坡地農塘水土保持功能之探討 老師：林信輝 教授 學生：李玟憲 學號：5098042207

簡報內容 1 前言 2 文獻回顧 3 研究材料與方法 4 結果與討論 5 結論與建議

前言 1 前言 1980 年國際自然保育聯盟、聯合國環境署等組織發佈《世界保育方案》(World Conservation Strategy)，於該方案中提出永續發展的理念，並積極強調保育自然環境與資源，促使聯合國於1983 年成立「世界環境與發展委員會」(World Commissionon Environment and Development,WCED)。一群國際間環境與發展議題專家以及政府官員組成工作小組，經過兩年多的研究與審議，於1987 年出版了《我們共同的未來》(Our Common Future)，呼籲世界各國及其公民，除了關心當地及日常的環境問題以外，更要建立寬廣視野的環保概念，以前瞻性的行動關切全球性環境危機(李公哲，1998)。這本報告成為「永續發展」(sustainable development)名詞在國際間第一次明確的定位，也是永續發展最重要的聲明與陳述。本文以永續發展的理念，針對農塘有關生態環境與相關規劃理論加以探討，並以相關研究作為評估指標與環境初步規劃之依據。

緣起 1 前言 公館仔排水上游鹿廚坑野溪集水區，近年來由於上游集水區歷經高鐵開發、坡地農舍別墅如雨後春筍般興建，引起地表的沖刷，造成水土的流失並引致河道淤砂問題嚴重，因此下游高速公路排水涵洞發出警訊，並於上游施設沉砂池，及每年疏浚。若不加以整治，河床年年增加，旱季則用水不足，溪流也多污染，河川淤砂，不足容納大量水流時，就發生洪水。因此水利署規劃於高速公路橋上游河心累距2433至2707渠段設置一滯洪(沉砂)池，設計容量為8,600立方公尺，深度為2.0公尺，總計徵收土地0.55公頃。過去台灣以農業為主，為灌溉方便，部分地區設有埤塘以利蓄水並提供部分農業用水。但隨著加入WTO後，農業用水形態已有不同，若能善加利用這些蓄水設施，並以多目標經營的方式進行適度的改善，不但可涵養水源，亦可就近支援農業及其他用水，甚至可以提供小區域滯洪蓄洪、砂源控制及營造更豐富的生態環境，以及作為當地民眾休閒遊憩之用。有鑑於此，本文希望探討坡地農塘水土保持功效，提供管理者流域整體治理之另一種思維，以順應自然規律採取永續發展的策略，捍衛開發與環境的協調性，保持生態平衡。

農塘功能 文獻回顧 2 農塘多位於低窪排水不良之農田區域，大致有在槽的農塘與離槽的農塘之分，具有蓄水功能、補充灌溉用水、補充地下水、減少對水庫依賴程度、可達到淨化水源功能、減少地表逕流以達防洪功能、減緩地層下陷、水質提昇及生態（吳約西，2003）調節下游泥沙量、調節微氣候、休憩、活化農村景觀、增進農民收益等功能，具有小型滯洪池及沉砂池之功效。

農塘功能 廖朝軒(2003)對雨水資源再利用文章中的分類方式，將農塘功用分成「利水、治水、活水」三大類。 文獻回顧 2 廖朝軒(2003)對雨水資源再利用文章中的分類方式，將農塘功用分成「利水、治水、活水」三大類。 (1) 「利水」：農塘於地面開挖貯存雨水或引水入池，此舉可作為農業上灌溉之用、民生用水、及其他用水之用途，以增加土地的利用價值，例如將農塘附近興建步道或作成親水設施等，使其可供做景觀或休閒設施之利用。 (2) 「治水」：主要是農塘可於暴雨來臨時適時的延遲洪峰流量、控制土砂量、短暫減少逕流體積，達到滯洪防災之目的。 (3) 「活水」：主要是藉由農塘之透水能力， 使水資源經由地表面入滲至地下水水位面，以補充地下水穩定地下水位，防止海水入侵，並利用自然土層吸附、分解、過濾、沈降或稀釋改善水質，以達保水與活水之目的。

