第三章、 AgriHydro 各模組使用模式之理論介紹
3.4 作物模組
3.4.1 AquaCrop 作物模式
AquaCrop 為美國國際農糧組織 FAO 所開發的免費作物模式（Raes et al., 2009; Steduto et al., 2009），自 2009 發布後，逐漸受研究者重視。本研究使用該模式估計糧食產量與作物需水 量，其中作物需水量會再考慮灌溉效率、輸水損失與水源配比後（詳見 4.2.1 節），產製區域 計畫灌溉用水量，藉此評估糧食生產的風險。農業相關用水量定義於表 3-2。AquaCrop 為水 驅動類型的作物模式，其模擬流程如圖 3-14 所示，於本研究設定下，AquaCrop 會先參照累 積生育度數（Growing Degree Day, GDD）推估冠層覆蓋度（Canopy Cover），再經過各生長階 段的 壓 力系 數 （Stress Coefficient,
Ks
）、作物 係數 （Crop Coefficient,Kc
）、蒸散 比 率（
( Tr ETo )
，其中 Tr 為蒸散量，ETo 為潛能蒸發散量）與水分產量系數（Water Productivity Coefficient,WP
）計算出地表生物量（Above-ground Biomass,B
），最後透過收穫指數（Harvest Index）的轉換，計算出作物產量（Crop Yield,Y
）。表 3-2、農業常用水量名詞定義
名詞 定義
作物需水量 作物蒸發散量
田間需水量 作物蒸發散量+滲漏量，並考慮灌溉效率
田間灌溉用水量 田間需水量-有效雨量
區域計畫灌溉用水量 田間灌溉用水量+輸水損失量
區域實際灌溉用水量 水源實際供給灌溉的給水量
圖 3-14、AquaCrop 計算流程圖
AquaCrop 有以下六個環境設定檔：.CLI、.CRO、.IRR、.MAN、.SOL、.GWT，分別為天 氣、作物、灌溉、田間管理、土壤與地下水的設定檔。在作物設定檔中可將參數分為兩類，
分別為保守參數（Conservative Parameters）與非保守參數（Unconservative Parameters），保守 參數在 AquaCrop 中，已經通過不同作物與不同地區氣象標準化，受作物與地區影響較小，不 需要特別校正，同時 AquaCrop 提供多種土壤的參數檔，在資料不足的情況下選擇相應的土壤 類型使用。表 3-3 說明本研究須提供 AquaCrop 之模擬資訊，其中氣象資料須包含日最低溫、
日最高溫、日雨量與日潛能蒸發散量，日潛能蒸發散量以 Hamon Equation 計算而得，如式(3.34)
Transplanting to flowering GDD/日期 作物品種特性 移植到衰老期長
Transplanting to senescence GDD/日期 作物品種特性 移植到成熟/採收
Transplanting to mature/harvast GDD/日期 作物品種特性 開花期期長
為了能使其整合至 AgriHydro 中，本研究透過 Python 系統操作指令，結合 AquaCrop 2001 年起，菲律賓的國際稻米研究所（International Rice Research Institute, IRRI）進行通氣式 的水稻栽培模式研究，該研究嘗試將水稻栽培於非灌溉及非事先進行水田整地的土壤中，並 以輔助式的灌溉（維持土層 15 cm 深之水分張力於 30 kPa）提供稻株水分（IRRI, 2001）。研 究顯示，相較於淹灌式栽培之水稻，前者產量下降 14%至 40%（Castaneda, Bouman, Peng, &
Visperas, 2002）。因此，本研究根據插秧前水庫實際供水比例，設定不同土壤水分初始值，當
其中，
Yield
Final為考慮整田用水與湛水深不足後的產量（ton/ha）；Yield
AquaCrop為 AquaCrop 模 擬之產量（ton/ha）；SSRatio 為剩餘產量比例（%）；N 為不滿足設計湛水深之總天數（day）；N
base為模擬湛水深不滿足設計湛水深差值小於容忍值之總天數（day），此處假設容忍值 5（mm）；a 為減產程度參數，其會據插秧前水庫實際供水比例變動，反映整田不完全之影響，
設定如式(3.40)：
0.86 0.99
0.75 0.99 0.75 0.65 0.75 0.5 0.6 0.5<
reservoir reservoir
reservoir
reservoir
a if Ratio
a if Ratio
a if Ratio
a if Ratio
=
=
=
=
(3.40)
其中，