變局下水資源的思維 東華大學 自然資源與環境學系 夏禹九

變局 全球氣候變遷 全球變遷 環境劣化 極端天氣事件增加 經濟、社會甚至疾病的全球化

http://www.ncdc.noaa.gov/indicators/

Projected change in annual mean surface air temperature from the late 20th century (1971-2000 average) to the middle 21st century (2051-2060 average).

http://hsu.as.ntu.edu.tw/workshop2008/005.pdf

先天上的限制 河川的特色：坡陡、流路短而急的，每年約900億噸的降雨中，大約有500億噸逕流迅速入海，除非設置像水庫或人工湖等大型蓄水設施，否則很難將降雨逕流加以蓄存利用。 降雨的特色：分布不均 78％的降雨集中在每年5到10月，其中又以颱風及豪雨居多，易釀成災害。枯水時期則常有缺水情況。 降雨空間的分布差異也很大，北部的豐枯比約6比4，中部和東部約8比2，南部則為9比1。

1996 台灣地區各月份平均降雨量圖 圖二 台灣地區各月份平均降雨量圖

依自來水法劃設之水質水量保護區面積約為9,012平方公里，佔台灣總面積之25%

水資源利用率分析 120 120/668 =18% 120/450 =27% 120/314 =38% 水資源利用量（億立方公尺）   水資源利用量（億立方公尺） 占年平均逕流量百分比 占河川最下游水文流量站以上面積之年平均逕流量百分比 占水庫集水區及攔河堰控制面積之年平均逕流量百分比 近十年地面水 利用量 120 120/668 =18% 120/450 =27% 120/314 =38%

多元化水資源經營 為達成經濟、社會、環境的永續發展及對資源的永續利用，新世紀水資源政策提出三大願景和六大主張，未來水資源政策將朝下列二大策略方向規劃： 第一，推動天然水資源開發利用總量管制。 第二，推動枯水季天然水資源用水零成長

多元化水資源經營管理 為達成前述二大策略目標，必須同時採取四大措施 節約用水 有效管理 彈性調度 多元開發 從提高用水效率著手，讓水的使用更加合理、有效。

根據中央氣象局的觀測統計 臺灣地區最大年降雨量由3180毫米增加到3322毫米，重現期也由19年縮短到8年 最小年降雨量則由1830毫米減少到1572毫米，間距由17年縮短到9年 以台北測站來說，近百年來降雨日數減少了27.8天，年降雨量則增加了268毫米 顯示臺灣地區降雨時間減少、降雨集中且強度愈來愈強等情勢日益明顯，這些現象將使水資源的利用更加困難。

當預期實施節約用水、有效管理、彈性調度等提高用水效率的措施仍然無法配合未來生活與產業用水時 必須在天然水資源開發利用總量管制的前提下，以多元方式開發水源 人工湖、雨水收集貯留、地下水補注回用、新興農地回歸水、攔河堰、水庫 海水淡化、水再生利用等方式，來提供必要的用水。 　水資源不僅只是環境與經濟的問題，更是社會與政治的問題。

1996   水資源利用量（億立方公尺） 占年平均逕流量百分比 占河川最下游水文流量站以上面積之年平均逕流量百分比 占水庫集水區及攔河堰控制面積之年平均逕流量百分比 近十年地面水 利用量 120 120/668 =18% 120/450 =27% 120/314 =38% 目標年110年 地面水利用量 160 160/668 =24% 160/450 =36% 160/314 =51% 2010 避免在這一代將天然水資源開發殆盡等因素後，將以每年200億噸作為現階段臺灣地區天然水資源開發利用總量管制之目標

長期以來，臺灣的水資源並無法反應水資源開發及管網改善之成本，亦遠低於歐美日等先進國家，無法反映成本的水價 不僅讓自來水公司無法擴大投資來改善水質及漏水率，也降低了節約用水的約制力以及海水淡化、水再生利用的競爭力和大用水戶自行投資海水淡化或水再生利用之意願。 因此，水價回歸市場機制並合理反應成本，為建構公平合理社會與提昇生活水準所必然要走的方向。

民國86年, 3月, ˙經濟部水資源局公佈「台灣水資源政策白皮書」. <> 1997 1991 1995 民國86年, 3月, ˙經濟部水資源局公佈「台灣水資源政策白皮書」. 2000 2001 2008 2005

討論了幾十年，水災、水資源問題好像反而愈來愈嚴重 老問題（水不夠）沒解決，又多了新的問題（環境問題、民眾抗爭）。 公部門沒有解決問題的能力？

水利單位看到的河流 Control Newson 1997 Land, Water and Development

水利工程專家看到的河流

生態系的服務 淨化空氣與水 減輕洪、旱災 廢棄物的分解與解毒作用 作物與自然植被之授粉 控制農業有害動、植物 化育土壤及其肥力 傳播種子、傳輸養分 緩和極端溫度、風及潮害 提供一部分的氣候穩定 維持生物多樣性 廢棄物的分解與解毒作用 作物與自然植被之授粉 控制農業有害動、植物 紫外線危害的防護 維持文化的異質性 精神層面的美景與激發智性

