6. 相關分析模式
6.1 QUAL2E 模式
QUAL2E 水 質 模 式 係 由 美 國 環 保 署 所 發 展 完 成 之 多 功 能 河 川 水 質 模 式 。QUAL2E 模 式 針 對 樹 枝 狀 河 川 而 言 ， 使 用 者 可 根 據 需 要 ， 任 意 組 合 15 種 水 質 參 數 ， 模 擬 常 態(Steady-State)下 之 河 川 水 質 。 QUAL2E 模 式 之 基 本 理 論 為 一 維 的 傳 統 延 散 質 量 傳 輸 方 程 式 。 它 可 描 述 河 川 水 質 隨 時 間 與 空 間 之 變 化 情 形 ， 其 計 算 方 式 是 將 整 個 流 域 依 水 理 特 性 切 割 成 若 干 河 段 ， 再 將 每 一 河 段 分 成 具 有 等 間 距 之 計 算 元 素 ， 且 相 同 河 段 內 元 素 具 有 相 同 之 水 力 特 性(如 坡 度 、 斷 面 積 及 糙 度 等 )與 生 物 係 數 (如 BOD 去 除 率 、 藻 類 沉 澱 率 等)。
模 式 原 理 與 方 法 為 傳 統 延 散 質 量 傳 輸 方 程 式 。 它 可 描 述 河 川 水 質 隨 時 間 與 空 間 之 變 化 情 形 。 其 求 解 方 式 為 以 數 值 內 差 分 法(Numerical Implicit Finite Difference) 之 高 氏 消 除 法 (Guassian Elimination) 及 反 代 入 法 (Back
Substitution)解 有 關 之 偏 微 分 方 程 式，其 中 包 括 溫 度 及 藻 類 生 長 項 目 之 收 斂 試 驗。可 模 擬 之 水 質 項 目 有，保 存 性 物 質(三 類 )、非 保 存 性 質 (二 類 )、溫 度 、 生 化 需 氧 量 、 溶 氧 、 藻 類 、 有 機 氮 、 氨 氮 、 硝 酸 氮 、 亞 硝 酸 氮 、 有 機 磷 、 溶 解 磷 、 大 腸 菌 。 在 應 用 上 有 部 分 限 制 ， 如 河 段 分 段 最 多 50 段 、 元 素 數 目 每 段 不 超 過 20 個 及 總 數 500 個 、 源 頭 元 素 數 目 最 多 10 個 、 節 點 元 素 數 目 最 多 9 個 與 流 入 及 流 出 元 素 數 目 最 多 50 個 。
6.2 GWLF (Generalized Watershed Loading Functions)
GWLF 是 由 康 乃 爾 大 學 所 發 展 的 。 主 要 是 用 來 評 估 來 自 於 大 尺 度 的 的 農 業 與 都 市 集 水 區 中 氮 與 磷 的 點 源 與 非 點 源 負 載 。 並 且 可 推 估 在 幾 種 不 同 土 地 利 用 的 管 理 措 施 下 ， 其 污 染 改 善 的 效 率 性 (Haith and Shoemaker, 1987)。此 模 式 的 優 點 是 以 集 水 區 之 物 理 特 性 建 構 之 模 式，所 以 並 沒 有 大 量 的 參 數 值 必 須 一 一 檢 定 之 。GWLF 模 式 包 含 了 降 雨 與 逕 流 、 土 壤 沖 蝕 與 沈 積 物 ， 還 有 總 磷 與 總 氮 的 負 載 推 估 等 模 擬 。 目 前 的 版 本 尚 未 加 入 有 毒 物 質 與 金 屬 的 考 量 。 此 模 式 是 以 日 為 單 位 作 為 時 間 模 擬 的 間 距 ， 也 可 做 每 年 與 季 節 性 的 時 間 尺 度 分 析 。 此 模 式 用 利 用 簡 單 的 傳 輸 路 徑 進 行 模 擬 ， 主 要 是 依 據 流 達 率 的 觀 念 。 另 外 ， 模 擬 的 結 果 可 用 來 確 認 污 染 源 並 加 以 排 列 ， 並 可 進 行 流 域 範 圍 中 的 管 理 規 劃 土 地 利 用 的 改 變 可 能 造 成 的 衝 擊 。 這 個 模 式 應 用 在 中 尺 度 的 集 水 區 有 不 錯 的 成 果。(Haith and Shoemaker, 1987)。GWLF 可 用 於 混 合 的 集 水 區 。 時 間 尺 度 是 屬 於 連 續 。
