氣候變遷造成氣候條件改變，使得極端降雨發生頻率增加且降雨強度 亦可能超過現有防洪設施可防護之標準，再加上土地開發導致不透水面積 增加，促使地表逕流量增加，因此需透過逕流分擔與出流管制之策略，將逕 流量分擔至土地、河道或水道，以降低可能的淹水風險。
本計畫規畫分散式治水雛形架構，透過上游分擔及下游分擔(詳圖 5-1) 的機制，降低示範區域淹水程度或可能性。在分析時，擬蒐集歷史淹水事件 資料，在上游的部分，依據集水區特性挑選適合之山區逕流模式，分析不同 的事件造成的山區逕流量，進而分析集水區可蓄留逕流體積，接著分析集水 區蓄留逕流熱點，進而劃定可能的逕流蓄留區域；在下游分擔的部分，則透 過淹水模式模擬歷史事件之淹水情形，進而分析可能的淹水熱點，並劃定可 能的淹水管制區域，淹水管制區域其淹水風險高，因此藉由降低此區域之淹 水風險，達到風險分攤的概念。最後，不同的畫設情境作為限制開發的區域，
結合全球經濟模式所推估之土地利用需求量改變情形，藉由土地利用模式 模擬各類型土地利用之空間分布情形，將改變後之土地利用再作為輸入資 料，分別模擬上游山區逕流量及下游淹水情形，判斷是否達到預期效益。
圖 5-1 分散式治水評估方式雛形架構初步規劃
山區逕流模式
水文模式能模擬集水區過去或是未來水文狀況(Niehoff et al., 2002)，
透過水文模式可瞭解集水區內流量特性變化情形(廖依玲, 2003)，常用 的水文模式種類繁多，如 Beven 與 Kirkby 於 1979 年所發展之地形指 數模式(Physically Based Runoff roduction Model, TOPMODEL)(Beven &
Kirkby, 1979)，該模式以地形指數反映流域水文現象，藉以模擬逕流量，
黃誌川等人(2007)亦應用該模式模擬台灣北部山區之降雨逕流情形；
Bergström 及 Jönsson 於 1976 年所發展 HBV(Hydrologiska Byråns
Vattenbalansavdelning) (Bergström & Jönsson, 1976)模式已廣泛應用於全 球 30 多個國家，李俊逸 (2013)亦應用 HBV 模式與 TOPMODEL 模式 分析台灣地區流量特徵與暴雨事件之間的關係，楊與游於1997 年修正 該模式後並應用於台灣地區之逕流量模擬，修正後之模式稱為修正型 HBV(modified HBV)模式(楊道昌 & 游保杉, 1997)，其後陳獻宗等人也 於 2011 年應用修正型 HBV 模式模擬氣候變遷下曾文水庫集水區之低 流量特性變化情形(陳憲宗等人, 2011)；Arnold 等人(1998)發展可評估 不同土地利用與管理策略改變對於集水區水文與水質之衝擊之 SWAT 模式(the Soil Water Assessment Tool)，模式可評估針對集水區水文進行 模擬(Hundecha & Bardossy, 2004)、集水區非點源汙染模擬(Di Luzio et al., 2004)、流域管理(Arabi et al., 2007)等各項議題，近年來亦有許多學 者應用 SWAT 模式模擬台灣地區之集水區規劃管理(吳佩蓉, 2008)、土 地及氣候變遷對流量之影響(林子平等人, 2016)與污染負荷(施恆益, 2013)等。
水文模式可區分為集塊(lumped)與分佈(distributed)型模式，集塊型 模式將集水區視為一個整體，並未考量地形、土地利用等空間分布可能 造成之影響，而分布型模式則考量集水區內地形、土壤、降雨等因子之 空間分布對流量影響，由於本計畫考量集水區內不同區域的逕流蓄留 能力，因此挑選 Wigmosta 及 Lettenmaier 加入土壤模組於 Wigmostaz 等人(1994)發展之 Distributed Hydrology-Vegetation Model 之 Distributed Hydrology Soil Vegetation Model (DHSVM)(Wigmosta & Lettenmaier, 1999)之分布型水文模式進行集水區逕流量分析與模擬。
(一) 模式簡介
DHSVM 模式以網格為計算單位，利用各網格之高程資料模擬 各網格氣候、地形、土壤、植生與水流間之交互關係(詳圖 5-2)(Chu et al., 2010; Wigmosta & Lettenmaier, 1999; Wigmosta et al., 1994)。
DHSVM 模式利用 Penman-Monteith 公式推估植物蒸發散量，故可 針對不同土地利用計算其蒸發散量，以評估不同土地利用對逕流 量造成之影響。
圖5-2 DHSVM 模式架構流程圖
DHSVM 模式中包含計算蒸發散之雙層樹冠模式(two-layer canopy model for evapotranspiration)、計算積雪能量之平衡模式(an energy balance model for snow accumulation)、兩層之根層模式(two-layer rooting zone model) 及飽和地下水流模式(saturated subsurface flow model)。模式中藉由高程資料模擬地形對於輻射量、溫度雨量 等之影響，並透過計算集水區中每個網格之能量與水文量變化的 傳遞情形，說明植生與水文之間的動態關係(詳圖 5-3)，其水平衡 方程式說明如下式
(5-1) 式中，ΔSs1及ΔSs2分別是上下根層的土壤水分改變量，ΔSio及 ΔSiu為是喬木層與地被層截留改變量，ΔW 是雪水的變化量，P 為 總降水量，P2為下根層的流出水量，Es為表面土壤蒸發量，Eio、
2 2
1 S S S W P E E E E E P
Ss + s + io+ iu+ = − io− iu− s− to− tu−
E
iu、E
to、E
tu分別是喬木層及地被層截留量的蒸發量與蒸散量(詳圖 5-3)。圖 5-3 模擬植生與根層之水平衡關係
1、計算蒸發散之雙層樹冠模式
蒸發散包含蒸發與蒸散，蒸發主要為植物葉面上的截留水。
模式假設所有降水達到最大截留儲存量(maximum interception storage capacities)前都儲存於喬木層與地被層，當喬木層與地被 層的截留水滿足最大儲存量時，降水則會入滲至土壤中(P0)。最 大截留儲存量由葉面積指數(leaf area index, LAI)決定：
j j
cj F
I =10−4LAI (5-2)
式中，j 可以為 o 或 u，分別代表喬木層(overstory)與地被層 (understory)(以下皆同)，F 是地表被喬木層覆蓋的比例，IC是最 大截留儲存量，LAI 是葉面指數。截留的改變量 Si為：
ij
其中，Rnj是淨輻射通量密度(net radiation flux density)，ρ 是 溼空氣的比重，cp是空氣於穩定氣壓下之比熱，es是飽和水蒸氣 壓，e 為水蒸氣壓，raj 為蒸氣壓的空氣阻力，λv為水蒸氣壓之潛 熱，γ 為溼度常數，rcj為樹冠層之蒸氣壓阻力。當葉面有截留水 時，蒸發散量由溼植生表面(wet vegetative surface)截留而蒸發的 水分計算，此時發生最大蒸發率，令蒸氣壓的空氣阻力(raj)為零， (potential rate)，其數值限制於最大蒸發率(EPJ)或初始時間之截留 水體積(Sij)
min( , )
ij pj ij
E = E S (5-7)