文獻 回 顧

本 研 究 之 目 的 在 於 建 立 一 休 耕 優 選 模 式 ， 以 考 量 各 供 灌 調 配 情 境 下 ， 最 大 農 業 三 生 效 益 的 最 佳 休 耕 面 積 及 位 置 。 一 般 而 言 ， 在 分 析 水 資 源 調 配 問 題 時 之 模 式 工 具 ， 較 常 被 採 用 者 包 括 模 擬 模 式 、 優 選 模 式 等 。 本 研 究 為 由 供 水 效 益 最 大 化 ， 故 採 用 優 選 模 式 作 為 分 析 水 資 源 在 三 生 效 益 下 之 最 佳 結 果 呈 現 ， 因 此 本 文 獻 回 顧 以 優 選 模 式 、 農 業 三 生 之 效 益 以 及 氣 候 變 遷 下 休 耕 之判 斷作為 文 獻回顧 之 主軸呈 現 。

1.2.1 優 選模 式

優 選 模 式 是 一 種 可 將 系 統 內 各 限 制 條 件 和 帄 衡 方 程 式 以 數 學 式 清 楚 表 示，並根 據 系統 架構 所設 定之 目 標函 數 求得水 資源系統之 最佳運 用方式 (系 統 之 最佳 解 )。優選模式 在應用上，較普遍的有線性規劃(Linear Programming, LP)、 動態規劃 (Dynamic Programming, DP)、網流法 (Network Flow, NF)、

整 數 規劃 (Integer Programming, IP)等模式。上述 模式中，利用線性規劃可 用 來 處 理 目 標 函 數 (objective function)及 限 制 式 (constraint)皆 為 線 性 化 後 之 優 選 模 式 ， 根 據 優 選 模 式 之 求 解 結 果 可 視 為 全 域 之 最 佳 解 (global optimization)。 利 用 線 性 規 劃 模 式 進 行 研 究 水 資 源 調 配 問 題 (如 區 域 性 灌 溉 水 源調 配 問題 )可建構出一套最佳水量調配之優選模式，採用此模式可求解 在 優 選 模 式 下 產 生 的 最 大 收 益 (如 農 耕 收 益 最 大 或 成 本 最 少 或 推 估 在 農 業 三 生 下 效 益 最 大 等 其 他 目 標 收 益 )或 最 小 損 失 (如 遇 缺 水 所 造 成 之 農 業 損 失 最 小 等其 他損失 )。由於線性規劃法具有將模式簡單化之功能外，其所求解 之 結 果 為 解 空 間 之 最 佳 解 ， 故 常 用 於 求 解 水 資 源 規 劃 問 題 的 形 式 之 一 ， 以 求 水 資源 之最佳利用 並 產生最 高 效益 。

張 斐 章 等 (1990)利 用 序 率 線 性 規 劃 模 式 研 擬 水 庫 配 合 農 業 用 水 的 最 佳 運 轉 策 略 ， 並 以 日 月 潭 水 庫 配 合 集 集 站 下 游 之 農 業 用 水 量 之 決 定 為 研 究 範 例 ， 求 得 任 一 時 期 水 庫 及 入 流 量 於 各 種 不 同 的 情 況 下 ， 水 庫 之 最 佳 放 水 策 略；Crawley and Dandy(1993)以線性規劃法進行地表水權模擬分析之研究 ；

3

杜 明 彥 (1996)利 用 線 性 規 劃 法 進 行 地 表 水 權 模 擬 之 研 究 ； 周 乃 昉 等 (1998) 以 線 性 規 劃 法 建 立 南 部 地 區 地 表 水 與 地 下 水 聯 合 運 用 模 式 ， 假 設 水 質 穩 定 下，根據不同的水文狀況，考慮不同的水資源調配策略進行水量調配模擬，

以 瞭 解 在 不 同 的 水 資 源 調 配 策 略 下 實 際 配 水 的 情 形 並 比 較 其 差 異 ； 簡 傳 彬 等 (2000)利用線性規劃法，在桃園農田水利會的光復圳灌區來建構一個整合 埤 塘 、 水 庫 、 回 歸 水 及 攔 河 堰 等 水 源 的 最 佳 調 配 模 式 ， 以 達 到 最 大 農 業 收 益 為 目 標 求的 最佳 調配 方式；Chandramouli and Raman (2001)以動態規劃為 基 礎的 類 神經網 路系統 建 立一多 水庫 聯 合操作 模式；黃成龍 (2004)以線性規 劃 發 展 南 化 水 庫 、 旗 山 溪 及 高 屏 溪 流 域 水 資 源 最 佳 聯 合 調 配 模 式 ， 並 評 估 南 化 水庫 與高屏 溪 攔河堰 聯 通管路 之 效益；鄭文 明 (2005) 採用線性網流模 式 建 立 一 埤 塘 灌 溉 系 統 水 源 調 配 之 優 選 模 式 ， 並 依 照 優 選 結 果 提 出 埤 塘 擴 充位置；陳依 琳(2008)亦利用線性規劃分析石門淨水場及鄰近埤塘擴充之效 益 。

