水文模式

為模擬水文歷程，國外許多研究機構亦研發許多不同的水文模式，如本研究所採用 Haith and Shoemaker(1987)所發展之 GWLF(Generalized Watershed Loading Functions)模 式與國外研究經常採用之 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模式、SHE(European Hydrological System)模式及 HBV(Hydrologiska Byråns Vattenbalansavdelning)模式。

SWAT 模式為美國農業部農業研究中心 Arnold 等人(1998)所開發，目前已被廣泛應 用(Faramarzi et al., 2013; Narasimhan et al., 2005; Wu & Johnston, 2007; Xu et al., 2013)。

SWAT 模式(圖 2-3)為集水區尺度且具有空間分佈參數的水文及水質模式，模式中考量 集水區中不同的土地利用及多種的土壤類別分佈，以水文反應單元(Hydrologic Response Unit, HRU)為單位，以土地利用及土壤類別為基礎劃分個子集水區之反應單元，由於各 反映單元中僅有單一種類之土地利用與土壤類別，因此各反映單元中之水文反映相同的，

以便計算後續水文及水質傳輸，模式以日為基本時間單位，模擬評估不同土地利用與土 壤分佈對集水區之水文、泥砂及營養鹽之影響。在水文計算上，模式中利用Curve Number 法來計算地表逕流量，尖峰流量的部分則採用修正行合理化公式計算。由於雨水降至地 面後，並不一定會直接流到河川，而可能在地表暫留，因此SWAT 模式考慮逕流延遲的 現象(surface runoff lag)，以逕流延遲係數(surface runoff coefficient)與集流時間，推求實 際流入河川之地表逕流量；在滲漏量的部分，會先利用水力傳導係數、飽和含水量及田 間含水量決定滲漏移動時間(travel time of percolation)，再利用滲漏移動時間可滲漏水份，

決定最後的滲漏量。

圖 2-3 SWAT 模式架構(Arnold et al., 1998)

SHE 為 Danish Hydraulic Institute、the British Institute of Hydrology 以及 SOGREAH (France) 在歐洲共同體(the European Communities)的支持下所研發的具有物理性的分散 性模式，模式中除考慮降雨對河川流量的影響之外，亦考量融雪對河川流量的影響。

Abbott 等人(1986a, 1986b)提到 SHE 模式(圖 2-4)中包括蒸發散與截留、漫地流與河川流、

未飽和層、飽和層以及融雪等五大部分。在蒸發散與截留部分，模式中首先考量當降雨 發生到達地面時，可以儲存在樹冠層的水量以及其蒸發散量。模式中利用修正的 Rutter model(Rutter et al., 1972)視樹冠層為一具有表面儲水能力的構造，可透過降雨補充儲水 量，而水分的減少則透過蒸發及排水，藉此可模擬樹冠層的水分改變情況；在蒸發散的 部分則透過Penman-Monteith equation (Monteith, 1965)模擬實際蒸發散量。由於模式中考 量截留項，因此 SHE 模式中總蒸發散量為潛能蒸發散量、地表蒸發量以及透過植物根 系提供的水分的蒸散量之總和；河川流量及漫地流則透過迪聖凡南(St. Venant)連續方程 式及動量方程式進行模擬。未飽和含水層透過考慮土壤水體積改變的情況，飽和層水量 透過Boussinesq 方程式模擬每個網格的水量。

圖 2-4 SHE 模式架構(Abbott et al., 1986a)

上述之水文模式皆為廣泛使用之水文模式，然而，模式在模擬時是以相同的時間尺 度進行模擬，為了模擬水庫於非暴雨事件採用一般放水而暴雨事件採用防洪操作的情形，

流量序列資料須包含非暴雨事件之日雨量及暴雨事件之小時雨量，因此研究中發展可同 時模擬不同時間尺度之水文模式，配合研究中發展之可同時產生暴雨事件及非暴雨事件 之氣象合成模式，不但可模擬產生日流量資料亦可模擬產生不同時間尺度之流量資料，

以提供後續研究使用。