由降雨沖蝕指數和台灣降雨資料 探討臨時性沉砂量體計算及 水土保持施工月份之合理性

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1 由降雨沖蝕指數和台灣降雨資料 探討臨時性沉砂量體計算及 水土保持施工月份之合理性
指導教授：林俐玲博士 學 生：陳彥丞 民國101年1月7日 國立中興大學水土保持學系

2 大綱 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論

3 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 前言 根據歷年紀錄估計，台灣地區1949~1990年間平均雨量為2515mm，約78％之雨量集中在於5~10月，各地降雨量分布不平均，降雨強度大且集中，造成各地乾旱月份之分布有極大之差異。 水土保持計畫區之雨量分布之季節及雨季時間長短不一，因此年降雨沖蝕往往無法描述一地區一年內各季之降雨沖蝕潛能特性。 本研究之目的： 水土保持工程施工如擬避開雨季，而於乾旱期間進行施工，則可降低降雨沖蝕指數，減少土壤流失量。 以一年內各季的降雨沖蝕特性為依據，做為開發、整地或水土保持處理的參考時，則須依據計畫區年降雨沖蝕指數之月分布資料。

4 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 前人研究

5 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 有關降雨沖蝕指數Rm 之前人研究 沉砂池之水土保持技術 規範內相關規定 文獻回顧 台灣季節降雨的變化趨勢 及年雨量分布之前人研究

6 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
有關降雨沖蝕指數Rm之前人研究 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 有關降雨沖蝕指數Rm 之前人研究 沉砂池之水土保持技術 規範內相關規定 台灣季節降雨的變化趨勢 及年雨量分布之前人研究 黃俊德（1976） 依氣候特性將台灣分為8 個氣候區，沿用美國通用土壤流失公式中之降雨動能公式，配合各地之降雨記錄，以非線性迴歸方程式表示各地區年降雨沖蝕指數與年降雨量，推估台灣之年降雨沖蝕指數，完成台灣年等降雨沖蝕指數圖。 黃俊德(1979，1981) 以全省200個雨量站之降雨沖蝕指數月分配百分比為基礎，將全省具有相同降雨沖蝕指數特性的地區歸納成12個分區，為方便使用將該十二分區之降雨沖蝕指數悅分配百分比重新整理並列表。

7 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 有關降雨沖蝕指數Rm 之前人研究 沉砂池之水土保持技術 規範內相關規定 台灣季節降雨的變化趨勢 及年雨量分布之前人研究 盧光輝（1997） 針對USLE中的降雨沖蝕指數，以近20年（1977~1994）的測站降雨資料進行全台灣的R值修正，其認為以較長統計年數修改後的R 值應能提供更準確的土壤沖蝕評估。 盧昭堯、吳藝昀等(2005) 蒐集氣象局全台之氣象站及自記雨量站(共158站)之年降雨紀錄，自1975~2000(25年)全台各測站之降雨資料，根據各地區修正之降雨動能公式，使用Wischmeier and Smith(1978)之參數EI30 ，計算R值，並建立代表測站之年降雨沖蝕指數與年降雨量相關式，完成修訂台灣地區之等降雨沖蝕指數圖

8 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 有關降雨沖蝕指數Rm 之前人研究 沉砂池之水土保持技術 規範內相關規定 台灣季節降雨的變化趨勢 及年雨量分布之前人研究 第九十二條 泥砂生產量之估計： 泥砂生產量之估算，採用通用土壤流失公式(Universal Soil Loss Equation USLE)估算之，並符合下列規定： (1).臨時性沉砂設施之泥砂生產量估算，依通用土壤流失公式估算值之二分之一。但開挖整地部分，每公頃不得小於二百五十立方公尺；未開挖整地或完成水土保持處理部分，每公頃不得小於十五立方公尺。 (2).永久性沉砂設施之泥砂生產量估算，完成水土保持處理或未開挖整地部分，每公頃不得小於三十立方公尺。