相關水土保持技術規範 第十六條 降雨強度之推估 第十七條 洪峰流量之估算 第十九條 集流時間 第三十五條 山坡地土壤流失量之估算 文獻回顧 2 相關水土保持技術規範 第十六條 降雨強度之推估 第十七條 洪峰流量之估算 第十九條 集流時間 第三十五條 山坡地土壤流失量之估算 第五十五條 農塘之定義 第五十六條 農塘之設計要求 第八十四條 坡地排水渠流之平均流速 第九十二條 泥砂生產量之估算 第九十三條 沉砂池容量 第九十四條 滯洪設施 第九十五條 滯洪設施之規劃設計原則 第九十六條 滯洪設施之水理計算 第九十七條 滯洪設施管理注意事項

文獻回顧 2 滯洪池容量 （余濬，2001）以逐步法估算滯洪池容量時，其入流量歷線係以設計雨型求算而得，經以「大園垃圾衛生掩埋場新建工程水土保持計畫」案例探討得知： 1.傳統滯洪池隨著設計雨型採用之延時愈長，則所需容量愈大，當延時長達1小時，前峰式設計雨型所估算之滯洪池容量已不再增大，而中央式及後峰式設計雨型所估算之滯洪池容量僅增加約2%。 2.就不同雨型形式所估算之傳統滯洪池容量而言，以後峰式所估算之滯洪池容量最大，中央式次之，前峰式最小。 3.通常滯洪池之高度需受到地形與下游出口水位之限制，而無法任意選用之，惟當滯洪池之高度可以任意選擇時，選用高度較小之滯洪池，所需之滯洪容量較大，但差距幅度不大，由本案例顯示當滯洪池之高度為2m時，其滯洪容量為池高3m之1.085~1.051倍。

文獻回顧 2 生態水文 Ian L.McHarg（郭瓊瑩譯，2001）在「道法自然」中提到：一滴高地流域中的水滴，可以雲、降雨、溪流、池塘中的水或地下水等形式重覆出現；這滴水亦能參與動植物之新陳代謝等作用。引申水的循環是整體性的運作，是個互相運作的系統，部份的改變，都可能影響了整系統的運作。水資源的再利用、再循環與減少耗費，是大家應致力於永續規劃的必要策略（Stephen M.Wheeler，2004） 游以德（2004）依據93年度農委會農業發展計畫之子計畫五-埤塘及鄰近地區景觀規劃與生態保育之研究針對埤塘生態先期評估因子有：面積大小、埤塘水質狀況、生物多樣性、社區互動情形、開發使用狀況、目前管理狀況、周遭景觀品質等七項評估因子。

土壤流失量推估 Am = RmKmLSCP 式中： Am：單位面積土壤流失量（tons/ha/yr） 研究材料與方法 3 Am = RmKmLSCP 式中： Am：單位面積土壤流失量（tons/ha/yr） Rm：降雨沖蝕指數（Mj-mm/ha-hr-yr） Km：土壤沖蝕指數（tons-ha-hr-yr/Mj-mm-ha-yr） L：波長因子 S：坡度因子 C：覆蓋與管理因子 P：水土保持處理因子

土壤流失量推估 研究材料與方法 3 1.降雨沖蝕指數（Rm） 土壤沖蝕乃降雨對土壤沖蝕能力與土壤內在抗蝕性相互作用之結果，台灣地區有黃俊德（1979）針對基隆、新竹、台中、日月潭、高雄、恆春、花蓮與台東八處測候所20 年自記日雨量資料為基礎，並輔以全台200 個雨量站的月雨量資料，完成等降雨沖蝕指數圖，再藉迴歸分析推算無雨量站之各地區降雨沖蝕指數。 年平均降雨沖蝕指

土壤流失量推估 研究材料與方法 3 2.土壤沖蝕指數（Km） 土壤沖蝕指數係採用萬鑫森、黃俊義(1981、1989) 依據Wischmeier and Smith 之列線圖推算，台灣地區280 處土壤的沖蝕性指數值，並以地理統計方法建立台灣地區之土壤沖蝕指數等值圖。 土壤沖蝕指數圖

研究材料與方法 3 土壤流失量推估 3.坡長因子（L） 根據土壤流失公式之定義，波長因子為「水平投影長λ之坡面土壤沖蝕量與位處於相同降雨、土壤、坡面及地表狀況，但水平投影長為22.13m之坡地土壤沖蝕量的比值」，坡長因子（L）其公式表示為： ，中λ為地表漫地流之流長（公尺），m 隨著坡地的坡度而改變（Wischmeier and Smith，1965）。根據Wischmeier and Smith（1978）分析指出：當坡地 坡度小於1%時，m=0.2；當坡度介於1%-3%之間時，m=0.3；當坡度介於 3%-5%之間時，m=0.4；當坡度大於5%以上時，m=0.5。地表漫地流之流長 係由地表逕流開始發生的地點起算，至沖蝕土壤發生明顯淤積或至匯集逕 流水之渠道為止，期間的水平投影距離。

