國立中興大學水土保持學系 專題討論 專題討論(三) 坡地檳榔園水源涵養能力探討與對策 國立中興大學水土保持學系 專題討論 專題討論(三) 坡地檳榔園水源涵養能力探討與對策 授課老師：林俐玲 教授 指導老師：林昭遠 教授 研究生： 5099402022 朱豐沂 2011/12/24 2007/05/28

簡報大綱 前言 前人研究 樣區概述 研究方法 預期結果 2011/12/24

前言 台灣山坡地，地形陡峻，河短湍急及降雨時空分佈不均等因素。台灣坡地比平原多平原地區，可使用之土地相當有限，使得坡地人為開發之面積逐漸擴大，其中農業開發為主，而在坡地農業中，檳榔種植面積佔多數，而絕大多數未能適當之使用，進而造成集流時間縮短，洪峰流量變大。 台灣年平均降雨量相當豐富，實際可利用之水資源相當有限，坡地受到差異性極大之豐枯流量之影響限制，使得水資源涵養不易。 降雨分配不均之情形下，並且因地形陡峻關係，豐水期時，水來的又急又快，枯水時期，水源取得不易，所以如何有效儲存豐水期水源移至枯水期使用，且能調整豐水時期之集流時間及洪峰流量，有效降低災害發生，為現有集水區經營管理及水資源利用之當務之急。 2011/12/24

前言 儲存水源及調解流量，於坡地農業上，係以直接開挖地面或利用地面較低窪處施設截蓄保水設施，農業上，可提供灌溉蓄水之用，增加土地使用之價值，防災上，能調節逕流量，並有沉砂滯洪之功能。另外亦能提供生態系統穩定之效益，提供水資源涵養之能力。 本研究以嘉義縣中埔鄉中崙及東興集水區為研究樣區，利用數值高成模型(DEM)自動萃取集水區窪蓄區位及集水區資訊並配合衛星影像與GRAPH模式模擬各子集水區之逕流量；利用水收支分析，了解該區域之缺水、剩水之情形，藉以尋找出截蓄保水設施之較佳位置及相關資訊，提供坡地農業管理、保育規劃設計之參考，作為未來水土保持治理規劃重要之依據。 4 2011/12/24 4

前人研究 一、檳榔 根據台灣農業年報統計，台灣檳榔種植面積在2009年已有49,074公頃，目前街道上還是有許多的檳榔攤，可見市場上檳榔之需求量還是很大，由於檳榔問題所牽涉之層面非常的廣泛，坡地種植檳榔所引發之水土流失、水源涵養、地力減退、坡面穩定、地下水補注、林地養份流失等問題，目前有林壯沛(2001)、吳輝龍(1998)、陳信雄(1994)等學者針對上述之問題，各有提出相關之地文、水文數據及坡地水土保持維護意見，但是未針對山坡地檳榔園所產生之問題提出相關之對策。 5 2011/12/24 5

前人研究 二、降雨-逕流推估 逕流之演算，需要已一個集水區為基本單位並與降雨等條件配合，常稱為集水區降雨逕流演算；集水區降雨逕流演算為應用水文模式，以模擬集水區降雨與逕流之間的關係。一般是將集水區視為一個獨立系統，系統輸入水量為集水區之降雨量；而系統輸出水量為集水區出口處之流量。降雨逕流演算過程需視集水區之大小，而選用不同的水文模式。 6 2011/12/24 6

前人研究 一、降雨-逕流推估 降雨逕流演算過程需視集水區之大小，而選用不同的水文模式。所謂的小集水區，是指其水文條件符合以下特性：(1)降雨於時間與空間分佈為均勻，(2)逕流主要為漫地流，(3)降雨延時通常大於集流時間，以及(4)河川貯蓄效應可忽略。工程實用上可將小集水區定義為面積小於2.5平方公里，或集流時間小於1小時之集水區。中集水區之水文特性為：(1) 降雨在空間上分佈均勻，(2)降雨在時間上分佈不均勻，(3)逕流為漫地流與河川水流，以及(4) 河川貯蓄效應可忽略。工程實用上可將中集水區之面積上限定義為介於100 km2 ~1000 km2之集水區。 7 2011/12/24 7

前人研究 三、窪蓄區位 經濟部水利署（2008）針對蓄水設施區分為：水庫、調整池及大型池埤等三種。其目的皆為利用地形上的低窪地區，設置可以暫時儲蓄水資源的區位，以達到水資源調度與保護的功能。其詳細設置的區位可以再區分為河道與坡面，一般而言在河道上的窪地是良好設置防砂壩、水庫、攔河堰等橫斷河道的水利或水保設施的位置，而在坡面上則是良好的濕地、沉砂滯洪池、埤塘、人工湖等窪蓄貯滲水設施的優選地點。 8 2011/12/24 8