GWLF 是 一 個 結 合 semi-distributed/lumped 參 數 的 的 集 水 區 模 式。對 於 地 表 負 載 ，他 是 屬 於 分 散 性 的 ，他 允 許 各 種 不 同 的 地 表 覆 蓋（ 土 地 利 用 ），
但 是 每 一 個 區 域 是 假 設 其 屬 性 是 屬 於 均 質 的 。 模 式 無 法 模 擬 空 間 分 散 性 區 域 的 污 染 源 ， 但 是 可 簡 單 的 匯 集 每 個 區 域 的 進 入 至 集 水 區 總 量 的 負 載 。 對 於 地 表 下 的 負 載 ， 模 式 是 採 用 lumped(集 塊 性 的 )參 數 進 行 水 平 衡 的 評 估 。 並 沒 有 清 楚 的 區 分 哪 些 區 域 是 對 地 下 水 的 水 量 有 所 影 響 的 。 此 模 式 計 算 地 表 下 飽 和 區 與 未 飽 和 區 每 天 的 水 平 衡 。 在 此 入 滲 是 利 用 降 雨 與 融 雪 的 量 減 去 地 表 逕 流 與 蒸 發 散 量 所 計 算 而 得 。
GWLF 是 利 用 SCS-CN 的 方 法 與 每 天 的 氣 候 資 料 （ 降 雨 與 溫 度 ） 模 擬 地 表 逕 流 。 土 壤 沖 蝕 與 沈 澱 物 的 產 生 是 利 用 土 壤 沖 蝕 萬 用 公 式 推 估 ， 根 據 每 個 區 域 每 個 月 的 降 雨 逕 流 係 數 與 每 個 月 的 KLSCP 混 合 值 所 獲 得 。 應 用 沈 澱 物 的 傳 輸 率 與 傳 輸 的 容 量 計 算 沖 蝕 量 ， 進 而 推 估 每 個 區 域 的 沈 澱 物 產 生 量 。 其 中 沈 澱 物 的 傳 送 率 （delivery ratio） 是 依 據 集 水 區 的 大 小 ， 而 傳 輸 的 容 量(transport capacity)則 是 依 據 平 均 每 日 的 逕 流 。 地 表 營 養 鹽 的 損 失 是 利 用 地 表 逕 流 中 溶 解 性 的 氮 與 磷 係 數 與 沈 澱 物 係 數 去 推 估 每 一 個 農 業 區 域 產 生 的 量 。 點 源 的 排 放 也 可 能 造 成 溶 解 性 的 損 失 。 模 式 中 也 考 慮 了 施 肥 面 積 與 可 能 造 成 營 養 鹽 腐 敗 的 系 統 。 而 都 市 中 所 排 入 的 營 養 鹽 是 以 固 體 的 方 式 推 估 ， 以 指 數 累 積 與 washoff 函 數 推 得 這 些 污 染 的 負 載 。 地 表 下 的 營 養 鹽 損 失 是 利 用 溶 解 性 的 氮 與 磷 係 數 ， 推 估 淺 層 地 表 水 流 入 河 川 的 營 養 鹽 負 載 ， 地 表 下 的 模 式 對 於 整 個 區 域 的 推 估 只 考 慮 單 一 整 體 性 的 參 數 值 。 蒸 發 散 的 推 估 是 利 用 每 天 的 氣 候 資 料 與 土 地 利 用 的 覆 蓋 因 子 。 最 後 在 水 平 衡 的 部 分 ， 是 採 用 每 天 降 雨 、 降 雪 、 初 始 未 飽 和 帶 的 蓄 水 量 、 最 大 可 用 區 域 蓄 水 量 與 蒸 發 散 量 值 所 建 立 。
在 河 川 當 中 營 養 鹽 的 負 載 包 含 了 溶 解 性 與 固 體 性 的 狀 態 ， 溶 解 性 的 營 養 鹽 會 伴 隨 著 逕 流 、 點 源 與 地 下 水 流 而 排 入 河 川 中 。 固 體 狀 態 的 營 養 鹽 大 多 來 自 於 都 市 區 域 的 點 源、土 壤 沖 蝕 以 及 部 分 原 料 的 沖 刷 所 產 生。在 GWLF 中 非 都 市 地 區 的 營 養 鹽 負 載 是 藉 由 逕 流 與 水 沖 蝕 地 表 土 壤 的 運 移 ， 非 都 市 地 區 的 營 養 鹽 負 載 是 來 自 於 數 種 不 同 的 土 地 利 用 的 區 域 ， 每 個 區 域 是 以 均 值 的 方 式 考 量 ， 每 個 區 域 的 區 分 是 關 係 著 其 土 壤 與 覆 蓋 的 型 態 。 每 一 個 區 域 溶 解 性 的 負 載 是 由 逕 流 的 體 積 乘 上 與 氮 與 磷 平 均 溶 解 的 濃 度 可 得 知 。 溶 解 性 營 養 鹽 濃 度 是 可 參 考 GWLF 手 冊 中 的 參 數 值。農 業 營 養 鹽 中 固 體 狀 態 的 推 估 是 利 用 每 個 月 的 沈 澱 物 產 生 量 與 平 均 沈 澱 物 營 養 鹽 的 濃 度 而 得 。
