3.1 應用氣候調適六步驟於社區供水調適
3.2.3 雨水儲集系統
決定。雨水儲集系統模式假設先使用再溢流（yield after spill, YAS），表示雨水加上 雨水儲集系統原有之體積，扣除雨水儲集系統之容量，即為溢流量，如式（3-11）。 尖峰演算法評估雨水儲集系統之容量（Jothiprakash et al., 2009），但台灣年雨量約 為世界平均值的2.6 倍，若是以連續尖峰演算法來規劃容量，將會導致高估的情形，
NRD ∑ DL R , （3-13）
其中NRDi為低水質需求之缺水量（m3），DL 為家庭之低水質需求，約佔 32%的家 庭需水量（m3），RR,t為屋頂蒐集之雨水體積（m3）。
圖3-10 低水質需求之缺水量 3.2.4 水稻田
對於耕種期間之水稻田，其物理水平衡近似於人工濕地，但兩者目的不同，農 田以生產為目的，而人工濕地則以污水處理或其他生態服務為目的，因此本研究根 據是否具有生產目的來區分農田與人工濕地。作物產量對於韌性社區是關鍵議題，
為了有穩定之糧食生產，有必要建立模式以推估灌溉需水量，模式利用田間水平衡 之觀念所建構，並且針對水田灌溉特性建立一灌溉用水評估模式。農田之主要利用 水源來自於直接降雨與外部農業供水系統。灌溉需水量主要用於滿足作物需水量 及輸水損失，作物需水量即為作物蒸發散量，也是田間需水量，而作物蒸發散量可 以利用潛能蒸發散量及作物係數估算。本研究利用Hamon 公式計算作物之潛能蒸 發散量。
在灌溉時，灌溉水量除了必須滿足作物的需水量之外，必須提供額外的水量使 水稻田的湛水深（Dt）達到一定高度，根據不同耕作方式，每個時期水稻田中所需 要的湛水深都有不同，而不同生長期時作物也會有不同之作物係數。為了決定蒸發 散計算中之作物係數及湛水深，需要估計作物生長期。因溫度對作物有相當大的影
定。下式代表生育度數的計算方式，由日均溫減去基本生育溫度來計算累積溫度量。
圖3-11 水稻田水平衡示意圖
FWD 0 otherwise
max （0, ET, R , C , SWD O , ） growing season （3-18）
SWD 0 otherwise
min（Inf , ET , SP C ,） growing season （3-21）
Inf K 24 10 A （3-22）
C , max（0, V , V , ） （3-23）
V , （φ WP） h A （3-24）
其中 Infmax為最大之可入滲量（m3），由飽和水力傳導度計算，CP2,t為土壤表面以 下之儲水量（m3），Ks為飽和水力傳導度（cm/hour），VP2,max為土壤表面以下之最 大含水量（m3），φ 為孔隙率，WP 為凋萎點，hsoil為土壤層深度（m）。
作物蒸發散量由潛能蒸發散量乘上作物係數以決定，如式（3-25）所示。本研 究假設蒸發散由土壤表面以下的含水量優先損失，如式（3-26）所示。若是土壤表 面以下之含水量不足以提供蒸發散量，則由土壤表面以上之水提供，如式（3-27）
所示。
ET , k , PET A 10 （3-25）
ET, min（ET ,, V , ） （3-26）
ET, min（ET , ET ,, V , R , O ,） （3-27）
其中ETP,t為作物蒸發散量（m3），kc,t為不同生長時期之作物係數。在VP1及VP2之 間的入滲量由土壤表面以上之水量和土壤層之需水量決定，如式（3-28）所示。湛 水深不可超過田埂高度（排水高度），超過部分必須排出，即為水稻田溢流量如式
（3-29）所示。
Inf min （V , R , O , ET, , SWD ） （3-28）
O , max（0, V , R , O , ET , Inf h A ） （3-29）
其中hD為排水高度（m）。
3.2.5 地表逕流