前人研究 三、窪蓄區位 Richards and Grimm (2005)則利用實際調查資料建立窪地蓄水的條件，並指出窪地蓄水為一重要的逕流控制因子，同時窪地也會影響沖蝕的潛能及漫地流的流動時間。 Richards and Grimm (2005)指出雖然窪地是一個水文循環中的重要因子，但大部分的計算都是採用理論性的推估，例如利用部分物理特性，這些因子包括：地表粗糙度、地表的彎曲度、地表的平均坡度等，但實際上仍不夠精確。 9 2011/12/24 9

前人研究 四、水收支平衡 10 2011/12/24 10

樣區概述 本研究係以嘉義縣中埔鄉中崙集水區及東興集水區為研究地區。 本樣區因98年8月8日~8月9日受「莫拉克」颱風暴雨造成溪水暴漲，沖刷上游崩塌土石，造成大量土石淹埋附近村落，並掏空路基、致多處護岸設施與過路橋樑損害，造成對外道路中斷，影響居民安全與對外交通。多處土石淤埋下方農宅道路河道，嚴重影響地區人民生活、生產安全。 11 2011/12/24 11

樣區概述 12 2011/12/24 12

樣區概述 八掌溪流域之子集水區，位於嘉義縣中埔鄉東南側之中崙及東興集水區，西鄰深坑村、三層村及東興村，南與大埔鄉及番路鄉相連，東接石硦村，北接沄水村及瑞豐村。中崙集水區內有沄水溪、濁水溪、雙連科溪、大湖底溪及觀石溪等五條溪流；東興集水區僅有凍仔腳溪，因地勢為東南高而西北低，水流由東南向西北流。中崙集水區主要聯外道路為台3線；東興集水區主要聯外道路為縣172及嘉141。 13 2011/12/24 13

樣區概述 高程 計畫區內地勢由西北而東南遞增，其中高程主要分布在200~600公尺之間，約佔計畫區面積之67.4% 14 2011/12/24 14

樣區概述 坡度 計畫區內坡度皆以五級坡及六級坡為主，約佔57.9%；其次為三級坡及四級坡，約佔33.6%。 15 2011/12/24 15

樣區概述 坡向 計畫區內坡向主要集中於西、西北及北向坡，合計約佔計畫區面積之59.2%。 16 2011/12/24 16

樣區概述 土地利用現況 依據水土保持局山坡地土地利用最新數化成果，配合現場勘查後彙整出計畫區土地利用現況。 土地利用以檳榔椰子分布最多，面積約為1238.77公頃，其次是闊葉林，面積約為558.21公頃。 類別 中崙集水區 東興集水區 面積(公頃) 百分比 闊葉林 417.09 34.78 141.12 18.09 檳榔椰子 636.48 53.07 602.29 77.20 17 2011/12/24 17

樣區概述 雨量 雨量站之選用，經徐昇氏權重線劃分求取各雨量站所控制之流域面積權重分析結果後，以小公田佔93.71%、中埔佔3.24%及關子嶺(2) 佔3.05%作為本區平均雨量資料分析之用。 18 2011/12/24 18

樣區概述 年平均雨量 取用記錄時間為82年5月~97年12月間，共計16年。經分析16年雨量資料，平均年雨量為2623.29mm，最大雨量為97年4101.52mm；最小年雨量為89年1500.51mm。 年 雨量 (mm) 82 2201.56 90 3608.08 83 3032.15 91 2277.79 84 1771.77 92 1833.74 85 1816.86 93 1963.32 86 2632.41 94 3503.94 87 3296.27 95 3245.85 88 2393.85 96 2794.03 89 1500.51 97 4101.52 19 2011/12/24 19

樣區概述 最大一日暴雨量 暴雨資料選用採用最大值序列法，年最大值序列法係某特定延時（如一日、二日或三日），選取每年最大降雨量所得之序列。記錄時間為82年5月~97年12月間，共計16年，經統計最大一日暴雨量已94年7月19日（海棠颱風）之最大一日暴雨量491.34mm為最大。 發生 日期 最大一日 暴雨量 (mm) 82/5/26 141.80 90/9/18 405.99 83/5/31 218.11 91/7/10 141.63 84/6/8 123.87 92/6/7 203.03 85/8/1 190.58 93/7/2 431.91 86/8/7 266.17 94/7/19 491.34 87/8/4 207.66 95/6/9 370.54 88/8/9 170.09 96/8/18 273.29 89/8/23 196.93 97/9/29 340.89 20 2011/12/24 20