9 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 有關降雨沖蝕指數Rm 之前人研究 沉砂池之水土保持技術 規範內相關規定 台灣季節降雨的變化趨勢 及年雨量分布之前人研究 Chen and Chen（2003） 分析台灣地區1961 至1998 年的降雨特徵，結果顯示，冬季東北季風盛行的時候，降雨發生在台灣的東北部；春季降雨集中在西北部地區；春季過後，台灣主要是受到梅雨鋒面的影響，夏季西南氣流帶來暖濕的空氣，使中央山脈的西側常常有午後局部性的對流發生，除此之外颱風也是主要的降雨機制；秋季則同時受到颱風以及東北季風的影響。 洪麗娟(2009) 台灣冬季時受東北季風影響，主要降雨在東北部地區；春季降雨主要在西北部，夏季受西南氣流及颱風的影響，主要降雨在西南部及中央山脈；夏季降雨佔年雨量60%以上。

10 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 研究材料與方法 、研究地區特性 (吳藝昀，2004)依據台灣地區之地形、地勢高低與降雨特性，將全台區分為十個降雨氣候分區。東半部地區依其行政分界劃分為三個氣候區，西半部地區以大肚溪為界，新竹、苗栗及台中地區海拔高於1500–2000 公尺以上，列屬於中部山區；彰化、雲林、嘉義及台南地區地勢變化較為平緩，將靠近山麓地帶海拔高於500–1000 公尺以上，列屬於中南部山區。

11 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 研究材料與方法 本研究主要針對開發面積較小，開挖整地期程較為短之計畫區域；其施工期如能有效的避開雨季，且找到降雨沖蝕指數月分配百分比最低之最佳施工期程，則能有效的減少土壤流失量，縮小臨時性沉砂池之量體、降低開挖整地之面積及臨時性沉砂池之工程經費。 本計畫之研究方法 (1)因台灣降雨的分布受氣象及地形的因素影響，故針對 季節之降雨分布找尋降雨影響最小之月份。 (2)歸納出台灣降雨沖蝕指數月分配百分比及降雨沖蝕指 數月分配累積百分比圖，以統計出最低降雨沖蝕指數 月分，進而找出最佳施工期。

12 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 研究材料與方法 、找尋最佳施工期 (1)台灣季節降雨的變化趨勢及年雨量大小乃根據『 年 台灣降雨的特性分析』（洪麗娟，2009）、（李錦育，2010） 『台灣地區氣象資料庫』及吳藝昀(2004) 『台灣天然雨滴粒徑 分佈及年等降雨沖蝕指數圖之修訂』 ；小面積計畫區之開挖整 地之工程期程約需三個月，因台灣降雨的分布受氣象及地形的 因素影響，故針對季節之降雨分布找尋降雨影響最小之月份。

13 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 研究材料與方法 春季(3、4、5月)西北部地區的降雨較多，而最大降雨發生在東北角地區及中部山區，約為1000mm (圖a) 。夏季(6、7、8月)，受到西南氣流及颱風的影響，主要降雨區域為中南部地區以及中央山脈的迎風面，最大的平均雨量在2200mm以上，且最大降雨發生在高雄的山區(圖b)。秋季(9、10、11月)則同時受東北季風及颱風的影響，降雨主要集中在東北部及東部地區，尤其是宜蘭平原秋季的平均雨量約在2000mm以上(圖c)。冬季(12、1、2月)主要受東北季風影響，在東北角有最大的平均降雨量(約1400mm)，其次在宜蘭平原亦有較大的降雨(約 mm)，而在東北季風的背風面，降雨明顯偏少，尤其在台南、高雄地區，冬季的平均降雨在100mm以下(圖d)。 年(a)春季、(b)夏季、(c)秋季、(d)冬季的平均降雨分佈（摘自洪麗娟，2009）

14 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 研究材料與方法 月平均降雨量表(1975~2005) 　月份 地區 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 台北 86.3 168.2 206.3 174.0 249.5 307.6 239.2 282.0 299.5 105.5 83.8 70.7 基隆 327.6 416.1 347.8 251.1 304.4 296.0 144.7 209.6 367.5 397.4 397.0 323.6 宜蘭 142.5 178.8 130.3 136.6 225.0 193.7 135.8 249.4 422.5 423.8 357.1 181.5 花蓮 61.2 97.1 86.7 93.4 204.6 225.5 157.1 264.7 360.1 328.9 168.4 64.6 台東 34.5 43.5 43.0 75.6 163.0 239.7 262.0 290.2 315.1 197.4 71.4 36.4 新竹 71.1 162.3 216.8 189.6 281.4 271.9 137.6 199.7 108.5 44.1 44.7 52.3 台中 34.8 80.8 105.4 241.5 296.9 248.4 316.2 105.6 10.1 21.2 24.0 嘉義 26.8 60.4 69.6 102.9 193.4 317.0 302.9 424.7 147.4 21.1 13.3 19.4 高雄 17.7 25.6 44.5 76.5 181.8 394.7 359.9 420.8 182.7 38.5 14.4 9.8 南投 蓮花池 37.1 126.4 133.9 192.1 300.4 352.1 233.7 316.4 114.1 17.6 24.9 27.3

