第三章 研究方法
3.2 水文資料合成
3.2.2 流量資料模擬
本 研 究 採 用 由 Haith 與 Shoemaker 於 1987 年 所 發 展 之 GWLF
（Generalized Watershed Loading Functions）中之流量分析模式作為流量資 料模擬之工具，以下將針對 GWLF 之水平衡模式之理論進行說明。
對地球而言水循環可視為封閉系統，然地球存在許多次系統，其雖不 是封閉系統，但在此系統中可藉由水之收支平衡計算水文中各項單元。集 水區主要水收支平衡之輸入為降雨；當雨水降落下來部份會被樹、草地、
地表植被等截留，此部份水分最後以蒸發回到大氣中；到達地表之水，有 部份會填滿窪蓄容量、有部份入滲於土壤中、有部份形成地表逕流。入滲 之水分可補充土壤水分，土壤水分可繼續往下移動以補注地下水，或由蒸 發散將水分帶入大氣中。集水區之總輸入水量可由落在其範圍內所有降雨 所求得，總輸入水量藉由蒸發散或河川流量帶離集水區，河川流量包括地 表逕流、與地下水流。此模式將集水區的水平衡模式分為地表、未飽和層 及淺層飽和含水層三個主要部分，其系統水平衡收支關係如（圖 3-2）。
圖 3-2 GWLF 模式水平衡關係示意圖
（一）地表
一集水區系統中的入流為降水，當降水（Rt）至地面後，一部份的水 經由入滲量（It）至未飽和含水層中，然而另一部份則成為地表逕流（Qt），
集水區河川流量（SFt）來源，主要為地表逕流（Qt） 及地下水排出所形成
Ogrosky and Mockus，1964）之曲線值法（Curve Number Method），此種方 法在計算地表逕流時可合理的反應土地利用方式及土壤水分含量。地表逕 2540 25
4.2 2 1 10 0.058 2
CN CN
CN
(3-14 式)23 2 3 10 0.13 2
CN CN
CN
(3-15 式)本模式將臨前五天土壤水分（At）分為高、中、低三個區間，以 AM1 和 AM2 為界，AM1、AM2 會隨季節不同如表 3-1 所示，逕流係數（CN）
由 CN1、CN2、CN3 並根據臨前五天土壤水分求得，臨前五天土壤水分小 於 AM1 時，CN 由 CN1、CN2 內差求得，臨前五天土壤水分大於 AM1 並 小於 AM2 時，CN 由 CN2、CN3 內差求得，臨前五天土壤水分大於 AM2 時，CN 等於 CN3，計算方式如下。
2 1
1 1
tCN CN
CN CN A
AM
if A
t AM
1 (3-16 式) 3 2
2 1
2 1
tCN CN
CN CN A AM
AM AM
if AM
1 A
t AM
2 (3-17 式)3
CN CN
if AM
2 A
t (3-18 式)降水經由入滲由地表至未飽和含水層，入滲量（It）計算方式為降水（Rt） 扣除地表逕流（Qt），可由下（3-19 式）表示：
t t
t
R Q
I
(3-19 式)（二）未飽和含水層
經由入滲之水量將先行補充未飽和層之土壤水分，當未飽和層之土壤 水分超過土壤最大含水量時，其部分水分將滲漏至淺層飽和含水層。另外，
未飽和層之土壤水分亦可能因蒸發散而被帶離土壤，未飽和層之水平衡式 可由下（3-20 式）表示：
t t
t t
t
U I ET PC
U
1
(3-20 式)其中 Ut是未飽和層高於凋萎點之土壤水分含量，ETt是蒸發散量，而 PCt是滲漏量，式中所用的單位為 cm/day。
未飽和含水層滲漏至淺層飽和含水層之水量（PCt），物理機制在於未 飽和含水層土壤水分大於田間含水量，即是指高於田間含水量經由重力向 下排出至淺層飽和層之水分，可由（3-21 式）計算：
] ,
0
[
U I ET U
*Max
PC
t
t
t
t
(3-21 式)其中 U*是最大土壤水分容量，即田間含水量減去凋萎點間之水分容 量，單位為 cm/day。
蒸發散量（ETt）則受大氣、地表覆蓋特性及土壤水分之影響，可由下 式決定：
] ,
[ st ct t t t
t
Min k k PET U I
ET
(3-22 式)蒸發散量（ETt）估算的方法為以潛勢能蒸發散量（PETt）乘上一個覆 蓋係數（Kct）和一個土壤水分因子（Kst）計算，但其易受限於未飽和層之 可利用之水分，因此取蒸發散量與未飽和層水分之較小值，為估算之蒸發 散量，其中覆蓋係數（Kct）決定於土地利用方式。
在（3-22 式）中之土壤水分因子（Kst）則採用 Boonyatharokol and Walker
（1979）之公式進行計算，可由下（3-23 式）表示：
1
表 3-1 AM1 與 AM2 值
臨前五天降雨量 生 長 季 非 生 長 季 AM1 3.6（ 公 分 ） 1.3（ 公 分 ） AM2 5.3（ 公 分 ） 2.8（ 公 分 ）
資料來源：永續性水質管理系統受氣候變遷影響之脆弱度評估，2006
表 3-2 各緯度每月日照時數
月份
緯度（北緯°）
28 26 24 日照時數（小時）
1 月 10.5 10.6 10.7 2 月 11.1 11.1 11.2 3 月 11.8 11.8 11.9 4 月 12.7 12.6 12.6 5 月 13.4 13.2 13.1 6 月 13.7 13.6 13.4 7 月 13.5 13.4 13.3 8 月 13 12.9 12.8 9 月 12.1 12.1 12.1 10 月 11.3 11.4 11.4 11 月 10.6 10.7 10.9 12 月 10.3 10.4 10.6