土壤流失量推估 研究材料與方法 3 4.坡度因子（S） 坡度因子係計算各網格之平均坡度（ θ ） 再以Wischmeier and Smith(1978) 所提出之坡度因子公式： S = 65.4sin 2 θ + 4.56sin 60.0654 求算而得S 值。

土壤流失量推估 研究材料與方法 3 5.植生覆蓋因子（C） 地上不同種類之植生、生長狀況、季節、覆蓋程度皆有不同之C 值；由於台灣地區之C 值尚無資料庫可資利用，目前C 因子取得方式已逐漸由遙測影像來取代，利用土地利用判釋結果轉換為C 值，然影像判釋工作需專業之遙測操作人員及耗費時間方能取得所需資訊，若能藉由綠色植生量之評估來產生所需之C 值資料庫，將有效地縮短評估C 值所需時間。本研究為能迅速取得C 因子，利用遙測理論之植生指標來計算覆蓋與管理因子，有關NDVI 值與C 值之計算方式說明如下：

土壤流失量推估 （1）將SPOT 衛星影像利用NDVI 公式計算植生指標值，其值域介於-1 至1 之間。 研究材料與方法 3 土壤流失量推估 （1）將SPOT 衛星影像利用NDVI 公式計算植生指標值，其值域介於-1 至1 之間。 （2）由於NDVI 值愈大顯示地表植被覆蓋愈佳，而地表植被覆蓋愈佳則表示C 值愈小，因此需經反向配置之，其公式如下： …………………..………(12) 式中a 為實數，經計算後之C 值介於0 至1 之間，而a 值可由集水區內主要之土地利用的NDVI 值計算而得；而林文賜（2002）建議a 值為1+ NDVI。

土壤流失量推估 6.水土保持處理因子（P） 一般在無調查資料且考量安全性時，即假設在無水土保持處理之狀態乃以P=1 進行評估。 3 研究材料與方法 3 6.水土保持處理因子（P） 一般在無調查資料且考量安全性時，即假設在無水土保持處理之狀態乃以P=1 進行評估。

研究材料 研究材料與方法 3 公館仔排水位於南港溪右岸，為南港溪支流之一，排水路發源於頭份鎮濫坑里之竹南丘陵由東南向西北流，與尖東產業道路平行向下游排出，其間流經頭份鎮廣興里、尖山里、尖下里及竹南鎮公館里，最後在南港溪口斷面1附近與其同時滙入中港溪斷面8。

地形 研究材料與方法 3 計畫區域下游主要分布於竹南平原南端，竹南平原為中港溪自頭份斗煥坪以下，沿流帶來的泥砂，形成三角形的沖積平原。東以竹南丘陵為界，兩岸河階台地，越往下游越發達，河床也越寬闊，下游排水路出口處之河寬達20公尺，一直往上游逐漸縮小為11公尺寬。計畫區地形由東南向西北傾斜。

地質 研究材料與方法 3 計畫區附近有新城斷層及斗煥坪斷層經過，主要的地質屬於上新世之卓蘭層，為砂岩、泥岩及頁岩互層；而國道1號以西之沖積平原為竹南沖積平原，為礫石、砂及粘土混合之地質，在省道台1線以北，其地質屬於全新世之沖積層，省道台1線以南，地質屬於更新世之台地堆積層

土壤 研究材料與方法 3 本集水區土壤以沖積土為主，面積約202.03公頃，佔集水區面積之40.02％，其次為黃壤面積約為155.38公頃，佔集水區面積30.78％。從分布情形來看：沖積土位於公館仔排水中下游之低地；黃壤則分布於集水區上游高地等處。 土地分類 沖積土 崩積土 黃壤 雜地 合計 面積 202.03 144.81 155.38 2.62 505 百分比(%) 40.02 28.69 30.78 0.52 100.00

