水資源調配風險分析

為評估台中地區之缺水情勢及影響程度，本研究以缺水指標評 估指標來表示區域可能遭遇之缺水程度。缺水指數由美國陸軍工兵團 (U.S. Army Corps of Engineers)所創，過去水利單位常用來分析水資源 規劃問題，評量缺水情形是否在可容忍之合理範圍內，缺水指數簡單 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)之平方表現年缺水之程度，並以全期各年缺水率平方之平均 為代表，如下式（4-1）表示：

76

∑

=

= ^N

n i

i

S D SI N

1

)2

100 (

（4-1）

其中 SI 為缺水指數(shortage index)，N 為模擬總年數，D_i為年 缺水量，S_i為年計畫供水量。

此外由於水文具不確定性，因此本研究基於蒙地卡羅模擬法，

配合韋伯機率法進行指標風險分析，其分析步驟說明如下：

1. 根據 3.1 節建立之氣象資料合成模式，產生 100 組雨量與溫度資料。

2. 將各組雨量與溫度代入 3.3 節建立之 GWLF 地表逕流模式，以模 擬出100 組合成流量資料。

3. 將各組流量資料代入 4.2 及 4.3 節建立之台中地區地表水資源調配 模式，以得到各組流量下之缺水指數值（或其他重要變數，如供 水量與缺水量）。

4. 將各缺水指數（或重要變數）依值之大小由大至小排序。

5. 利用韋伯法（Weibull）P％＝m/(n+1)×100％ 分析第 m 筆資料之超 越機率。其中 n 為分析組數，就本研究而言為 n＝100，m 為資料 排序後之排名。

6. 由於風險之定義為 PROB（SI＞SIP）＝P，其中 SIP所對應之超越 機率（P）可是為系統缺水情況（指標）大於系統缺水情況（指標）

恰為SIP時之機率值，因此小於缺水指標（或重要變數）之信賴度

（RP）為 RP％＝1－P％。

根據上述步驟，即可得到不同信賴度下之缺水指數值（或重要 變數值），台中地區現況系統下與不同調適策略下之風險分析結果整 理如表 4.6-1 所示，其中調適策略包含新增淨水廠、人工湖與越域引

77

78

水工程，將策略組合成各種方案如表 4.6-2 所示。結果顯示水資源調 適方案對現況供水系統可有效降低缺水情況與缺水指數，此現象乃因 為水資源調適方案能更有效利用水資源，使枯水季缺水量大幅降低如 圖 4.6-1 所示，又以越域引水策略（含淨水場）較人工湖策略（含淨 水場）效果好，由於越域引水策略（含淨水場）可將大甲溪多餘的發 電尾水，引入大安溪流域，除了供士林堰下游灌區后里圳使用外，亦 引水至鯉魚潭淨水場以供台中地區公共用水使用，將大甲溪剩餘流量 以直接輸送或交換用水之方式，直接或間接的蓄存於鯉魚潭水庫，可 使信賴度95%之公共 SI 由原始 4.59 大幅下降至 0.67，農業 SI 由原始 0.87 降至 0.79。人工湖策略（含淨水場）依供水順序將石岡壩剩餘流 量供應給台中地區公共用水，可使信賴度 95%之公共 SI 由原始 4.59 下降至2.17，但無法改善農業 SI，各方案於未變遷情境下之影響如圖 4.6-2 所示。

表4.6-1各種方案下不同信賴度之農業缺水指數變化表

無方案 方案一 方案二 方案三

農業 SI 公共 SI 農業 SI 公共 SI 農業 SI 公共 SI 農業 SI 公共 SI 95% 0.87 4.59 0.87 2.17 0.79 0.67 0.79 0.35 90% 0.81 4.52 0.81 2.12 0.74 0.61 0.74 0.32 85% 0.80 4.43 0.80 2.11 0.71 0.59 0.71 0.30 80% 0.75 4.40 0.75 2.01 0.69 0.58 0.69 0.29 信

賴 度

75% 0.72 4.33 0.72 1.93 0.66 0.55 0.66 0.26

表4.6-2水資源調適方案

80 公共SI

0 1 2 3 4 5

0 20 40 60 80 100

超越機率(%)