15 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 研究材料與方法 月平均降雨百分比表 月份 地區 12~2 3~5 6~8 9~11 台北 14.3 27.7 36.5 21.5 基隆 28.2 23.9 17.2 30.7 宜蘭 18.1 17.7 20.8 43.3 花蓮 10.6 18.2 30.6 40.6 台東 6.5 15.9 44.7 33.0 新竹 16.1 38.6 34.2 11.1 台中 8.6 29.9 53.1 8.4 嘉義 6.3 61.5 10.7 高雄 3.0 17.1 66.5 13.3 南投蓮花池 10.2 33.4 48.1 8.3 西南部地區夏季降雨站年平均雨量的50%以上，在嘉義及高雄沿海甚至到達60%~66%；而宜蘭平原的秋季降雨佔年平均雨量的40%以上。冬季佔年雨量比例最少的，在東北角最大的比例約18~28%，而西南部地區則僅佔年雨量的0~6%；梅雨季節約為每年之三至五月，梅雨季降雨在西部地區佔年雨量的29-38%，北部及東北部地區受梅雨影響最小。

16 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 研究材料與方法 、找尋最佳施工期 (2)吳藝昀(2004) 『 台灣天然雨滴粒徑 分佈及年等降雨沖蝕指 數圖之修訂 』，台灣氣候型態歸納成十個區域，並且計算出 月平均降雨量及月平均沖蝕指數，依據黃俊德(1979)以全省 200個雨量站之降雨沖蝕指數月分配百分比為基礎，將全省具. 有相同降雨沖蝕指數特性的地區歸納成12個分區之方式，將 吳藝昀(2004) 台灣氣候型態歸納成十個區域之月平均降雨量 及月平均沖蝕指數，算出降雨沖蝕指數月分配百分比及降雨 沖蝕指數月分配累積百分比圖，以統計出最低降雨沖蝕指數 月分，進而找出最佳施工期。

17 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
月平均降雨沖蝕指數 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 研究材料與方法 、找尋最佳施工期 月平均降雨沖蝕指數 月份 地區 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 台北 2.0 11.1 16.8 19.0 42.7 108.1 103.7 90.5 114.7 11.6 6.6 2.8 基隆 26.0 36.8 32.9 34.9 60.3 115.5 66.5 87.3 185.1 185.3 68.6 36.3 宜蘭 9.3 9.9 7.1 13.6 37.2 50.6 47.4 94.9 241.1 194.2 78.9 23.9 花蓮 3.0 4.5 5.0 6.4 58.5 106.1 53.4 124.9 194.6 164.0 63.5 4.3 台東 1.3 2.3 2.2 11.5 56.4 97.9 133.2 141.4 174.1 110.0 15.7 2.7 新竹 3.9 19.1 35.4 40.0 113.6 110.1 73.2 74.8 27.7 5.6 10.5 台中 12.7 33.8 82.9 102.8 129.7 150.4 35.8 1.8 嘉義 3.1 15.3 15.1 32.7 68.2 134.7 177.3 261.7 82.3 1.9 0.7 2.6 高雄 4.8 12.8 25.8 93.2 236.6 233.9 291.7 97.4 11.9 2.4 0.4 南投 蓮花池 1.7 20.3 17.3 41.4 99.9 135.9 98.7 136.2 26.5 42.0 1.1 摘自吳藝昀(2004)