由環境或生態系統來看集水區

時 間 干擾 系 統 狀 態 彈性高 抗性高 平衡穩定 恆定 持久性 生態平衡

Disturbances Ecosystem interested Domain of Scales TIME SCALE SPATIAL SCALE 相對於我們所關切的系統(現象、過程),干擾是大而迅速的,則生態系將呈顯不穩定。 對同一性質的干擾,若伸展所考慮的系統至更廣的尺度,則系統仍會呈顯穩定的反應。 遭受干擾的森林中, 個別的小區中的林木可能會消失,但是整個大區域的森林仍會呈顯相對的恆常。

Adaptive Cycle 開發 保存 釋放 重組 www.resalliance.org 適應循環

Succession of plant species on abandoned fields in North Carolina. An orderly change of species in a community 極盛相 先驅社會 Succession of plant species on abandoned fields in North Carolina. Pioneer species consist of a variety of annual plants. This successional stage is then followed by communities of perennials and grasses, shrubs, softwood trees and shrubs, and finally hardwood trees and shrubs. This succession takes about 120 years to go from the pioneer stage to the climax community.

A Pond Succession Sequence

自然平衡（Balance of Nature） 未受干擾的自然展現神奇的規律與平衡。 如果人類讓自然順其天性，自然會自已趨向一個”健康且持續的平衡狀態”。

生態平衡 生態過程的特性 負反饋 大自然的範式 生態系 的穩定性 平衡的 恆常的穩定 Equilibrium concept derives from the “Balance of Nature” paradigms.

因起始條件不同，相同的過程，會呈現不同的結果 空間條件 地形、排水性、土壤 植被A 空間互相關聯 植被A 植被B 植被C 植被D 植被E 植被B 火災 （干擾） 植被C 植被D 植被E 起始的植被格局 機遇過程 現在的植被格局 因起始條件不同，相同的過程，會呈現不同的結果

不同的過程，呈現相同的結果 空間條件 地形、排水性、土壤 旱災 空間互相關聯 植被A 植被B 植被C 植被D 植被E 火災 植被C 蟲害 放牧 起始的植被格局 機遇過程 現在的植被格局 不同的過程，呈現相同的結果

不同的過程，會呈現不同的結果 空間條件 地形、排水性、土壤 旱災 植被A 空間互相關聯 植被A 植被B 植被C 植被D 植被E 植被B 火災 蟲害 植被D 放牧 植被E 起始的植被格局 機遇過程 現在的植被格局 不同的過程，會呈現不同的結果

 結果有很高的不確實性（Uncertainty） Historical, physiological, and biotic filters that determine the species composition of vegetation at a particular site. 潛在的物種庫 Historical filter 有沒有種 子來源？ 能不能發芽、存活、傳種？ Physiological filter 非線性的因果關係， 起始條件、機遇過程（意外）  結果有很高的不確實性（Uncertainty） Biotic filter 與其他物種的競爭或防衛自己？ 觀察到的植被 Lambers et al., 2008 Plant Physiological Ecology

Feedback mechanism Ideal feedback model. The feedback is negative if B < 0, self-regulation If B > 0 (positive feedback), leads to instability http://en.wikipedia.org/wiki/Feedback

非洲薩哈拉地區的植被在經歷一段緩緩減低的時段後，距今5000~6000年前突然崩潰成為與現今類似的疏稀植被。 Catastrophic Changes 源自陸域的泥砂 非洲薩哈拉地區的植被在經歷一段緩緩減低的時段後，距今5000~6000年前突然崩潰成為與現今類似的疏稀植被。 Scheffer et al. 2003. Catastrophic regime shifts in ecosystems.

