流量驗證

本研究長期降雨逕流推估採用 GWLF 模式進行演算，由於模式中有多 項參數待定，如逕流係數 CN 值、最大土壤水分容量、覆蓋係數、退水係數 等，本研究假設氣候變遷並不影響這些參數值，故氣候變遷前後參數值不 變，各參數值可透過參數檢定求得。模式參數值的合理範圍乃參考 GWLF 使用手冊與相關水文書籍並配合研究區域實際地理特性訂定之，各參數範 圍訂定說明如下：

一、 逕流係數 CN 值

模式之逕流係數（CN）依臨前土壤水份分為三類，分別為 CN3（溼潤 情況）、CN2（平均情況）、CN1（乾燥情況），其中 CN2 值則依照土壤分類 與土地利用決定，美國水土保持局土壤類別分為 A、B、C、D 四類別，台 灣水土保持局土壤質地分類之對照說明詳見表 5-3，各土壤類別不同土地利 用下之 CN2 建議值詳見表 5-4。

性岩土、沖積土、灰化紅黃壤及石質土，分別屬於 A、B、C 土壤類別。根 據民國 82 年環保署委託省糧食局土地利用調查資料顯示，目前石門水庫集 水區土地利用狀況大致可劃分為農墾地(包括稻作、旱作、果園)面積共 2,023 公頃，佔總面積 2.66%；林地(包括針葉林、闊葉林、竹林、針闊竹混合林、

灌木林)所佔面積最廣，共 71,019 公頃，佔總面積 93.43%；開發地(公園、

遊樂區、工礦用地、建地、墓地、道路)面積共 449 公頃，佔總面積 0.58%；

水面用地(包括頄 池、水系、其他水面)面積共 1,349 公頃，佔總面積 1.78%；

其他用地(包括草生地、荒地、崩塌地、其他)面積共 1,174 公頃，佔總面積 1.55%。故本研究參考表 5-3，配合土壤類別及土地利用訂定石門水庫集水 區之 CN2 參數範圍為 45~88。

表 5-3 土壤分類對照表 本省分類代

碼 表土質地分類 美國水土保持局分

類

0 粗砂土、砂土 A

1 細砂土、壤質砂土、壤質粗砂土 A

2

壤質細砂土、粗砂質壤土、砂質壤

土、細砂質壤土 B

3

極細砂土、壤質極細砂土、極細砂質

壤土 A

4 坋質壤土、坋土 B

5 壤土 B

6 砂質粘壤土 C

7 粘質壤土、坋質粘壤土 C

8 坋質壤土、砂質黏土 D

9 黏土 D

表 5-4 不同土壤分類與土地利用情況下之 CN2 建議值

土壤分類

土地利用情形 A B C D

耕地：

無保護措施 72 81 88 91

有保護措施 62 78 78 81

牧草地或放牧地：

不良情況 68 79 86 89

良好情況 39 61 74 80

草地：良好情況 30 58 71 58

森林：

稀疏、覆蓋少、無覆蓋物 45 66 77 83

良好覆蓋 25 55 70 77

空地、林間空地、公園、高爾夫球場、墓地等：

良好情況：草地護蓋超過 75%之面積 39 61 74 80 稍好情況：草地護蓋 50~75%之面積 49 69 79 84 商業區(85%面積不透水) 89 92 94 95 工業區(72%面積不透水) 81 88 91 93

住孛：

≤ 1/8 英畝(506m2) 65% 77 85 90 92 1/4 英畝(1012m2) 38% 61 75 83 87 1/3 英畝(1349m2) 30% 57 72 81 86 1/2 英畝(2024m2) 25% 54 70 80 85 1 英畝(4047m2) 20% 51 68 79 84 鋪石(混凝土或柏油)、停車場、屋頂、道路等 98 98 98 98

