本整合型研究計畫各子計畫研究成果將在本章分別進行說明，研究成果涵 蓋水文及泥砂產量之不確定性分析、南北桃園在不同模擬情境下可能產失之缺 水情形、區域及跨區之水資源分析、水庫操作與水庫清淤堆置河道對環境之衝 擊評估以及自來水場備載容量與高濁度元水處理方法之評估，各子計畫詳細研 究成果說明詳見附錄七。
3-1 子計畫一 水文不確定性影響水庫供水風險之評估 3-1-1 不確定因子與不確定性分析
1. 淤砂量部分
經篩選後確定與石門水庫年淤砂量關係顯著的不確定因子為最大單日降雨 總量(M)與降雨強度大於 35mm/hr 之累積量(I35)，如表 3-1-1 所示。
而以誤差量最小為指標所選出之最適用於石門水庫集水區產砂量之迴歸式 為指數型式，配合經 F 檢定所得之顯著水文因子可得式(3-1-1)：
) M 003058 .
0 I 005917 .
0 exp(
34 .
320485 × × 35+ ×
=
y (3-1-1)
其中 y 為年淤砂量(103m3)，M 為年最大單日降雨總量(mm)，I35為降雨強 度大於 35mm/hr 之年累積量(mm)。接著，透過一階不確定性分析法分析式
(3-1-1)，可求得系統中應變數，即水庫年淤砂量之平均值及標準偏差如下所示：
水庫入流量部分，經相關性分析後，發現水庫入流總量與集水區降雨總量 之相關性以月為時間單位時為最高。接著，考慮集水區集流時間的延時效應後，
顯示僅當期月降雨總量與當期月入流總量相關性較高，因而採用集水區月降雨 總量作為月入流量主要不確定性因子。而關於石門水庫之降雨—逕流模式之建 構，本研究採用三層架構的類神經網路，以歷史資料及誤差倒傳遞學習法訓練。
此外，以χ2-test 檢定各月降雨量資料屬於何種機率分佈形式，檢定結果包 含常態分佈、極端值第一類分佈與皮爾森第三類分佈三種機率分佈型式，各月 分相應結果如表 3-1-2 所示。藉由各月分之機率分佈，可模擬大量月降雨量資 料(共 3000 筆)，之後，將月降雨量資料放入此類神經網路中進行蒙地卡羅模擬，
可得模擬入流量資料，進而分析之，結果如表 3-1-3 所示。
表 3-1-3 模擬流量分析
月份 一 二 三 四 五 六
總流量平均值(106m3） 40.2 67.0 80.7 79.8 107.5 176.7 超過平均值之機率(％) 37 27 34 37 43 42
上限 39.8 64.8 78.6 78.2 105.6 173.4 平均數的 95％信賴
區間(106m3) 下限 40.6 69.2 82.8 81.5 109.3 180.1
月份 七 八 九 十 十一 十二
總流量平均值(106m3) 174.0 250.7 283.1 155.6 57.8 37.8 超過平均值之機率(％) 37 39 38 34 39 36
上限 169.7 244.0 275.9 151.2 56.8 37.5 平均數的 95％信賴
區間(106m3) 下限 178.2 257.5 290.2 159.9 58.9 38.1
3-1-2 水庫供水風險評估
根據上一步驟所得之模擬入流量資料，再配合石門水庫管理中心所提供的 水庫規線操作規則與計畫供水量資料即可計算水庫蓄水量之變化情形。本計畫 考慮在不同的初始條件情形下討論水庫之供水風險。考慮年初一月份之水庫水 位高度為 200 公尺、205 公尺、210 公尺，…，到 245 公尺等不同情況下，模 擬經過一整年的降雨入流與放水出流操作後，探討年底十二月之水庫蓄水量變 化情形。並採用缺水指標(SI)與可靠度(α)兩項指標評估石門水庫之供水風險，
結果如表 3-1-4 與表 3-1-5 所示。由結果可以看出，在一月初始水位高程越高 的情況下，未來一年的石門水庫供水之缺水指標(SI)會越低，而供水之可靠度(α) 則會越高。由圖 3-1-1 與圖 3-1-1 亦可清處的看出上述趨勢，可提供石門水庫 管理中心或相關單位做為操作規劃與供水管理之參考。
表 3-1-4 缺水指標分析
一月初始水位高程(m) 缺水指標 SI 值
200 0.610
205 0.546
210 0.448
215 0.309
220 0.172
225 0.088
230 0.032
235 0.008
240 0.003
245 0.001
表 3-1-5 可靠度分析
一月初始水位高程(m) 可靠度α值
200 0.256
