本 章 節 主 要 說 明 水 資 源 系 統 供 水 量 之 永 續 性 ， 以 及 影 響 永 續 性 之 累 積 性 影 響 與 承 載 力 的 評 估 方 式 ， 並 進 一 步 藉 由 建 立 相 關 永 續 指 標 ， 評 估 農 業 與 公 共 用 水 面 向 之 最 大 可 供 水 量 。 文 中 並 分 析 氣 候 變 遷 對 水 資 源 永 續 性 之 衝 擊 ， 與 目 前 實 施 之 「 台 灣 地 區 水 資 源 開 發 綱 領 計 畫 政 策 評 估 說 明 書 」，
對 永 續 發 展 的 影 響 。 於 最 後 一 節 ， 說 明 應 用 單 位 面 積 負 荷 於 水 資 源 總 量 管 制 之 策 略 之 評 估 方 法 ， 以 做 為 未 來 水 資 源 環 境 管 理 之 參 考 。
6.1 水 資 源 系 統 之 累 積 性 影 響 與 承 載 力
水 資 源 開 發 方 案 多 從 需 求 面 的 角 度 出 發 ， 優 先 滿 足 需 水 之 要 求 ， 忽 略 了 對 環 境 的 衝 擊 及 壓 力 ， 但 經 濟 社 會 的 快 速 發 展 ， 需 水 量 的 上 升 ， 使 得 水 資 源 的 供 給 已 是 捉 襟 見 肘 ， 許 多 發 展 也 因 此 受 限 於 水 資 源 供 給 而 遲 緩 。 因 此 本 研 究 是 以 系 統 性 的 方 式 分 析 水 資 源 永 續 性 ， 藉 由 總 量 管 制 與 累 積 性 衝 擊 評 估 ， 作 為 管 理 層 面 的 依 據 ， 使 決 策 者 有 效 的 掌 握 可 用 與 妥 善 的 分 配 水 資 源 ， 以 確 保 水 資 源 系 統 整 體 之 永 續 性 發 展 。 水 量 總 量 管 制 的 管 理 方 式 ， 是 以 供 給 為 限 制 ， 其 水 資 源 系 統 之 環 境 承 載 力 便 是 主 要 限 制 條 件 ， 而 不 同 產 業 的 累 積 需 水 量 則 為 累 積 性 影 響 。 下 文 中 將 說 明 其 水 資 源 承 載 力 與 累 積 性 影 響 之 評 估 方 式 。
水 資 源 之 環 境 承 載 力 即 是 可 供 水 量 ， 而 一 個 水 資 源 系 統 之 可 供 水 量 之 界 定 ， 並 非 等 同 於 河 川 流 量 、 或 是 淨 水 廠 處 理 容 量 之 總 和 、 或 是 水 庫 蓄 存 容 量 之 總 和，而 是 需 考 慮 整 個 水 資 源 系 統 相 關 供 水 的 方 式，如 水 文、氣 候 、 水 庫 、 攔 河 堰 、 淨 水 場 等 系 統 性 整 合 ， 將 會 影 響 到 水 資 源 之 可 供 水 量 。
研 究 中 透 過 水 資 源 系 統 動 力 模 式 ， 模 擬 水 資 源 系 統 真 實 情 況 ， 評 估 系 統 內 各 個 供 需 水 設 施 與 流 量 狀 況 ， 以 評 估 水 資 源 系 統 最 大 可 供 水 量 。 模 式 中 以 計 畫 供 水 量 作 為 需 水 量 ， 將 歷 史 流 量 代 入 水 資 源 系 統 動 力 模 式 中 ， 計 算 其 缺 水 指 數 或 相 關 服 務 準 則 指 標 基 準 ， 若 指 標 未 符 合 供 水 規 劃 準 則 ， 便 將 計 畫 供 水 量 作 修 改 ， 再 重 新 模 擬 ， 一 直 到 其 指 標 能 符 合 預 定 之 供 水 規 劃 準 則 ， 此 計 畫 供 水 量 之 值 即 為 整 個 水 資 源 系 統 可 供 水 量 ， 亦 是 此 水 資 源 系 統 之 環 境 承 載 力 。 其 系 統 動 力 模 式 之 原 理 與 水 資 源 系 統 之 建 立 方 式 ， 可 參