街道 98 98 98 98

鋪石(混凝土或柏油)道路及雨水下水道 76 85 89 91 碎石道路 泥土道路 72 82 87 89 二、 最大土壤水分容量

最大土壤水分容量隨不同土壤種類而異，本研究參考易任、王如意之 應用水文學（詳見表 5-5），將研究區域最大土壤水分容量之合理範圍訂定 為 3~9 cm/day。

表 5-5 不同土壤種類之最大土壤水分容量(單位 cm/day)

土壤種類

土壤乾重之百分率(%) 田間含水量 凋萎點 最大土壤

水分容量

砂 5 2 3

砂壤土 12 5 7

壤土 19 10 9 泥壤土 22 13 9 黏壤土 24 15 9 黏土 36 20 16

資料來源：易任、王如意著應用水文學

三、 覆蓋係數

覆蓋係數因子隨不同土地利用、不同植物種類、不同季節而不同。本 研究將覆蓋係數之合理範圍訂定為 0.1~1。

表 5-6 不同植物之覆蓋係數 多年生植物覆蓋係數 月份 葡萄 甘蔗 落葉果林

1 月 1.16 0.65 0.58 2 月 1.23 0.5 0.53 3 月 1.19 0.8 0.665 4 月 1.09 1.17 0.74 5 月 0.95 1.21 0.73 6 月 0.83 1.22 0.7 7 月 0.79 1.23 0.81 8 月 0.8 1.24 0.96 9 月 0.91 1.26 1.08 10 月 0.91 1.27 1.03 11 月 0.83 1.28 0.82 12 月 0.69 0.8 0.65

資料來源：氣候變遷與環境生態上課講義, 童慶斌

四、 退水係數

退水係數參考 GWLF 使用手冊，設定其合理範圍為 0.01~0.2。

各參數之合理範圍設定整理如表 5-7 所示。

表 5-7 GWLF 模式參數合理範圍

參數 合理範圍 單位

CN2 45~88 無 覆蓋係數 0.1~1 無 退水係數 0.01~0.2 無 最大土壤水分容量 3~9 cm/day

本研究以 1973~1998 年共 26 年作為訓練案例，1999~2004 年作為驗證 案例，以詴誤法進行參數檢定，訓練結果如圖 5-9 所示，結果顯示歷年各月 日平均流量模擬值與觀測值非常接近，模擬日平均流量與觀測日平均流量 非常接近，相關係數高達 0.92，驗證結果如圖 5-10 所示，歷年各月日平均 流量模擬值與觀測值之相關係數高達 0.94，顯示 GWLF 確可有效推估流量 變化趨勢，各參數之檢定結果整理如表 5-8 所示。

表 5-8 GWLF 模式參數檢定結果

參數 石門水庫參數檢

定結果 單位

CN2 50 無

覆蓋係數*土壤水分因子 0.8 無

退水係數 0.04 無

最大土壤水分容量 5 cm/day 貣始未飽和層含水量 3 cm/day 貣始飽和層含水量 6 cm/day

深層滲漏率 0 cm/day

0 500 1000 1500 2000 2500

1973年1月1974年1月1975年1月1976年1月1977年1月1978年1月1979年1月1980年1月1981年1月1982年1月1983年1月1984年1月1985年1月1986年1月1987年1月1988年1月1989年1月1990年1月1991年1月1992年1月1993年1月1994年1月1995年1月1996年1月1997年1月1998年1月 月份

日平均流量(萬CMD)

歷史月日平均流量 模擬月日平均流量

圖 5-9 石門水庫訓練案例(1973~1998)分析結果

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

1999年1月1999年5月1999年9月2000年1月2000年5月2000年9月2001年1月2001年5月2001年9月2002年1月2002年5月2002年9月2003年1月2003年5月2003年9月2004年1月2004年5月2004年9月

月份

日平均流量(萬CMD)

歷史月日平均流量 模擬月日平均流量

圖 5-10 石門水庫驗證案例(1999~2004)分析結果