205 0.258
210 0.271
215 0.276
220 0.282
225 0.300
230 0.366
235 0.446
240 0.495
245 0.497
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 一月初始水位（m）
SI
圖 3-1-1 不同初始水位之 SI 值
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 一月初始水位（m）
SI
圖 3-1-2 不同初始水位之α值
3-2 子計畫二 自來水供需情況及供水風險之評估
本研究將在本節進行乾旱事件的情境模擬，分別求出桃園地區於 1983 年、
1993年、1995 年與 2002 年的供水條件下，推估未來 2006 年、2011 年、2016 年與 2021 年的缺水情況，研究將討論南北桃園之缺水率變化，與休耕時期進行 灌溉用水移用後缺水率改善情形，此外，再加上未來預期增加之桃園用水增供 措施進行模擬，以比較未來各項措施完工後對於桃園缺水率之改善狀況。
3-2-1 四場乾旱事件下之情境模擬
以四場乾旱情形進行情境模擬，結果如表 3-2-1 所示，以 1983 年乾旱進行 情境模擬，由於整段乾季水位皆低於嚴重下限，故公共給水採八折供應、灌溉 用水五折供應，該場事件以 2 月至 3 月間缺水最為嚴重。在 2006 年之需水量下，
南桃園因供水打折，使缺水率皆處於 20%以上，北桃園因板新支援，使缺水率
降低至約 6%左右。在 2 月至 3 月間，北桃園與南桃園因有效蓄水量皆低於各 旬之需求，使得缺水率皆往上攀升，其中又以 3 月上旬北桃園缺水率提高至 46.16%、南桃園提高至 76.53%為最為嚴重。為因應缺水狀況，桃園地區可以進 行休耕，北桃園因公共用水比例較小，灌溉用水比例較高，使得休耕後有較大 之水資源調配能力，因此 3 月中下旬因農業用水移用後，使缺水率降至一般狀 況下。南桃園因公共用水比例較高而灌溉用水較少，導致休耕後對於缺水現象 之改善較不明顯。以 2006 年為例，在未移用灌溉用水情形下，北桃園該場乾季 之 SI 為 2.29，南桃園該場乾季之 SI 為 11.41。在 2011 年之需水條件下，南桃 園之缺水情形開始趨於嚴重。在 2016 年之需水量下，南桃園於 1 月下旬前仍然 維持 20%之缺水率，北桃園因系統供水能力不足，而使缺水率隨著需水量增加 而增加，且由於需水量之急遽增加，而使桃園系統缺水率提高至 26.34%，已高 於採取 20%之供水折扣，而在 2 月至 3 月之南北桃園缺水率皆略高於 2011 年 的需水條件。在 2016 年之需水量下，南北桃園之缺水率與 2016 年相似，甚至 更為嚴重。
1993年石門水庫起始水位僅高於呆水位 6.92 公尺，使得乾季前期缺水較嚴 重，且一開始就處於減供的情形。該場事件以 11 月至 2 月中旬間的乾旱情況最 為嚴重，在 2006 年之需水量下，北桃園於該段時間內缺水率大幅增加，南桃園 也由於 11 月至 2 月的供水不足，發生連續 5 旬缺水率增加的情況。最高缺水率 發生在 2 月中旬，北桃園為 39.31%、南桃園為 70.85%。於 2 月下旬起受到大
量入流量的影響，故南北桃園之缺水率皆恢復一般減供狀態，而由於缺水事件 集中乾季前期，使得農業用水移用後改善效果不顯著。以 2006 年需水狀況為 例，在未移用灌溉用水情形下，北桃園該場乾季之 SI 為 2.02，南桃園該場乾季 之 SI 為 11.44。在 2011 年之需水量下，北桃園因系統供應不足而使缺水率增加，
南桃園缺水率也隨需水量增加而提高。在 2016、2021 年需水量下，各旬缺水變 化情形皆相似。
表 3-2-1 目前供水能力下南北桃園缺水指標(SI)
2006年 2011年 2016年 2021年 目前供水能力下
北桃園 南桃園 北桃園 南桃園 北桃園 南桃園 北桃園 南桃園 1983年乾季 2.29 11.41 5.26 13.35 9.44 15.00 12.34 15.88 1993年乾季 2.02 11.44 4.62 13.03 8.39 14.18 11.36 15.19 1995年乾季 2.98 13.20 6.02 15.16 10.26 16.77 13.40 17.89
灌溉用水移用前