1.2.2 農 業 三 生 效 益

水 田 之 外 部 性 機 能 包 括 蓄 洪 防 災 、 地 下 水 補 注 、 減 輕 地 層 下 陷 社 會 成 本、氣溫 調節、空 氣淨化、水質淨化、提供生 活用水不足等各項公益機能。

近 年 因 公 共 給 水 及 工 業 用 水 競 爭 有 限 之 水 資 源 ， 導 致 農 民 休 耕 ， 實 際 種 植 水 稻 面 積 已 不 到 三 十 萬 公 頃 。 水 稻 田 除 了 生 產 性 之 功 能 外 ， 尚 存 在 生 活 上 及 生態 上之機能，如調蓄洪水、降低洪峰流量、調節微氣候及淨化環境等 ， 因 此 本 研 究 主 要 在 量 化 水 稻 田 之 生 態 功 能 ， 作 為 水 資 源 使 用 依 據 並 合 理 推 估 水 稻 田 休 耕 面 積 及 位 置 。 水 稻 田 主 要 是 利 用 其 與 大 氣 和 土 壤 之 熱 量 、 水 氣 交換 以 調節氣 候，除 了 因溫度 差 所產生 的 可 感熱流 (Sensible Heat)外，在 蒸 發 散水 分的過 程 中，也會產生蒸 發 潛熱流 (Latent Heat)，因此 可以調節周 圍 環 境 之 溫 度 與 濕 度 ， 可 替 代 或 減 少 空 調 系 統 的 使 用 ， 達 到 省 電 與 節 能 的 效 果。

蔡 明 華 與 林 永 德 (1994)根 據 水 田 灌 溉 之 實 態 分 析 及 參 考 以 往 國 內 外 之 文 獻 ， 將 水 稻 田 灌 溉 所 具 有 之 各 項 機 能 ， 歸 納 為 「 生 產 性 機 能 」 、 「 生 態

4

性機能」、「生活 性機能」等三類；甘俊二 等(1997)提出水田即是水庫配合 農業用水架構，因 水 田為 面積 廣 而水 淺 之 天然水 庫，能 將水資源有 效利用 ， 此 即 為三 生農業之芻 議 觀點；房 志懿(2005)探討水稻田之生態功能，量化其 調 節 微 氣 候 與 吸 收 二 氧 化 碳 之 效 果 ， 利 用 模 擬 結 果 評 估 水 稻 田 調 節 微 氣 候 之 效 果 ， 換 算 水 稻 田 可 節 省 電 量 並 評 估 水 稻 田 之 二 氧 化 碳 吸 收 量 對 我 國 二 氧 化碳 減 量目標之 貢 獻；Chang and Ying (2005)利用條件評估法評估台灣水 稻 田 外 部 效 益 ， 結 果 顯 示 台 灣 人 民 對 水 稻 田 外 部 效 益 已 有 認 知 且 帄 均 每 年 每 戶 願 意 支 付 新 台 幣 1,777.92元 來 維 持 水 稻 田 之 水 源 涵 養 與 防 止 土 壤 沖 蝕 機 能； Huang et al. (2006)評估台灣地區水稻田多功能效益，包含減輕洪水 災 害 、 涵 養 水 源 、 防 止 土 壤 侵 蝕 、 水 質 淨 化 、 大 氣 調 節 、 空 氣 淨 化 及 休 閒 娛 樂 等 七 項 機 能 ， 以 替 代 法 、 假 想 市 場 評 價 法 與 旅 遊 成 本 法 將 上 述 七 項 機 能 量 化 及 貨幣 化；劉 振宇(2008)水田三生功能分析及經濟效益包含農業生產、