氣候及水文 本計畫屬中港溪流域位於台灣中北部，屬亞熱帶氣候區，冬季以東北季風，夏季以西南、東南季風為主，屬典型東亞季風氣候。 研究材料與方法 3 本計畫屬中港溪流域位於台灣中北部，屬亞熱帶氣候區，冬季以東北季風，夏季以西南、東南季風為主，屬典型東亞季風氣候。 項目 月份 降雨量 (公厘) 降雨日數 (天) 平均氣溫 (攝氏度) 相對濕度 (百分比) 最高氣溫 最低氣溫 1 65.5 9 15.1 79 18.8 12.7 2 123.9 14 15.2 78 18.7 12.5 3 172.4 15 17.4 21.4 14.9 4 195.7 25 18.5 5 253.6 11 24.6 80 28.3 21.8 6 281.7 13 27.3 82 30.8 23.9 7 199.8 28.8 87 32.7 25.4 8 243.3 12 28.5 84 32.3 25.2 194.5 26.9 30.5 23.5 10 49.6 24 77 27.4 21.1 39.6 20.5 76 24.9 18.1 50.9 17.1 21.3 合計 1870.6 127 － 平均 155.9 10.6 22.9 78.9 26.7 20.0

交通及人文產業 研究材料與方法 3 高速公路及省道為苗栗縣主要的聯外道路，省道亦兼有縣內各鄉鎮間聯繫的功能，而鐵路則自竹南鎮分成山、海線。尚有國光汽車客運公司，營運路線北至新竹、桃園、台北及基隆，南至苗栗、台中及高雄，苗栗客運公司，行駛於苗栗縣14鄉鎮，交通非常便利。 苗栗縣為標準農鄉，各類農產豐富，居民以米飯、甘藷為傳統主食。而境內多為客家族群，在飲食上發展出獨特客家美食文化。至於住的部份，傳統的民房形式，大多為傳統的三合院，中央是正廳，兩側為廂房。三面屋宇環繞，正前方有圍牆、大門，院內則充作曬穀場。

生物環境 依據特有生物中心地理系統及相關文獻報告 研究材料與方法 3 依據特有生物中心地理系統及相關文獻報告 植物：位屬台灣低海拔丘陵山地，區內由優勢樹種相思樹、山黃麻、樟樹間雜生有江某、樟樹、山菸草、七里香、九芎等與其他常綠闊葉樹木組成。 動物： 鳥類、蝶類：以一般中低海拔墾植地常見種類為主，如大卷尾、樹鵲、白頭翁等 蛇類：7種，其中保育類種類計有雨傘節及龜殼花兩種 蛙類：5種，其中貢德氏赤蛙是台灣珍貴稀有的二級保育類物種 淡水魚類：有9種，其中台灣馬口魚及粗首鱲為台灣特有種；琵琶鼠、吳郭魚和大肚魚為外來物種，其餘物種為一般原生物種。

土砂產量推估 集水區編號(id) 集水區面積(ha) 泥砂產量(tons/yr) 平均沖刷深度(cm) 1 151.04 291.25 結果與討論 4 集水區編號(id) 集水區面積(ha) 泥砂產量(tons/yr) 平均沖刷深度(cm) 1 151.04 291.25 0.0138

降雨強度計算 P(mm) 無因次降雨強度公式 係數 1748.80 A=[P/(-189.96+0.31P)]2= 28.51528 B= 結果與討論 4 P(mm) 無因次降雨強度公式 係數 1748.80 A=[P/(-189.96+0.31P)]2= 28.51528 B= 55.00000 C=[P/(-381.71+1.45P)]2= 0.69696 G=[P/((42.89+1.33P)]2= 0.5267 H=[P/(-65.33+1.836P)]2= 0.32891 I2560=[P/(25.29+0.094P)]2= 85.00609 T(yr)= 25 50 I2560(G+HlogT)A= 2391.24 2631.242 tc(min) I25t(mm) I50t(mm) 1 I2560(G+HlogT)A/(t+B)c= 142.8396 159.1269 2 141.1187 157.1760 3 139.4473 155.2823 4 137.8234 153.4432 5 146.4401 151.6563

滯洪量推估 tc (min) 集水面積A(ha) 開發前C Q1(cms) 開發後C Q3(cms) Tb (hr) 滯洪量S(m3) 結果與討論 4 tc (min) 集水面積A(ha) 開發前C Q1(cms) 開發後C Q3(cms) Tb (hr) 滯洪量S(m3) 蓄洪量Vsd =1.1S(m3) 0.8Q3 (cms) Q1< 0.8Q3 1 151.04 0.75 44.95 0.95 63.42 33259.66 36585.63 50.74 O.K. 2 44.41 62.65 32834.75 36118.22 50.12 3 43.88 61.89 32422.79 35665.06 49.51 4 43.37 61.16 32023.16 35225.47 48.93 5 46.08 60.45 25860.63 28446.70 48.36

