1000所得的值） |
| A | 承接雨水的土地面積。單位是平方公尺 |
| 雨勢 | 每小時50毫米（氣象廳稱之為「非常猛烈的雨」的強度） |
| 土地面積 | 1平方公里 ＝ 1000000平方公尺 |
| 鋪面較多的市區逕流係數 | 大約是0.9 |
| 樹林或田地的逕流係數 | 大約是0.2 |
| 25公尺泳池1座的水量 | 大約是360立方公尺 |
| 把雨的深度換算成公尺 | 50 ÷ 1000 ＝ 0.05 |
| 1小時降下的水的體積（立方公尺） | 0.05 × 1000000 ＝ 50000 |
| 市區流出的水量 | 50000 × 0.9 ＝ 45000 |
| 樹林或田地流出的水量 | 50000 × 0.2 ＝ 10000 |
| 兩者之差 | 45000 － 10000 ＝ 35000 |
| 市區的水量相當於幾座泳池 | 45000 ÷ 360 ＝ 125 |
③ 換算成實際感受：同樣是下雨，市區卻會一口氣流出比樹林多4.5倍的水。差額35000立方公尺，相當於25公尺泳池大約97座的水量。這些水必須在1小時之內，僅靠側溝和下水道排走。市區容易積水的原因，不在於雨量，而在於這個比例。
高中高中＋吸水速度在下雨過程中會不斷改變
高中乾燥的土壤，一開始會很快速地吸水。因為縫隙裡只有空氣，水不只受重力吸引，還會被細小縫隙吸入水分的力量牽引進去。這種力稱為毛細力。
高中＋但隨著縫隙逐漸被水填滿，吸引的力量會減弱，吸水速度隨之下降，最終趨於一個穩定值。這個穩定值，會接近該土壤的透水係數。長時間持續下雨時，途中逕流量會突然增加，原因就在這裡。即使雨勢相同，剛開始下雨和下了2小時之後，地面的反應也不一樣。
大學入滲能的時間變化，與逕流量的預測
入滲能隨時間下降的情形，可以用霍頓入滲公式來表示。這是一種初期入滲能與最終入滲能之間的差值，隨時間呈指數函數遞減的公式形式。把這個公式和降雨紀錄結合，就能預測地表逕流何時開始出現。若要更貼近物理本質的處理方式，則要用理查茲方程式這個偏微分方程式，來解出土壤中水分的運動。本文所用的合理式，是把這類計算極度簡化成「一個係數」的結果，至今仍廣泛應用於設計現場。
📖 公式的推導與更深入的內容：合理式（維基百科日文版） ／ 入滲能（維基百科日文版）
研究尚未完全弄清楚的事
- 逕流係數的決定方式。 現場使用的數值，主要是根據過去觀測經驗性地決定的。當土地使用方式改變時，該採用哪個數值，目前還沒有從物理原理確立的決定方法。
- 短時間強降雨的增加趨勢。 氣溫上升會讓空氣能容納的水蒸氣增加，但這究竟能把每小時的雨勢推高到什麼程度，地區差異很大，研究仍在持續進行中。
- 透水鋪面的使用壽命。 一旦縫隙被泥土或灰塵堵塞，效能就會下降。實際在市區能維持幾年、該如何維護才能恢復效能，長期觀測資料還不足夠。
也就是說，這篇文章的內容也只是「目前已知範圍內的說明」。文中使用的逕流係數是具代表性的參考值，實際土地會因土質和坡度而有很大差異。
與教科書的關聯（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・大地的變化／自然與人類 | 土壤的縫隙與水的滲透、土地利用與災害 |
| 高中 | 地球科學基礎・地球的水與大氣 | 水循環，以及降雨去向的分配 |
| 高中＋ | 物理基礎進階・表面張力／毛細現象 | 乾燥土壤一開始吸水特別快的原因 |
| 大學 | 水文學・河川工程學 | 合理式、霍頓入滲公式、理查茲方程式 |
| 研究 | 都市水文學・氣候變遷影響評估 | 逕流係數的物理決定方式、短時間強降雨的未來變化 |
| ― | 與生活的連結 | 如何辨識容易淹水的地方、下雨天的移動判斷 |
- 合理式（維基百科日文版）：尖峰流量的推估公式，以及逕流係數的意義
- 入滲能（維基百科日文版）：入滲能的定義，以及隨時間的變化
- 日本氣象廳「雨勢與降雨方式」：每小時降水量的分級，以及當時情況的說明
- 土木學會編《水理公式集》：逕流係數的代表值，以及合理式的適用範圍
- 日本水文科學會編《水文科學》：滲透與逕流的基礎處理方式
※本文為一般大眾取向的科學解說。文中所列數值僅為理解機制之用的參考・概算值。實際淹水的風險依土地而有很大差異。請確認所在地方政府公開的防災地圖，下雨時請遵循氣象廳、地方政府、消防單位發布的資訊與指示。