閱 陳 思 瑋 （ 2005）。
藉 由 系 統 動 力 學 理 論 將 水 資 源 系 統 轉 換 成 系 統 動 力 模 式 ， 並 利 用 水 庫 放 流 量 及 下 游 水 文 流 量 測 站 驗 證 模 式 的 合 理 性 ， 並 加 入 各 區 域 用 水 之 需 水 量 與 環 境 承 載 力 比 較 作 分 析 之 後 ， 利 用 永 續 發 展 指 標 探 討 水 資 源 之 永 續 性 ， 其 最 大 可 供 水 量 推 估 方 式 如 下 所 示 。
一 、 總 可 供 水 量
一 個 流 域 系 統 內 的 可 供 水 量 ， 其 主 要 來 源 是 來 自 於 降 雨 所 造 成 之 河 川 流 量 、 水 庫 蓄 水 量 、 地 下 水 量 等 等 。 本 研 究 主 要 針 對 以 河 川 流 量 為 主 要 供 水 來 源 之 系 統 建 立 分 析 模 式 ， 進 而 計 算 整 個 系 統 之 總 可 供 水 量 。 在 進 行 總 可 供 水 量 計 算 時 ， 由 於 性 質 之 差 異 ， 本 研 究 將 總 可 供 水 量 分 成 「 農 業 可 供 水 量 」 以 及 「 民 生 與 工 業 可 供 水 量 」 兩 個 部 分 。 利 用 模 式 分 別 計 算 之 後 ， 再 進 行 相 加 ， 最 後 加 總 之 結 果 即 為 該 之 水 資 源 系 統 的 總 可 供 水 量 。
二 、 農 業 可 供 水 量
農 業 的 可 供 水 量 主 要 來 自 於 灌 溉 需 水 量 、 畜 牧 需 水 量 以 及 養 殖 需 水 量 之 總 和 ， 但 是 相 較 於 灌 溉 需 水 量 ， 畜 牧 與 養 殖 的 需 水 量 所 佔 比 例 相 當 少 ， 平 均 不 到 10％，因 此 研 究 中 之 農 業 需 水 量 將 僅 只 限 於 灌 溉 需 水 量。根 據 前 水 資 源 局 的 研 究 報 告 (1997)指 出 ， 農 業 灌 溉 需 水 量 可 由 下 式 來 決 定 ：
灌 溉 需 水 量 ＝ 田 間 需 水 量 × 輸 水 損 失 係 數
田 間 需 水 量 必 須 經 過 田 間 水 平 衡 關 係 來 估 算 ， 而 輸 水 損 失 係 數 由 於 各 地 不 同 必 須 由 實 地 量 測 才 能 取 得 ， 因 此 在 相 關 資 料 蒐 集 較 為 不 易 的 情 形 之 下 ， 在 本 研 究 中 所 使 用 之 農 業 灌 溉 需 水 量 ， 主 要 來 自 於 前 水 資 源 局 1999 年 之 研 究 報 告 『 台 灣 地 區 北 部 區 域 水 資 源 綜 合 發 展 計 畫 （ II）』， 該 報 告 中 以 各 灌 區 民 國 81 年 至 民 國 85 年 之 旬 計 畫 用 水 量 之 平 均 值 ， 作 為 各 旬 的 需 水 量 。 因 此 在 本 研 究 中 沿 用 上 述 報 告 書 中 的 資 料 ， 在 模 擬 求 解 各 旬 之 農 業 需 水 量 時 ， 將 旬 平 均 的 計 畫 用 水 量 帶 入 。 因 此 整 年 度 之 農 業 需 水 量 （ 或 是 在 計 算 ASI 時 ， 每 一 時 期 的 農 業 需 水 量 ）， 將 為 各 旬 計 畫 供 水 量 之 總 和 。
三 、 民 生 與 工 業 可 供 水 量