SWMM 可模擬雨水降落地面後，流入排水系統前的水量變化歷線，其將實際 的集水區概念化為一矩形之集水區，坡度均一且流向垂直集水區寬度。集水區的地 表逕流是以非線性蓄水模式表示，由降雨、入滲損失、蒸發散損失描述隨著時間地 表逕流的變化量，當雨水降落地面後，其降雨強度超過地表入滲容量時，地面凹陷 處將開始積水，而部分水會蒸發散，當積水達窪蓄飽和容量時，水便溢出而形成地 表逕流，SWMM 地表逕流模式中的入滲率運算提供三種入滲方法，可依使用者需 求選擇，分別為荷頓公式（Horton's Equation）、格林-安普公式（Green-Ampt Equation）
及美國水土保持局入滲公式（SCS Curve Number Method）。而進入排水系統中的 雨量則可由流量演算描述雨量在管渠中的流動過程，其有穩定流演算、運動波演算 及動力波演算可供選擇。
SWMM 由美國環境保護署（U.S.EPA）自 1971 年開發以來，已有發展成熟之 模組可精確模擬水流進入下水道系統之水流狀況，在版本SWMM 5.0 後加入 LID 元件以供使用者選擇，包括透水舖面、雨水花園、雨水儲集、草溝及植生滯留池等，
其可分為表面層、舖面層、土壤層、儲水層及排水層五種分層，藉由不同層的組成 及各層參數來呈現LID 設施之物理特性（Rossman, 2010）。SWMM 中各 LID 設 施之分層如表3-9。部分 LID 設施，例如雨水花園和草溝之分層較少，而透水鋪面 有較多的分層，因此利用透水鋪面來介紹格分層之間的水文過程，各分層之間的出 入流如圖3-13 所示。
SWMM 5.1.012 中內建的 LID 設施有 8 種，分別為生物滯留池、雨水花園、綠 屋頂、入滲溝、透水舖面、雨水儲集桶、屋面雨水斷接及草溝。在SWMM 裡，LID 設施由表層、舖面層、土壤層、儲水層及排水層，五種分層中組合搭配而成，其中 有固定組合的分層及依使用者選擇是否使用的分層，各 LID 設施分層組成整理於 表3-9，例如透水鋪面中，表面層、舖面層、儲水層為固定分層，而土壤層和排水 層則是選擇性分層，如圖3-12，綠屋頂及透水鋪面中排水層加了星號，表示該層可 依使用者需求決定是否使用。
圖3-12 SWMM 中綠屋頂和透水鋪面之分層（SWMM manual, 2015）
表3-9 SWMM 中 LID 設施之分層（SWMM manual, 2015）
LID 設施 表面層 舖面層 土壤層 儲水層 排水層 生態滯留池
（Bio-retention cell） V -- V V * 雨水花園
（Rain garden） V -- V -- -- 綠屋頂
（Green roof） V -- V V V
入滲溝
（Infiltration trench） V -- -- V * 透水鋪面
（Permeable pavement） V V * V * 雨水儲集系統
（Rainwater harvesting system） -- -- -- V V 屋面雨水斷接
（Rooftop disconnection） V -- -- -- V 草溝
（Vegetative swale） V -- -- -- -- V: required; *: optional
圖3-13 透水鋪面分層示意圖
在SWMM 使用手冊中並未針對 LID 設施模擬多做說明，本研究根據 SWMM 原始碼，整理出LID 之方程式，以下方程式將對各分層之間的流動項目進行介紹，
表面層接收雨水及地表逕流，表面層的水透過入滲至鋪面層，而蒸發散和出流導致 表面層的水量損失，而蒸發散量計算由 Hargreaves 公式計算，出流量則由曼寧公 式計算；鋪面層接收來自表面層的入滲後，透過蒸發散和入滲損失水量；土壤層接 受來自鋪面層的入滲後，經由蒸發散和滲漏損失水量，滲漏速率由達西定率計算；
儲存層則是接受土壤層之入滲後，經由蒸發散、入滲與出流損失水量，出流部分由 排水系統管線流出。
Infil Inflow （3-30）
Perm min k , 1 CF , Perm , （3-31）
Perc min k , exp Kslope , Perc , （3-32）