2002年乾季 0.36 1.12 2.86 1.43 6.94 1.85 10.12 2.43 1983年乾季 0.36 5.36 2.86 7.25 6.94 8.86 10.12 9.82 1993年乾季 0.36 6.49 2.86 8.25 6.94 9.63 10.12 10.90 1995年乾季 0.36 6.63 2.86 8.60 6.94 10.39 10.12 11.68
灌溉用水移用後
2002年乾季 0.36 0.01 2.86 0.44 6.94 1.01 10.12 1.75
1995年乾季於 11 月下旬起開始減供，除於乾季後期 2 月中旬至 4 月上旬 連續 6 旬有較嚴重缺水外，此事件與 1983 年乾旱事件相似。在 2006 與 2011 年需水條件下，北桃園能以灌溉用水移用使 2 月中旬至 4 月上旬之缺水率降至 一般減供狀態下，然南桃園移用灌溉用水對缺水率之改善助益並不高。以 2006 年為例，在未移用灌溉用水情形下，北桃園該場乾季之 SI 為 2.98，南桃園該場 乾季之 SI 為 13.20。在 2016 與 2021 年需水量，南桃園缺水率仍隨需水量的增 加而變化，北桃園之缺水率也有增加趨勢，但由於需水量增加使蓄水量不足情 形更加嚴重。
2002年乾季期間起始水位為 237.40 公尺，雖然此段乾季入流量較低使得水 位不斷下降，但於豐水期累積不少蓄水量，故僅於 3 月中旬開始進行八折減供。
北桃園因系統不足與板新淨水場支援之故，依舊無法突顯減供之影響，南桃園 則可看出其減供前後之差異，該場乾旱缺水情形是為這四場情境模擬中最輕微
的。以 2006 年為例，在未移用灌溉用水情形下，北桃園該場乾季之 SI 為 0.36，
南桃園該場乾季之 SI 為 1.12。
未來若發生乾旱事件，導致水庫蓄水量無法滿足桃園需水量時，南桃園由 於公共用水量增加，將使其缺水風險將高於北桃園，未來無乾旱發生時，由於 北桃園在系統供應上首先面臨供不應求的處境，使北桃園必須依靠板新淨水場 支援清水以減低其缺水風險。在乾旱缺水情形之下，北桃園因公共給水所佔用 水比例低於南桃園，使北桃園有較多之灌溉用水在枯旱時期進行移用，南桃園 因公共用水所佔比例過高，即使休耕對南桃園之助益也不及北桃園。
3-2-2 模擬板新水場支援大桃園地區用水
經濟部水利署預計自 2005 年起 4 年內完工之大漢溪水源南調工程，將使台 北縣與桃園縣之間的清水得以相互連通支援，預計使得 2011 年後板新淨水場便 可支援北桃園達 30 萬 CMD 的自來水，如此一來大湳淨水場無法滿足北桃園之 情形預計將可獲得改善，因此本研究將評估當該項工程完工後，對南北桃園的 供水影響，整體缺水情況如表 3-2-2 所示。
以 1983 年的乾旱情況進行情境模擬，由於板新淨水場的支援，使北桃園幾 乎無缺水發生。以 2011 年為例，未移用灌溉用水情形下，北桃園該場乾季之 SI值為 0.05，南桃園該場乾季之 SI 為 8.88，於 2 月中旬至 3 月中旬之缺水狀況 仍可藉由一期作之灌溉用水移用來應急，而南桃園在北桃園需水量降低之情形
下，相對也可獲得較多水量，也可由北桃園將餘裕清水支援於南桃園。而在 2016 年與 2021 年之需水量下，缺水情形逐漸嚴重。
若模擬 1993 年的乾旱事件，以 2011 年為例，在板新淨水場得以支援 30 萬 CMD 用水量，且未移用灌溉用水情形下，北桃園該場乾季並未缺水，南桃 園該場乾季之 SI 為 7.99，整體北桃園缺水旬數僅為 1 旬，南桃園各旬之缺水率 也有明顯的下降，若移用灌溉用水後，北桃園則是完全沒有缺水，南桃園該場 乾季之 SI 值也降至 3.56。若以 2016 年為例，由於需求量的逐漸增加，使北桃 園缺水率提高，也相對減低了南桃園可得到之水量，在未移用灌溉用水情形下，
若模擬 1993 年的乾旱事件，以 2011 年為例，在板新淨水場得以支援 30 萬 CMD 用水量，且未移用灌溉用水情形下，北桃園該場乾季並未缺水，南桃 園該場乾季之 SI 為 7.99，整體北桃園缺水旬數僅為 1 旬，南桃園各旬之缺水率 也有明顯的下降，若移用灌溉用水後，北桃園則是完全沒有缺水，南桃園該場 乾季之 SI 值也降至 3.56。若以 2016 年為例，由於需求量的逐漸增加，使北桃 園缺水率提高，也相對減低了南桃園可得到之水量，在未移用灌溉用水情形下，