植被與區域降雨量有正回饋的關係 Positive Feedback 區域降雨量 關鍵門檻 氣候變遷導致 局域兩量減少 全球氣候因子

Resilience- two definitions 著重在回復的速率 engineering resilience = recovery time t t t+1 Ecological resilience = Amount of disturbance to Change state A 著重在對干擾能承受的能力 B

Resilience 彈性、恢復力 一個系統能承受的干擾（變動）而仍能維持原有的功能、結構及回饋作用(feedbacks)的容納量。 系統在結構與功能上對干擾反應的多樣性 (response diversity、冗餘, redundancy )是維持彈性力的關鍵。

生態系統是一個複雜的適應系統 (complex adaptive system) 大自然的範式 生態系統是一個複雜的適應系統 (complex adaptive system) 非線性  不可預期性 多重尺度的層級系統  “尺度” 存在著複穩定狀態  遠離平衡的狀態 (far from equilibrium state) 對自然 的觀點 生態系 的穩定性 有恢復性 多重穩定狀態 演化的 地景尺度的移動穩定

Nature Society Coevolution of Society and Nature 自然環境 Energy Clmate Security Homer-Dixon, T. 2007

a Social-Ecological System Complex Adaptive Systems Human Society is a Social-Ecological System Complex Adaptive Systems

Adaptive Cycle 開發 保存 釋放 重組 www.resalliance.org 適應循環

指令與管制的經營 Command- and – Control Management 假設條件: 問題是明確界定、清楚定義、相當簡單、而且其因果關係是線性的。 Problem is well-bound, clearly defined, relatively simple, and generally linear with respect to cause and effect. Holling, C.S. and G.K. Meffe. 1996.

C Ecosystem Characteristics Behavior of a complex adaptive system Command and Control Management -- predictability Time

指令與控制式(command and control) 經營管理的病徵 對某一種自然資源（不論是漁獲、森林、水或土壤肥力等），一開頭很成功的管理，反而種下爾後資源系統崩潰的導因。 起初有效率的經營管理措施，多半導致原有生態系的彈性(resilience)減低、更僵化的管理機構、與更依賴此一自然資源的社會結構。 Holling and Meffe,1996

系統的變異降低， 導致失去生態彈性 (ecological resilience) 追求恆定人更依賴恆定 而意外頻仍

自然生態系(複雜適應系統)是適應干擾而演變的。 相對於多變的環境條件,生態系是無所謂「穩定」、「脆弱」。 「脆弱」、「不穩定」的是人賴以維持的「生態系的服務」-- 水資源。

變局 氣候變遷

激變 (catastrohpic transition ,regime shift) 至另一個吸引子 (attractor). Basin of Attraction (attractor) 當外在條件改變時，吸引子的大小會隨之改變 Scheffer and Carpenter. 2003

Regime Shift

STABILITY AND RESILIENCE 穩定性與彈性 生態系的彈性 穩定性場域 Ludwig: The Raft – A metaphor of Stability and Resilience. P.16 in “Panarchy”, 2002.

Gradually increases weight oscillation Stable again Gradually increases weight Ship sunk System losing resilience A B C A B C

Catastrophic Changes

適應調整的能力 Adaptive Changes

Ability to deal with shifting stability landscapes 適應調整的能力 Adaptive Capacity = Ability to deal with shifting stability landscapes Restore to previous state Adapt to new system configuration

Complex Adaptive System Thinking 永續(或存活)是要由「社會--生態系」的角度來思考 非線性的反應(不確定),要求預期會有「意外」的準備。 為劇變預作準備 系統自我組織的特性 Challenge the established assumptions of scientific certainty, stability paradigms in both the ecological and social sciences, and the primacy of expert-driven solutions Armitage D., F. Berkes, and N. Doubleday. 2007. eds. ADAPTIVE CO-MANAGEMENT: Collaboration, Learning, and Multi-Level Governance UBC Press

適應性經營 Adaptive Management

不確定性 控制性 High Low 待發展的前沿 Frontier 已確立 發展中 適應性經營 Adaptive Management Controllable Uncontrollable 不確定性 High Low 待發展的前沿 Frontier 已確立 Established 發展中 Developing 適應性經營 Adaptive Management 建構彈性 Resilience Building 最佳化指令與控制 Optimizing Command & Control 情境規劃 Scenario Planning Different approaches to ecological management Peterson (2005)

變局中的水資源經營 策劃經營策略時必需有更多元的思考與參與以面對變局。 必需要著重知識 、學習、增強適應力、更新、轉型的社會資源。 理解改變及不確實性是社會－生態系統的本質。 分散式、增強局部區域的應變能力。 適應性經營 Adaptive Management

單純自然環境巨變不會使一個社會崩潰；崩壞，來自於自然的兇惡與遲鈍、錯誤的決策或沒有對策，反之，正確的反應會使人類社會與自然都受益。 Catastrophic Changes 從美國蒙大拿州，講到英國復活島、馬雅文明、維京人、盧旺達、日本、中國、澳洲……浩浩跨越上古至現代文明，橫跨歐、亞、美、大洋洲，探討人類社會的大崩壞，究竟背後糾葛的因素是什麼。 單純自然環境巨變不會使一個社會崩潰；崩壞，來自於自然的兇惡與遲鈍、錯誤的決策或沒有對策，反之，正確的反應會使人類社會與自然都受益。 出版社：時報文化 作者：賈德．戴蒙

謝謝