Infil min k , 1 CF , Infil , （3-33）
Drain C H （3-34）
Outflow min . D d , （3-35）
CFPave為舖面層之壅塞因子，PermPave,max鋪面層之最大入滲（m/day），PercSoil為土 壤層到儲水層之滲漏（m/day），ksat,Soil為土壤層之飽和水力傳導率（m/day），Φ 為 土壤層之孔隙率，θ 為土壤層之含水量，Kslopesoil為土壤層之傳導坡度，PercSoil,max
為土壤層到儲水層之最大滲漏（m/day），InfilStorage為流出儲存層之入滲（m/day），
ksat,Storage 為儲存層之飽和水力傳導率（m/day），CFPave 為儲存層之壅塞因子，
Infilnative,max為儲存層之最大入滲（m/day），DrainStorage為儲存層之出流（m/day），
Cd為排水係數，H 為排水水頭（m），η 為排水指數，OutflowSurface為表面層之出流
（m/day），n 為表面粗糙係數，DSurface為表面層之水深（m），dsurface為表面層之厚 度（m）。
3.3 建立社區供水風險評估方法
根據IPCC AR5 定義風險乃由危害、暴露與脆弱度的相互作用而產生，本研究 將此定義對照社區水資源所面臨之風險，以社區為治理觀點，保全對象為社區之生 命、財產、環境與生態，分析社區缺水風險之成因。危害因子來自缺水事件，其中 可分為氣候和非氣候因子，氣候因子為雨量和溫度，例如乾旱時期區域供水系統分 區供水，或暴雨導致原水濁度增加，淨水場處理不及而停止供水；而非氣候因子為 氣候因子以外之影響因素，例如社區所屬的區域供水設施，在氣候變遷下的供水能 力，以及根據區域水資源分配規則，社區本身之水資源競爭關係；在暴露方面，社 區可能位於遭受不利影響的位置，如高缺水危害地區，而暴露因子在確定社區位置 後即固定，因此本研究不討論暴露因子之變化；在脆弱度方面，由調適能力與敏感 度所構成，調適能力是指社區內部民生與農業供水系統，面對缺水風險的應變能力，
可透過設置雨水儲集系統，供應家庭低水質需求，或者設置人工濕地提供再生水灌 溉使用，提高社區之調適能力；敏感度可分為民生和農業兩方面，民生方面的敏感 度由家庭需水量估算，可由社區人口數乘上每人每日用水量計算得到，而農業方面 的敏感度，為作物對缺水之敏感度，可用農業需水量來評估，由農田面積和作物種 類決定，當需水量越高時，社區水資源敏感度也越高。以社區為治理觀點之供水風 險成因如圖3-14。
本研究透過建立社區水資源評估指標系統分析社區之現況風險，而現況風險 模擬與基期或未來風險模擬之最大差異，在於前者所輸入之氣象資料乃以歷史資 料為主，而後二者輸入之氣象資料則來自氣象合成模式（weather generator）之生 成結果。使用氣象資料產生器生成氣候變遷下之氣象資料，其前置工作必須先針對
家庭節水率（Water saving efficiency of domestic, WSEd）
家庭節水率代表雨水儲集系統提供之水量占低水質需求的比例，代表對外部 供水系統的需求減少，表示可以節約的水量（Villarreal and Dixon, 2005）。本研究 定義家庭節水率計算雨水儲集系統提供的家庭非接觸用水占家庭低水質需水量之
農業節水率（Water saving efficiency of agriculture, WSEagri）
農業節水率計算人工濕地提供的灌溉用水占田間需水量之比例，由此指標值 可看出人工濕地的效用，其值越高表示對外部農業供水系統的需求越低，減輕外部 農業供水系統的負荷，而節省的農業用水可用於民生或工業用途。
WSE , O ,
FWD 100 （3-37）
其中WSEagri,t為農業節水率（%），OW,t為人工濕地溢流量（m3），FWDt為水稻田
其中WSEagri,t為農業節水率（%），OW,t為人工濕地溢流量（m3），FWDt為水稻田