研究方法 研究流程 21 2011/12/24 21

研究方法 一、降雨分析 水資源相關工程規劃設計時，常需要利用雨量觀測資料，進行不同降雨延時的雨量頻率分析，以推導最大降雨-延時-頻率曲線或公式，並可依此雨量分析成果進行設計雨型的分析（經濟部水資源局，2001）。成果一般最常採用甘保氏極端值第一類分布法及皮爾遜對數第三類分布法等二種方法，本研究計畫亦將採用此二種適用於台灣地區的主要方法計算。 在集水區域範圍與面積有限情況下，本研究畫採用之雨量分析將著重在一日雨量頻率年分析，分析P5, P10, P25, P50, P75, P100之頻率年日雨量。 22 2011/12/24 22

研究方法 一、降雨分析 降雨分配型態常採用（1）數場暴雨同位序分析法、（2）Horner降雨強度分析法、或（3）SSGM設計雨型分析法，以作為分析一日降雨標準型態之依據，本研究將採用水利署水文設計應用手冊所採用的SSGM設計雨型分析法為主，作為計算依據。 23 2011/12/24 23

研究方法 二、逕流分析 利用降雨-逕流模式模擬集水區基礎水文分析，量化之計算基準以合理化公式為理論依據，並加以延伸應用為合理化公式-流量歷線修正式，稱為網格式合理化法(, GRAPH)。集水區內當降雨延時等於集流時間，會產生最大之洪峰流量，所產生之洪峰流量為QP (徐義人，1995) ，本法亦為水土保持技術規範中針對無實測流量站之集水區建議，對於不設置流量站的情況下，正可以以此技術進行減洪或分洪的推估。 24 2011/12/24 24

研究方法 二、逕流分析 動態降雨-逕流模式分析模式係屬推估流量歷線之網格式合理化法(Grid Rational Algorithm for Predicting Hydrograph, GRAPH)，其建置包括多項集水區計算理論，其包含(周文杰，2004)： 1. 集流時間之計算 2. 集流時間差分布之推導 3. 等集流時間線 4. 初始逕流係數 5. 逕流係數之動態模式 6. 流量歷線之動態推估 25 2011/12/24 25

研究方法 三、水收支分析 水收支分析，瞭解綠覆劣化區位水收支失衡情形，由於濕潤指數(moisture index)是植生復育之重要指標，擬利用中央氣象局主要測站之氣象資料，分析台灣地區各主要測站之月平均輻射量、氣溫、相對濕度、降水量、蒸發量、風速等資料，再依據Thornthwaite與Mather(1955) 之氣候分類法，分析各地區之氣候型。 對於水分充分供應之草生地，潛在蒸發散量可用Penman方法估算(Penman, 1963)。 26 2011/12/24 26

研究方法 三、水收支分析 水收支分析可以了解降雨分佈、氣候型態及缺水、剩水之情形。使用於集水區時，可以明顯看出降雨量分布之情形，實為一簡單快速之方法。 站名 需水量（mm） 降水量（mm） 剩水量（mm） 缺水量（mm） 濕度指數 乾燥指數 濕潤指數 氣候型 *嘉義 1004.7 1984.9 1061.4 81.2 105.64 8.08 97.56 亞熱帶重濕 27 2011/12/24 27

研究方法 四、窪蓄區位萃取 本研究將利用前人提出之高差法(Jenson and Domingue, 1988)結合斜面法計算集水區之初始流向，輔以窪地集水區法結合PROMETHEE 理論計算建立集水區之無窪地流向（Chou et al., 2004; Lin et al., 2008）。在過去研究成果中多次與傳統方法驗證比較(例如：高程平滑化法(Mark 1984)、窪地填高法(Jenson and Domingue 1988)、逐步填高法(Martz and Garbrecht 1998)、地形蝕刻法(Soille et al. 2003))，皆以本窪地集水區法所萃取之資訊最為精確。 28 2011/12/24 28

研究方法 四、窪蓄區位萃取 本研究係以窪地集水區自動劃分，在計算完初始流向後，會將窪地（在無填補DEM前，無法順利流出的封閉流路）進一步編碼為0，以待下一步計算最佳出水口，此時編碼為0的區域即為窪地集水區的範圍。 29 2011/12/24 29

預期結果 利用網格式合理化法公式配合設計頻率年雨量，模擬檳榔與非檳榔集水區之逕流量差異。 利用水收支分析探討該集水區缺水、剩水之情形。 利用逕流量差異與缺水、剩水之情形配合窪蓄區位萃取，優選出較佳可以使用之窪蓄區位。 模擬設置相關設施之產量。 評估其效益，考慮是否利用優選出之窪蓄區位設置截蓄保水設施。 30 2011/12/24 30

報告完畢 敬請指教 2007/05/28