同樣的雨，為什麼街上很快就變成河？
― 沒有泥土的地面，一小時就讓100座游泳池的水無處可去
在山區或田裡，就算下大雨，地面也會一直把水吸進去。可是在街上，同樣強度的雨，馬路轉眼就像一條河。降下的雨量是一樣的。不同的是一個很少人知道的數字：地面每小時能吸多少毫米的水。
夏天傍晚，突然下起傾盆大雨。不到10分鐘，車道邊緣就有水嘩嘩地流過。
同一時間，不遠處的雜木林也下著同樣的雨。可是林子的地面雖然泥濘，水卻沒有流動。
雨雲只有一朵，降雨量也一樣。可是只有一邊變成了河。
原因只有兩個
泥土會吸水，但不可能吸得無限快。它每小時最多能吸幾毫米，是有上限的。如果雨比這個上限弱，水就會消失在地面裡。
柏油和混凝土沒有讓水通過的縫隙。能吸的速度幾乎是零，所以降下的雨幾乎全部沿著地表流走。去處全都交給排水道來負擔。
這兩點談的都不是「量」，而是「速度」。我想，這正是這個現象最難懂的地方。問題不在水桶有多大，而在水桶的口有多粗。
泥土能吸水的速度有多快？
泥土最多能吸進多快的水，專業上稱為入滲能力。單位和雨一樣，是毫米／小時。已知的數值大約是：維護良好的樹林土壤每小時50毫米以上，被踩得很硬的操場每小時約10毫米。
把這些數字和雨的強度並排看看。氣象預報說「每小時30毫米」時，樹林幾乎吸得完，但踩硬的地面有三分之二會溢出來。同樣的雨，在不同的地面上會呈現不同的樣貌。
請看圖1。左邊是泥土地面，右邊是鋪裝地面，降下的雨量相同。
在街上，那些水會去哪裡？
沒能滲入的雨水，並不會憑空消失。它會順著道路的坡度匯集，從側溝流進下水道。街上的排水系統，是以能把這些水全部運走為前提設計的。
不過，這個設計也有上限。據說許多都市的下水道，是設計成能排掉每小時50毫米左右的雨。超過這個雨量，水就進不了管子，開始積在低窪的地方。
所以街上的積水，總是出現在固定的地方，例如坡道下方、穿過鐵路底下的道路、通往地下的樓梯前。因為地勢的高低，每次下雨都會給出同樣的答案。
最近的人行道和停車場，有時會使用刻意做成能透水的鋪裝。也有把雨水先暫存在地下蓄水槽、再慢慢排出的設施。這些都是靠人力，把失去的「泥土吸水速度」找回來的嘗試。
道路淹水時，就算側溝蓋已經掉了，從水面上也看不出來。水有多深，光看外表也無從判斷。地下道和地下停車場是水容易匯集的地方，雨勢強時請不要靠近，並移動到高處。如果發現有人受困等危險情況，請不要猶豫，立刻聯絡119（日本的緊急電話）。
總結
街上的馬路變成河，並不是因為雨特別多，而是因為這塊土地失去了「吸水的速度」。泥土這個看不見的承接容器，在鋪裝底下無法發揮作用了。
問題不在降下的雨量。
而在於地面每小時能吸幾毫米。
街上的地面一改變，改變的不只是雨，還有氣溫。搭配閱讀都市為什麼比較熱？ ― 夜晚的差距比白天更大，就能看見鋪裝帶來的整體變化。想多了解土與水的關係，也歡迎讀讀土石崩塌為什麼在雨停之後也會發生？
- 準備一個去掉底部的寶特瓶（上下切開做成圓筒）。開口朝下，插進庭院或公園的土裡幾公分。
- 往筒裡倒水，量水面下降2公分要花幾秒。從下降10公分所需的時間，可以概算出每小時能吸幾毫米。
- 用同樣的方法，比較被踩硬的通道旁的土，和堆著落葉的樹下的土。沒被動過的土，吸水應該快得多。
※ 請不要在別人的土地上進行。實驗後，請把洞填回去，恢復原狀。
想知道更多的人 ― 名詞、算式與課本的連結從國中理化到大學專業課程，明確標示這是哪個程度的內容
- 國中國中理化會學到的範圍
- 高中高中「地球科學基礎」會學到的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或課本專欄的內容
- 大學高中不會學到、大學專業課程（水文學、河川工程）的內容
- 研究連大學也不會當作「定論」來教，是研究者正在探討的話題
國中名詞：這個現象是有名字的
- 入滲：地表的水穿過土壤的縫隙進入地下。速度由縫隙的多寡，以及土裡已有的水量決定。
- 入滲能力：該土壤每小時能吸進的水深上限。單位是毫米／小時。是能直接和雨的強度相比的數字。
- 地表逕流：沒能滲入、沿著地表流走的水。降下的雨當中變成地表逕流的比例，稱為逕流係數。
國中高中用算式確認：1平方公里的街區，一小時會流出多少噸水
下了一小時的大雨，樹林和街道流出的水量究竟差多少？我們實際算算看。
| 用符號寫 | Q ＝ C × r × A |
| 用文字寫 | 流出的水量 ＝ 逕流係數 × 雨的強度 × 面積 |
| 這個式子從哪裡來 | 來自水量守恆：降下的水，分成滲入的、積存的、流走的三部分。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變成逕流。這種形式的算式稱為合理化公式。 |
| Q | 一小時內流出的水的體積。單位是立方公尺 |
| C | 逕流係數。降下的雨中流走的比例，沒有單位 |