民 生 用 水 和 工 業 用 水 雖 然 性 質 不 同 ， 但 是 就 供 水 的 角 度 而 言 卻 都 必 須 先 經 過 淨 水 廠 的 處 理 ， 因 此 民 生 與 工 業 之 可 供 水 量 可 視 為 一 體 來 考 慮 ， 將 該 年 度 之 民 生 需 水 量 以 及 工 業 需 水 量 計 算 之 後 相 加 ， 即 可 得 到 民 生 與 工 業 之 可 用 水 量 。
當 分 析 農 業 可 供 水 量 、 民 生 及 工 業 可 供 水 量 時 ， 本 研 究 將 分 別 採 用 不 同 的 指 標 求 農 業 、 民 生 、 工 業 的 最 大 可 供 水 量 ， 並 將 農 業 、 民 生 、 工 業 三 者 最 大 可 供 水 量 加 總 後 ， 視 為 此 水 資 源 系 統 之 環 境 承 載 力 ， 進 而 藉 由 總 量 管 制 的 精 神 來 達 到 永 續 發 展 的 目 的 。 在 農 業 用 水 方 面 將 利 用 前 述 農 業 可 供 水 指 標 (Agriculture Supply Index ， ASI)來 計 算 ， 民 生 、 工 業 用 水 方 面 則 採 取 缺 水 指 數 (Shortage Index， SI)來 分 析 。 上 述 推 估 水 資 源 系 統 之 環 境 承 載 力 （ 總 可 供 水 量 ）， 所 應 用 之 相 關 永 續 與 缺 水 指 標 之 推 估 方 法 於 下 節 說 明 之 。
6.2 水 資 源 永 續 指 標 與 評 估 模 式
本 研 究 透 過 系 統 動 力 模 式 ， 可 以 分 析 不 同 情 形 下 水 資 源 系 統 所 反 應 出 來 之 結 果 ， 而 在 水 資 源 永 續 性 方 面 之 探 討 ， 主 要 的 研 究 方 法 先 定 出 水 資 源 系 統 之 供 水 規 劃 準 則 ， 利 用 水 資 源 系 統 動 力 模 式 模 擬 當 年 缺 水 指 數 ( Shortage Index) 等 於 1 之 情 形 下 ， 水 資 源 系 統 之 最 大 可 供 水 量 ， 此 量 定 義 為 環 境 承 載 力 ， 之 後 再 根 據 整 個 水 資 源 系 統 之 需 水 量 與 環 境 承 載 力 ， 定 出 一 水 資 源 永 續 指 標 ， 藉 由 此 永 續 指 標 之 變 化 ， 分 析 流 域 水 資 源 之 永 續 性 。
一 、 缺 水 指 數
水 資 源 系 統 之 供 水 規 劃 準 則 若 採 取 非 常 嚴 苛 之 條 件 ， 會 使 得 可 供 水 量 非 常 低 ， 並 不 符 合 經 濟 效 益 原 則 ， 發 生 缺 水 情 形 是 普 遍 存 在 的 ， 需 要 關 心 的 是 缺 水 情 形 是 否 在 可 容 忍 之 合 理 範 圍 內 ， 例 如 將 供 水 規 劃 準 則 訂 為 完 全 不 發 生 缺 水 ， 也 就 是 在 真 實 情 況 下 每 一 個 時 間 點 水 量 都 能 滿 足 計 畫 供 水 量 ， 這 樣 是 不 合 理 的 ， 因 為 有 可 能 在 某 一 個 時 間 點 上 其 實 水 源 是 不 足 以 符 合 計 畫 供 水 量 ， 但 是 由 於 其 供 水 規 劃 準 則 訂 作 過 於 嚴 格 ， 導 致 需 要 修 改 計 畫 供 水 量 ， 調 低 計 畫 供 水 量 之 值 ， 而 使 得 可 供 水 量 之 值 過 於 偏 低 ， 本 研 究 在 公 共 用 水 上 依 據 過 去 規 劃 慣 例 ， 先 使 用 年 缺 水 指 數 作 為 供 水 準 則 。
缺 水 指 數 定 義 如 下
∑
== N
n i
i
S D SI N
1
)2