18 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
月平均降雨沖蝕指數 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 研究材料與方法 、找尋最佳施工期 台灣降雨沖蝕指數特性分區之月分配百分比 月份 地區 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 台北 0.38 2.10 3.17 3.59 8.06 20.41 19.58 17.09 21.66 2.19 1.25 0.53 基隆 2.78 3.93 3.52 3.73 6.45 12.35 7.11 9.33 19.79 19.81 7.33 3.88 宜蘭 1.15 1.23 0.88 1.68 4.60 6.26 5.87 11.74 29.84 24.03 9.76 2.96 花蓮 0.57 0.63 0.81 7.42 13.46 6.77 15.85 24.69 20.81 0.55 台東 0.17 0.31 0.29 1.54 7.53 13.08 17.79 18.89 23.25 14.69 0.36 新竹 0.75 3.68 6.83 7.72 21.91 21.24 14.12 14.43 5.34 1.08 0.87 2.03 台中 0.41 1.14 2.26 6.01 14.74 18.27 23.05 26.73 6.36 0.23 0.32 0.48 嘉義 0.39 1.92 1.90 4.11 8.57 16.93 22.29 32.89 10.34 0.24 0.09 0.33 高雄 0.22 0.47 1.26 2.55 9.20 23.35 23.09 28.79 9.61 1.17 0.04 南投 蓮花池 0.27 3.26 6.64 16.03 21.81 15.84 21.85 4.25 6.74 0.35 0.18

19 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 降雨沖蝕指數月分配累積百分比圖

20 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 結果與討論 雨季及非雨季一欄表 基隆位處台灣東北部，是東北季風首當其衝的風口，冬季雨量特別多，日雨量雖然不大，但降雨日較多，一年四季有雨；惟颱風所帶來的豪雨其降雨強度較東北季風之綿綿細雨為大，故颱風季節之月降雨沖蝕指數略高於東北季風期間之月降雨沖蝕指數。 地區 非雨季(月份) 雨季(月份) 台北 10~1 6~9 基隆 一整年皆為雨季 宜蘭 1~4 8~11 花蓮 12~3 台東 地區 非雨季(月份) 雨季(月份) 新竹 10~1 5~8 台中 嘉義 高雄 11~2 6~9 南投蓮花池 台灣降雨沖蝕指數特性分區之月分配百分比 月份 地區 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 台北 0.38 2.10 3.17 3.59 8.06 20.41 19.58 17.09 21.66 2.19 1.25 0.53 基隆 2.78 3.93 3.52 3.73 6.45 12.35 7.11 9.33 19.79 19.81 7.33 3.88 宜蘭 1.15 1.23 0.88 1.68 4.60 6.26 5.87 11.74 29.84 24.03 9.76 2.96 花蓮 0.57 0.63 0.81 7.42 13.46 6.77 15.85 24.69 20.81 0.55 台東 0.17 0.31 0.29 1.54 7.53 13.08 17.79 18.89 23.25 14.69 0.36 新竹 0.75 3.68 6.83 7.72 21.91 21.24 14.12 14.43 5.34 1.08 0.87 2.03 台中 0.41 1.14 2.26 6.01 14.74 18.27 23.05 26.73 6.36 0.23 0.32 0.48 嘉義 0.39 1.92 1.90 4.11 8.57 16.93 22.29 32.89 10.34 0.24 0.09 0.33 高雄 0.22 0.47 1.26 2.55 9.20 23.35 23.09 28.79 9.61 1.17 0.04 南投 蓮花池 0.27 3.26 6.64 16.03 21.81 15.84 21.85 4.25 6.74 0.35 0.18

21 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 依據雨季和非雨季一覽表及降雨沖蝕指數特性分區之月分配百分比進行比較 地區 最佳施工期(月份) 不佳施工期(月份) 台北 11~1 7~9 基隆 1~3 8~10 宜蘭 花蓮 12~2 台東 新竹 10~12 5~7 台中 6~8 嘉義 高雄 南投蓮花池

22 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 1.土壤流失量推估 本計畫選取之Rm值 水土保持技術規範（2003）第35條 通用土壤流失公式 （USLE）： Am=Rm×Km×L×S×C×P 盧昭堯等(2005) 地區 Rm 台北 9620 基隆 16090 宜蘭 13900 花蓮 13560 台東 12880 新竹 8920 台中 9570 嘉義 13680 高雄 17430 南投蓮花池 10170

23 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 （1）降雨沖蝕指數（Rm） 盧昭堯等(2004)蒐集氣象局全台之氣象站及自記雨量站(共158站)之年降雨紀錄，自1975~2000(25年)全台各測站之降雨資料，根據各地區修正之降雨動能公式，使用Wischmeier and Smith(1978)之參數EI30計算Rm值。 採用萬鑫森、黃俊義（1981、1983、1989）所調查之台灣坡地土壤沖蝕指數值，利用地理統計可求算台灣地區土壤沖蝕指數等值圖（林昭遠、林文賜，1999）。 （2）土壤沖蝕指數（Km）