SI

無方案 方案一 方案二 方案三

農業SI

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0 20 40 60 80 100

超越機率(%)

SI

無方案 方案一 方案二 方案三

圖 4.6-2 水資源調適策略於未變遷情境下之影響

第五章

氣候變遷對台中地區水資源利用衝擊之風險評估

5.1 氣候變遷對河川流量衝擊評估

為瞭解未來不同氣候變遷情境下之流量趨勢變化，本研究根據 第三章所述之降尺度分析方式，以大氣環流模式 MRI-CGCM2_3_2 及INM-CM3 之 A1B、A2 與 B1 情境輸出結果，進行大安溪與大甲溪 流域之降雨量分析。其推估方式可參照方程式（3-5）與（3-6），將 上述雨量分析結果代入 GWLF 地表逕流模式，即可推求不同氣候變 遷情境下之流量變化，其旬平均流量歷線分析結果如圖 5.1-1 至圖 5.1-4 所示，由圖得知 CGCM 及 INM 分析之各集水區之情境流量旬 平均值與標準偏差於豐水期皆有增加之趨勢，枯水期則有減少之情 形，顯示除了豐水期流量增加以及枯水期流量減少外，各年豐水期與 枯水期流量之差異可能更為劇烈，意即未來豐枯水年之差異會越大，

水資源調配將面臨更大的挑戰。

模擬結果中以 CGCM2 之 A1B 情境豐枯水期流量差異幅度最 大，枯水期（11 月 ~隔 年 4 月 ）旬平均流量約減 少 約 20%，豐水 期（5 月 ~10 月 ） 之旬平均流量約增加 10％。此外，以 INM 之 B1 情境年總流量增加幅度最大，松茂流量站枯水期旬平均流量約增加 13.57％，豐水期之旬平均流量約增加 26.56％，年總流量約增加 21.48

％；卓蘭流量站枯水期旬平均流量約增加 24.02％，豐水期之旬平均 流量約增加 6.99％，整年流量約增加 15.04％，各模式不同氣候變遷 情境下之增減比率分析結果整理如表5.1-1 所示。

81

松茂流量站平均旬流量

MEAN(cms) 未變遷

CGCM2-A1B

STD(cms) 未變遷

CGCM2-A1B

MEAN(cms) 未變遷

CGCM2-A1B

STD(cms) 未變遷

CGCM2-A1B

MEAN(cms) 未變遷

INM-A1B

STD(cms) 未變遷

INM-A1B INM-A2 INM-B1

圖 5.1-3 INM 模式松茂流量站現況模擬與情境流量歷線圖

82

83

MEAN(cms) 未變遷

INM-A1B

STD(cms) 未變遷

INM-A1B

5.2 氣候變遷下之水資源調配風險分析

5.2.1 現況系統衝擊分析

利用 4.4 節與 4.5 節建立之水資源調配系統模型，配合河川流量 合成資料，探討氣候變遷對台中地區水資源調配之衝擊。不同信賴度 下之模擬結果如表 5.2.1-1～5.2.1-2 所示，表 5.2.1-1 顯示農業缺水指 數之變化趨勢與枯水期流量之變化趨勢相同，若枯水期流量減少，農 業缺水指數隨之升高；枯水期流量增加，農業缺水指數隨之降低。故 僅 INM 模式 B1 情境可降低農業缺水情況，其餘氣候變遷情境下，

農業用水缺水情況皆有趨於嚴重之趨勢，其中以 CGCM2 模式之 A1B 情境最為嚴重，其信賴度95%時，缺水指數 SI 由未變遷的 0.87 上升 至1.72。

由此可知枯水期流量對農業用水的供水情況有重大之影響，其 原因為大安溪之農業灌區僅能引用天然入流量之水量，不能引用鯉魚 潭水庫之蓄水（詳見4.4.2 節之鯉魚潭水庫營運操作原則），因此豐水 期原本就不太缺水情況下，即使氣候變遷下豐水期水量增加，對於豐 水期之農業用水缺水改善並不明顯，但枯水期因不能引用鯉魚潭之蓄 水，而氣候變遷下枯水期之河川流量又變小的情況下，造成整體農業 用水之缺水情況在氣候變遷下更趨嚴重，缺水量於枯水季3 至 4 月大 幅提升如圖5.2.1-1～ 5.2.1-2 所示。