100 (
其 中 SI 為 缺 水 指 數 (shortage index)，N 為 模 擬 總 年 數，Di與 Si分 別 為 年 缺 水 量 與 年 計 畫 供 水 量 。
缺 水 指 數 主 要 是 在 描 述 年 缺 水 量 與 年 計 畫 供 水 量 間 之 關 係 ， 以 缺 水 率 ( 年 缺 水 量 / 年 計 畫 供 水 量 ) 的 平 方 來 呈 現 年 缺 水 之 程 度 ， 再 將 年 缺 水 率 平 方 ， 主 要 的 目 的 是 要 將 不 同 年 間 之 缺 水 狀 況 平 均 化 ， 對 於 較 嚴 重 之 乾 旱 狀 況 給 予 較 高 的 權 重 ； 而 國 內 的 研 究 報 告 常 以 缺 水 指 數 (SI)=1 之 狀 況 下 作 為 供 水 規 劃 準 則 (平 均 每 年 缺 水 10％ )， 例 如 經 濟 部 水 資 源 局 (1998)委 託 中 興 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 所 作 之 「 台 灣 地 區 南 部 區 域 水 資 源 綜 合 發 展 計 畫 專 題 報 告 [四 ]地 表 水 資 源 運 用 現 況 及 其 供 水 潛 能 」 即 採 用 ARSP 年 缺 水 指 數 ( SI )等 於 1 作 為 其 供 水 規 劃 準 則 ； 因 此 本 研 究 將 以 缺 水 指 數 ( SI) =1 之 情 形 下，推 估 水 資 源 系 統 整 體 之 可 供 水 量，也 就 是 此 水 資 源 系 統 之 環 境 承 載 力。
二 、 水 資 源 永 續 發 展 指 標
利 用 最 大 可 供 水 量 來 探 討 水 資 源 使 用 之 情 況 ， 若 當 總 需 水 量 小 於 環 境 承 載 力 ， 表 示 目 前 水 資 源 使 用 情 形 是 符 合 永 續 發 展 ， 一 旦 總 需 水 量 大 於 環 境 承 載 力 時 ， 便 可 能 要 針 對 目 前 用 水 情 形 作 一 些 消 減 計 畫 ， 降 低 需 水 量 ， 抑 或 是 透 過 一 些 方 式 來 提 高 環 境 承 載 力 ， 例 如 ： 改 善 售 水 率 、 提 高 淨 水 場 之 設 備 設 計 容 量 。 而 水 資 源 使 用 符 不 符 合 永 續 性 發 展 ， 可 藉 由 永 續 發 展 指 標 來 幫 助 了 解 目 前 水 資 源 具 不 具 有 永 續 性 ； 首 先 先 將 指 標 無 因 次 化 ， 使 其 值 介 於 0 至 1 之 間 。 當 總 需 水 量 小 於 環 境 承 載 力 時 ， 其 指 標 定 為 1， 表 示 此 水 資 源 使 用 是 符 合 永 續 發 展 的 ， 而 總 需 水 量 大 於 環 境 承 載 力 時 ， 指 標 值 便 會 從 1 遞 減 為 0，離 永 續 性 越 遠，一 旦 超 過 臨 界 值，指 標 值 永 遠 為 零，。
而 永 續 發 展 指 標 等 於 1 時 ， 代 表 的 是 水 資 源 使 用 情 形 具 有 永 續 性 ， 但 不 是 代 表 永 遠 不 缺 水 ，在 定 出 供 水 規 劃 準 則 時，是 以 年 缺 水 指 數 (SI)等 於 1，來 求 得 環 境 承 載 力 ， 年 缺 水 指 數 (SI)等 於 1 其 中 即 隱 含 了 1 百 年 之 下 平 均 每 年 缺 水 10%， 並 非 指 標 值 等 於 1 時 ， 水 資 源 系 統 會 永 遠 不 缺 水 。 而 永 續 發 展 指 標 的 訂 定 方 式 如 下 ：