24 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 （3）坡長因子（L） 應用Wischmeier and Smith（1965）所提出之公式。 λ 為地表漫地流流長（m） m 隨著坡地的坡度而改變 （4）坡度因子（S） 以Wischmeier and Smith（1978）所提出之坡度因子公式求算之。 θ：坡度（度）

25 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 CC：植物冠層遮蔽 CS：殘株敷蓋 （5）覆蓋與管理因子（C） 土壤公式特將覆蓋管理因子以次因子(subfactor)的方式來分別表示植物冠層遮蔽(CC)及殘株敷蓋(CS)，而代表該覆蓋與管理方式的C值即為各次因子之乘積；亦即 C=CCCS （6）水土保持處理因子（P） 假設無水土保持處理之情形下為1

26 前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 案例分析 地區 最佳施工期(月份) 不佳施工期(月份) 台北 11~1 7~9 Rm 207 5611 台北地區 開發前土壤流失量估算 參數 Rm Km L S C P Am (ton/ha-yr) 土壤流失量 Vd(m3/ha-yr) 全年 9620 0.0527 1.9713 1.4645 0.2 0.6 175.64 125.46 不宜 施工 5611 102.45 73.18 最佳 207 3.78 2.70 開發中土壤流失量估算 上表中，土壤比重採1.4 參數 Rm Km L S C P Am (ton/ha-yr) 土壤流失量 Vd(m3/ha-yr) 全年 9620 0.0527 1.9713 1.1068 1 不宜 施工 5611 853.68 609.77 最佳 207 31.49 22.50 上表中，土壤比重採1.4

27 皆已將(吳藝昀，2004) 全台區分為十個降雨氣候分區以此計算方式，計算完畢，故不再詳述。
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 案例分析 期別 Rm類型 泥砂生產量採用值(m3/ha-year) 開挖整地部份 未開挖整地部份 臨時性 全年 522.72 62.73 不宜 施工 36.59 最佳 250 15 台北地區 泥砂生產量估算表 Rm類型 未開發 面積(ha) 開發 年泥砂 生產量(m3) 臨時性沉砂池 最小容量 Vd=1.5V(m3) 全年 0.5248 0.1957 135.22 202.83 不宜 施工 78.87 118.30 最佳 56.80 85.20 臨時性沉砂池最小容量計算表 臨時性沉砂池尺寸設計表 Rm類型 沉砂池底面積(m2) 沉砂高(m3) 沉砂容量(m3) 全年 81.2 2.5 203 >202.83 不宜 施工 47.4 118.5 >118.3 最佳 34.1 85.25 >85.2 皆已將(吳藝昀，2004) 全台區分為十個降雨氣候分區以此計算方式，計算完畢，故不再詳述。

28 結論 本研究除了以氣象資料文獻和年降雨沖蝕沖蝕指數之月分佈資料 ， 開發前 開發中 臨時性沉砂池體積
前言 前人研究 研究材料與方法 結果與討論 結論 結論 本研究除了以氣象資料文獻和年降雨沖蝕沖蝕指數之月分佈資料 ， 找尋最佳施工月份，以有效的降低土壤流失量；另將 降雨沖蝕指數之月分佈資料運用於臨時性沉砂池之設計 ，盼藉此結果，能於水土保持計畫上針對臨時性沉砂池設計 有所貢獻，以作為計畫範圍小、工期於三個月內之計畫作為參考。 全年的土壤流失量： (m3/ha-yr) 不宜施工期的土壤流失量：73.18 (m3/ha-yr) 最佳施工期的土壤流失量：2.70 (m3/ha-yr) 全年的土壤流失量： (m3/ha-yr) 不宜施工期的土壤流失量：609.77(m3/ha-yr) 最佳施工期的土壤流失量：22.50 (m3/ha-yr) 開發前 開發中 全年： (m3/ha-yr) 不宜施工期：118.5 (m3/ha-yr) 最佳施工期：85.25 (m3/ha-yr) 臨時性沉砂池體積 減少2.4倍

29 報告完畢 敬請斧正