表 5.2.1-2 結果顯示公共用水在氣候變遷下，與農業用水之結果 卻有相反的情況發生，其缺水情況反而有降低的趨勢（SI 變小）。，

為探究其原因，本研究從公共用水缺水量之時間分佈圖（圖 5.2.1-1

～5.2.1-2）來進行探討。由於氣候變遷後，豐水期的水量增加，在德 基水庫與鯉魚潭水庫有限的庫容調節下，氣候變遷下僅能小幅降低十

84

一月至隔年二月之枯水期缺水情形，但三月至四月之缺水量情形仍較 未變遷來的嚴重，惟未氣候變遷時，三月前已有極端缺水量發生之情 況，因此即使氣候變遷後，枯水期流量減少，但三、四月缺水量可增 加的幅度已相對的小，因此氣候變遷下三、四月之缺水情況僅較未氣 候變遷下之缺水情況略微提高，但氣候變遷下之十一月至隔年二月之 缺水情況卻較未氣候變遷下之缺水情況改善較多，因此整體而言公共 用水在大部分氣候變遷情境下缺水情況有降低的趨勢。但 INM 模式 之 A1B 情境則例外，其成因為大安溪在氣候變遷條件下，不論豐水 期或枯水期之流量皆有降低之趨勢（詳見表5.1-1 之卓蘭流量站），故 導至其公共用水缺水指數反而提高。

表5.2.1-1 現況系統各種情境下不同信賴度之農業缺水指數變化表

無方案 - 農業 SI

未變遷 CGCM2-A1B CGCM2-A2 CGCM2-B1 INM-A1B INM-A2 INM-B1 95% 0.87 1.72 1.64 1.55 1.36 1.24 0.46 90% 0.81 1.69 1.57 1.52 1.28 1.12 0.43 85% 0.80 1.65 1.55 1.50 1.24 1.12 0.38 80% 0.75 1.63 1.52 1.49 1.22 1.09 0.36 信

賴 度

75% 0.72 1.61 1.47 1.46 1.18 1.08 0.35

表5.2.1-2現況系統各種情境下不同信賴度之公共缺水指數變化表

無方案 - 公共 SI

未變遷 CGCM2-A1B CGCM2-A2 CGCM2-B1 INM-A1B INM-A2 INM-B1 95% 4.59 3.77 3.90 4.32 5.05 3.97 2.54 90% 4.52 3.75 3.83 4.23 4.99 3.88 2.47 85% 4.43 3.68 3.78 4.19 4.74 3.83 2.42 80% 4.40 3.59 3.73 4.12 4.71 3.81 2.38 信

賴 度

75% 4.33 3.53 3.68 4.07 4.67 3.73 2.35

85

農業缺水量

用水之缺水情況改善並無助益，故方案一之農業用水缺水情況（表 5.2.2-1）與零方案之農業用水缺水情況（表 5.2.1-1）相同。方案二及 方案三氣候變遷對於農業用水的衝擊影響，以 CGCM2 模式之 A1B 情境最為嚴重，其信賴度 95%時，農業缺水指數由未變遷的 0.79 上 升至1.69。

各方案公共缺水指數在氣候變遷與否的條件下之變化趨勢則與 與現況系統（零方案）之趨勢相反，為探究其原因，本研究從公共用 水缺水量之時間分佈圖（圖5.2.2-1～ 5.2.2-6）來進行探討。由於供水 改善方案的加入，讓原本未變遷下枯水期之缺水降低許多（詳見圖 4.6-1），因此氣候變遷下，三、四月流量減少，缺水情況有大幅的惡 化空間，故氣候變遷下三、四月之缺水情況較未氣候變遷下之之缺水 情況惡化許多，雖氣候變遷下之十一月至隔年二月之缺水情況較未氣 候變遷下之缺水情況仍有改善，但整體而言公共用水在氣候變遷情境 下缺水情況仍有提升的情況發生。