生 態 及生 活 各項之評 估 。 1.2.3 乾旱 及 休 耕 策 略

現 行 之 水 文 乾 旱 造 成 缺 水 之 應 變 手 段 大 多 透 過 農 田 大 面 積 休 耕 以 解 決 缺 水 問 題 ， 但 仍 缺 少 長 期 之 農 業 休 耕 規 劃 與 缺 水 管 理 措 施 ， 例 如 ： 如 何 決 定 休 耕 範 圍、 位置 及 時 機等 。

由 於 目 前 缺 乏 合 理 之 長 期 農 業 休 耕 規 劃 與 缺 水 管 理 措 施 ， 又 農 田 休 耕 已 成 為 經 常 性 乾 旱 缺 水 之 應 變 手 段 ， 故 本 研 究 主 要 提 出 農 業 灌 區 在 不 同 水 文 超 越 機 率 下 之 休 耕 地 區 及 面 積 ， 並 考 慮 農 業 灌 區 之 用 水 特 性 及 用 水 調 配 的 準 則 ， 再 透 過 模 擬 各 種 調 配 準 則 ， 評 估 該 準 則 下 之 休 耕 區 域 與 範 圍 對 農 業 用水 管 理的衝 擊 ，以 作 為後 續擬定 休 耕政策 與農業乾旱 管理之 參考。

乾 旱 為 雨 水 匱 乏 而 產 生 之 水 文 現 象 ， 在 水 資 源 管 理 中 可 從 不 同 層 面 來 定 義 不 同 類 型 之 乾 旱 ， 當 實 際 的 降 雨 帶 來 的 空 氣 濕 度 比 氣 候 產 生 的 空 氣 濕 度 低 ， 稱 為氣 象乾 旱 (Palmer, 1965)；當土壤濕度無法與蒸發散帄衡將會導 致 作 物 無 法 維 持 生 長 ， 用 土 壤 含 水 量 及 植 物 生 長 狀 態 為 特 徵 所 定 義 之 乾 旱

5

則 稱 為農 業乾旱 (Changnon, 1987)；降水量與地表水 及地下水之總量收支不 帄 衡 所 造 成 的 異 常 水 分 短 缺 現 象 稱 之 水 文 乾 旱 (Changnon, 1987)； 林 俊 男 (1993)在 進 行 休 耕 時，休 耕 區 域 選 定 可 考 慮 田 間 滲 漏 量、田 間 給 水 成 數、渠 道 損 失 等 主 要 因 子 ， 並 輔 以 其 他 次 要 因 子 進 而 決 定 安 排 停 灌 之 次 序 ； 蔡 天 雄 (1996)，若是決定之休耕區域分布越零散，則休耕可釋出的水量將越小原 因 為 零 星 區 塊 的 休 耕 ， 圳 路 仍 必 頇 維 持 通 水 ， 水 源 管 制 困 難 ， 對 於 農 業 用 水 釋 出 並 無太 大績 效；Laura and

William

畜 牧 業生 產以及 綠 色補貼 價 格之考 量；林尉濤 (2002)，因為農業原已有明顯 用 水 不 足 之 現 象 ， 除 了 政 府 單 位 既 定 之 農 糧 政 策 所 造 成 之 休 耕 事 件 外 ， 上 有 因 乾旱 導致休耕情況發生；郭家 淦 (2002)在極端氣候下事先預估農業最佳 休 耕 面積 以減少 缺 水損失，如反 聖 嬰南方 震 盪下農業 最佳休 耕面積之推 估；

徐 元 棟 (2003)，政策性停止供灌，宣導集團大面積休耕、轉作，以節餘出更 多的水量；李源泉 (2005）目前休耕採人民自願方式進行，應設法改變為「強 制 性 集 團 式 」 休 耕 轉 作 方 式 ， 始 能 達 到 既 减 產 稻 米 ， 又 能 節 餘 水 資 源 之 雙 贏局面；溫在弘(2006)以現況乾旱管理措施，模擬近年各標的間用水轉移之 現 象 評 估 各 標 的 之 風 險 轉 移 ， 如 標 的 間 用 水 移 轉 對 區 域 乾 旱 缺 水 風 險 分 布 之 影響；張筱惠 (2006)利用序率優勢方法決定出最佳調配原則，建立並分析 農 業乾 旱 缺水潛 勢；王 世復(2006)探討休耕面積與可節餘水率的關係，評估 不 同 休 耕 區 域 之 空 間 分 布 對 於 灌 溉 水 量 的 影 響 ， 並 以 空 間 分 佈 型 態 為 基 礎 建 立 休耕 節水效率評 估 指標 。

6