| r | 雨的強度。單位是公尺／小時（毫米／小時除以1000的值） |
| A | 承接雨水的土地面積。單位是平方公尺 |
| 雨的強度 | 每小時 50 毫米（日本氣象廳稱為「非常激烈的雨」的強度） |
| 土地面積 | 1 平方公里 ＝ 1000000 平方公尺 |
| 鋪裝多的市區逕流係數 | 約為 0.9 |
| 樹林或農田的逕流係數 | 約為 0.2 |
| 一座25公尺游泳池的水 | 約 360 立方公尺 |
| 把雨的深度換成公尺 | 50 ÷ 1000 ＝ 0.05 |
| 一小時降下的水的體積（立方公尺） | 0.05 × 1000000 ＝ 50000 |
| 市區流出的量 | 50000 × 0.9 ＝ 45000 |
| 樹林或農田流出的量 | 50000 × 0.2 ＝ 10000 |
| 兩者的差 | 45000 － 10000 ＝ 35000 |
| 市區的量相當於幾座游泳池 | 45000 ÷ 360 ＝ 125 |
③ 換成有感的說法：同樣的雨，街上一口氣流出的水是樹林的4.5倍。差距的35000立方公尺，換成25公尺游泳池大約是97座。這些水必須在一小時內，只靠側溝和下水道全部運走。街上容易淹水的原因，不在雨量，而在這個比例。
高中高中＋吸水的速度，會在下雨的過程中改變
高中乾燥的土壤一開始吸水很猛。因為縫隙裡只有空氣，水不只受重力牽引，也被細小縫隙吸水的力量拉進去。這種力量稱為毛細力。
高中＋可是隨著縫隙被水填滿，吸引的力量變弱，吸水的速度就會下降，最後穩定在某個固定值。這個穩定值會趨近該土壤的透水係數。這就是為什麼長時間持續的雨，到了中途流出的水會突然增加。就算雨的強度相同，剛開始下和兩小時後，地面的表現也不一樣。
大學入滲能力的時間變化，與逕流量的預測
入滲能力隨時間下降的情形，可以用霍頓入滲公式來表示。這是一個初始入滲能力與最終入滲能力的差，隨時間呈指數函數般縮小的公式。把它和降雨紀錄搭配，就能預測地表逕流何時開始。更回歸物理的處理方式，則是用稱為理查茲方程的偏微分方程，來求解土壤中水的移動。正文用到的合理化公式，是把這類計算極度簡化，濃縮成「一個係數」，至今仍廣泛用在設計現場。
📖 公式的推導與更進階的內容：合理化公式（維基百科日文版） ／ 入滲能力（維基百科日文版）
研究還沒有完全弄清楚的事
- 逕流係數的決定方式。 現場使用的數值，主要是從過去的觀測經驗得來的。當土地的使用方式改變時，該換成哪個值，目前還沒有從物理出發的確立方法。
- 短時強降雨的增加方式。 氣溫上升，空氣能含的水蒸氣會增加，但這會把以小時計的雨勢強度推高到什麼程度，各地差異很大，研究仍在持續。
- 透水鋪裝的壽命。 縫隙被泥土和灰塵堵住，性能就會下降。在實際的街道上能用幾年、怎麼維護才能恢復，長期的觀測還不夠。
也就是說，這篇文章的內容，也只是「目前所知範圍內的說明」。所用的逕流係數是具代表性的參考值，實際的土地會因土質和坡度而有很大的不同。
與課本的連結（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文哪裡 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・大地的變化／自然與人類 | 土壤縫隙與水的滲入、土地利用與災害 |
| 高中 | 地球科學基礎・地球的水與大氣 | 水的循環，以及降下的雨的去向分配 |
| 高中＋ | 基礎物理的進階・表面張力／毛細現象 | 乾燥的土壤只在一開始吸得快的原因 |
| 大學 | 水文學・河川工程 | 合理化公式、霍頓入滲公式、理查茲方程 |
| 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、短時強降雨的未來變化 |
| ― | 與生活的連結 | 辨認容易淹水的地方、雨天移動的判斷 |
- 合理式（維基百科日文版）：尖峰流量的估算公式，以及逕流係數的意義
- 浸透能（維基百科日文版）：入滲能力的定義，以及隨時間的變化
- Japan Meteorological Agency (気象庁)「雨の強さと降り方」：每小時降水量的分級，以及各級對應的情形說明
- Japan Society of Civil Engineers (土木学会) 編《水理公式集》：逕流係數的代表值，以及合理化公式的適用範圍
- Japan Society of Hydrology and Water Resources (日本水文科学会) 編《水文科学》：入滲與逕流的基礎處理方式
※本文是寫給一般讀者的科學解說。文中所列數值是為了理解原理的參考值與概算。實際的淹水風險因地而異，差別很大。請確認您所在的地方政府公布的防災地圖，下雨時請遵照氣象廳、地方政府與消防單位發布的資訊與指示。