茶園非點源污染量估計 日本林地之單位負荷： 總氮：1.83-12.7 kg/ha/yr，中位數＝3.93 kg/ha/yr 結果與討論 4 日本林地之單位負荷： 總氮：1.83-12.7 kg/ha/yr，中位數＝3.93 kg/ha/yr 總磷：0.019-0.550 kg/ha/yr，中位數＝0.133 kg/ha/yr 89年龍美雨量站： 年雨量2218mm，10mm以上51場(共降2091mm) 曾文水庫集水區茶園每年產生之總污染量(kg/yr) SS COD TKN 19316 17121 3726 NO3-N TN TP 58232 61970 68 國內水庫集水區非點源污染單位面積之污染輸出係數 發生源 TN，kg/ha/yr TP，kg/ha/yr 翡翠 德基 曾文 美濃 山林 3.3 － 9 6 0.6 0.2 1.8 0.35 農地 2.5 15 8 0.3 7.3果園 5.4菜園 3.0 0.4 社區 10 25 1.0 5.0 草生地 0.5 其他 2 0.1

水質淨化處理 結果與討論 4 河川污染整治可以自然淨化工法或人工溼地達到水質淨化之目的。「自然淨化系統」或人工溼地系統乃利用自然生態的淨化機制與生物成員(微生物、水生植物及水生動物)，在人為的控制下強化其污染物的去除能力，達到廢污水處裡的目標，屬於水污染防治科技上之生態工法。全河段不缺氧、不發臭的指標：河川DO(溶氧) ≧2 mg/L。 通常家庭污水經初步沉澱停留2小時可去除35%BOD及60%SS。

水質淨化-生態浮島 布袋蓮、水芙蓉：可生長在N=0.2-6mg/L、P=0.033-16 mg/L水中。 攝取N、P之速率：產量×植體含量。 結果與討論 4 布袋蓮、水芙蓉：可生長在N=0.2-6mg/L、P=0.033-16 mg/L水中。 攝取N、P之速率：產量×植體含量。 生長速度：最快10天double 。 年產量：106 t(dw)/ha(布袋蓮)、72 t(dw)/ha(水芙蓉)。 植體含N量(乾重)3%,含P 0.3-0.7% 植體處理：堆肥、發酵回收甲烷。

水質淨化-濕地營造 1.利用植物的根系，附著微生物，分解有機物。 結果與討論 4 1.利用植物的根系，附著微生物，分解有機物。 2.挺水性的水生植物，例如蘆葦及香浦，能將空氣傳輸到植物根部，進而藉擴散作用，提高水中溶氧，並氧化週遭底泥及水域。

結論與建議 結論與建議 5 人口快速的成長、土地大量的開墾，造成森林減少、石化能源大量的使用、自然生態逐漸失去平衡，導致全球氣候快速變遷，使得氣溫、雨量之變化更趨兩極化、旱澇並現的現象。以致現今許多地區的降雨強度有逐漸增大之傾向或旱季明顯變長，造成了許多災害及農作物收成銳減，進而對人民生命財產造成嚴重的威脅和損失。並且在經費的籌措與用地取得不易的情況下，利用遍佈在各地的農塘，減少地表水迅速流失，除了可以儲存豐水期之水源，以解乾旱時缺水之苦；也可調節暴雨季節之洪水流量，以防淹水之災。隨著環境保育意識的抬頭，並可減少人工水泥設施，實不失為一個解決問題兩全之策。

參考文獻 行政院農委會(1996)，水土保持技術規範。 吳嘉俊、盧光輝、林俐玲（1996），土壤流失量估算手冊，國立屏東技術學院。 林俐玲（2003），土壤沖蝕程度判定，「九十二年度山坡地土地可利用限度查定教育訓練教材」，行政院水土保持局編印，第70頁。 林昭遠，陳昱豪，林家榮，2006，集水區泥砂產量推估之研究，水土保持學報38(2)：pp.207-218。 余濬（2005），山坡地排水與滯洪設計，科技圖書。 余濬、吳瑞賢（2001），都市雨水下水道設計模式之研究，國立中央大學土木工程研究所博士論文。 李光敦（2002），水文學，五南圖書。 許時雄（2005），水環境經營，科技圖書。 Stephen M.Wheeler，2004，Planning for Sustainability-Creating livable，equitable，and ecological communities，New York：Routledge，pp.78-80

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