表5.2.2-1 方案一各種情境下不同信賴度之農業缺水指數變化表

方案一 - 農業 SI

未變遷 CGCM2-A1B CGCM2-A2 CGCM2-B1 INM-A1B INM-A2 INM-B1 95% 0.87 1.72 1.64 1.55 1.36 1.24 0.46 90% 0.81 1.69 1.57 1.52 1.28 1.12 0.43 85% 0.80 1.65 1.55 1.50 1.24 1.12 0.38 80% 0.75 1.63 1.52 1.49 1.22 1.09 0.36 信

賴 度

75% 0.72 1.61 1.47 1.46 1.18 1.08 0.35

87

表5.2.2-2方案一各種情境下不同信賴度之公共缺水指數變化表

方案一 - 公共 SI

未變遷 CGCM2-A1B CGCM2-A2 CGCM2-B1 INM-A1B INM-A2 INM-B1 95% 2.17 2.18 2.22 2.45 2.64 2.22 1.03 90% 2.12 2.10 2.14 2.31 2.54 2.10 0.98 85% 2.11 2.06 2.12 2.29 2.47 2.08 0.97 80% 2.01 2.01 2.10 2.27 2.42 2.04 0.91 信

賴 度

75% 1.93 1.98 2.08 2.23 2.37 2.04 0.90

表5.2.2-3方案二各種情境下不同信賴度之農業缺水指數變化表

方案二 - 農業 SI

未變遷 CGCM2-A1B CGCM2-A2 CGCM2-B1 INM-A1B INM-A2 INM-B1 95% 0.79 1.69 1.61 1.53 1.34 1.21 0.42 90% 0.74 1.66 1.55 1.48 1.25 1.11 0.39 85% 0.71 1.61 1.51 1.46 1.22 1.09 0.35 80% 0.69 1.59 1.47 1.45 1.18 1.07 0.33 信

賴 度

75% 0.66 1.56 1.45 1.39 1.16 1.06 0.31

表5.2.2-4方案二各種情境下不同信賴度之公共缺水指數變化表

方案二 - 公共 SI

未變遷 CGCM2-A1B CGCM2-A2 CGCM2-B1 INM-A1B INM-A2 INM-B1 95% 0.67 0.89 0.97 0.89 0.70 0.69 0.23 90% 0.61 0.87 0.95 0.85 0.67 0.63 0.18 85% 0.59 0.82 0.93 0.83 0.64 0.61 0.17 80% 0.58 0.82 0.91 0.83 0.62 0.59 0.16 信

賴 度

75% 0.55 0.80 0.91 0.79 0.61 0.58 0.16

88

表5.2.2-5方案三各種情境下不同信賴度之農業缺水指數變化表

方案三 - 農業 SI

未變遷 CGCM2-A1B CGCM2-A2 CGCM2-B1 INM-A1B INM-A2 INM-B1 95% 0.79 1.69 1.61 1.53 1.34 1.21 0.42

未變遷 CGCM2-A1B CGCM2-A2 CGCM2-B1 INM-A1B INM-A2 INM-B1

95% 0.35 0.45 0.51 0.45 0.34 0.34 0.09

方案一農業缺水量

方案三農業缺水量

善之趨勢，僅 INM 模式之 A1B 情境例外，各現象之說明詳見 5.2.1 節。氣候變遷對各水資源調適策略之衝擊，農業用水與公共用水缺水 情況皆有趨於嚴重之趨勢，僅 INM 模式之 B1 情境例外，各現象之說 明詳見 5.2.2 節。結果顯示無論有無水資源調適策略，氣候變遷對農 業用水缺水情況之衝擊呈現相同趨勢變化，至於公共用水缺水情況之 衝擊則呈現相反趨勢變化，顯示公共用水缺水情況會因不同水資源調 配系統而有不同結果。

結果顯示無論氣候變遷發生與否，方案二對於降低缺水情況之 效果皆優於方案一，假設公共缺水忍受度為 SI＜1，不論在任何水文 條件下方案一皆未能有效滿足要求，方案二和方案三皆可滿足要求，

結果顯示無論氣候變遷發生與否，方案二對於降低缺水情況之 效果皆優於方案一，假設公共缺水忍受度為 SI＜1，不論在任何水文 條件下方案一皆未能有效滿足要求，方案二和方案三皆可滿足要求，

在文檔中 氣候變遷對台中地區缺水風險之影響評估 (頁 91-0)