6.3 Vollenweider Eutrophication Model
此 模 式 主 要 假 設 湖 泊 水 體 之 濃 度 為 充 分 混 合 ， 且 流 入 湖 泊 之 水 量 等 於 流 出 之 水 量 ， 湖 泊 中 的 水 體 容 量 將 不 會 有 所 改 變 ， 其 平 衡 方 程 式 如 下 ：
CQ
6.4 水資源系統動力模式
系 統 動 力 模 式 中 三 個 主 要 原 件 為 （1） 儲 存 （ Level & Stock）、（ 2） 流 動 （Rate & Flow）、（ 3） 助 動 （ Auxiliary & Converter）。 此 三 個 原 件 之 相 互 關 係 與 意 義 已 於 第 五 章 說 明 之 。 本 研 究 以 系 統 動 力 模 式 建 立 各 水 資 源 系 統 之 供 水 模 式 為 例 說 明 之 ， 下 面 以 新 店 溪 之 水 資 源 系 統 之 供 水 系 統 為 例 ， 說 明 應 用 統 動 力 模 式 建 構 其 模 式 。
水 資 源 系 統
新 店 溪 和 大 漢 溪 流 域 包 含 了 上 游 之 大 型 水 庫、中 下 游 之 取 水 工 構 造 物 和 負 責 處 理 原 水 以 供 應 給 下 游 用 水 需 求 之 淨 水 廠 設 備 ， 構 成 一 完 整 之 新 店 溪 與 大 漢 溪 水 資 源 系 統 ， 該 系 統 圖 可 表 現 如 圖 6.1 所 示 ， 其 中 虛 線 部 分 為 規 劃 中 之 設 施 。
圖 6.1、 新 店 溪 與 大 漢 溪 水 資 源 系 統 示 意 圖
桃園大圳 石門大圳
板新淨水廠 新店溪引水計畫
公館淨水廠 長興淨水廠 直潭淨水廠 南勢溪 北勢溪
淡水河 基隆河
新店溪
三峽河
大漢溪
台北用水區 板新、石門用水區 翡翠水庫
直潭壩
石門水庫
青潭堰 鳶山堰
三峽堰
坪林水庫
新 店 溪 供 水 系 統 動 力 模 式
新 店 溪 水 資 源 系 統 動 力 模 式 包 含 有 北 勢 溪 上 游 之 翡 翠 水 庫 ， 翡 翠 水 庫 下 游 之 取 水 工 直 潭 壩 、 青 潭 堰 以 及 負 責 供 應 台 北 地 區 自 來 水 用 水 需 求 及 不 定 期 支 援 台 北 縣 不 足 自 來 水 量 之 直 潭 、 長 興 、 公 館 三 座 主 要 淨 水 廠 。 原 水 供 應 方 式 以 南 勢 溪 天 然 流 量 為 主 ， 當 南 勢 溪 水 量 不 足 時 ， 則 由 翡 翠 水 庫 放 水 補 足 ， 但 受 其 放 水 規 則 之 限 制 ， 並 同 時 考 量 新 店 溪 下 游 之 生 態 用 水 保 留 量 ， 直 潭 、 長 興 、 公 館 三 座 淨 水 廠 實 際 所 需 處 理 水 量 ， 則 依 照 用 水 區 總 需 水 量 扣 除 高 地 供 水 量 後，並 按 各 淨 水 廠 設 備 設 計 容 量 所 佔 比 例 分 配，圖 6.2 為 翡 翠 水 庫 之 操 作 規 線 ， 其 放 水 規 則 敘 述 如 下 ， 新 店 溪 系 統 動 力 模 式 則 如 下 圖 6.3 所 示 。
1. 當 水 庫 水 位 等 於 或 高 於 上 限 時 ， 發 電 廠 可 每 日 24 小 時 滿 載 發 電 ， 原 水 需 水 量 亦 可 充 分 供 給 。
2. 水 庫 水 位 在 上 限 與 下 限 之 間 時 ，放 水 主 要 在 滿 足 原 水 需 水 量 ，但 發 電 廠 亦 可 每 日 充 分 發 足 6 小 時 的 電 量 。
3. 水 庫 水 位 在 下 限 及 嚴 重 下 限 之 間 時 ，放 水 必 須 滿 足 原 水 需 水 量 ，且 發 電 廠 亦 只 能 利 用 該 放 水 量 發 電 。
4. 當 水 庫 水 位 等 於 或 低 於 嚴 重 下 限 時，放 水 以 限 制 在 原 計 畫 原 水 需 水 量 70％ 為 原 則 ， 以 避 免 在 隨 後 之 期 間 內 發 生 嚴 重 缺 水 ， 發 電 廠 亦 只 能 利 用 該 限 制 之 放 水 量 發 電 。
60 80 100 120 140 160 180
1 6 11 16 21 26 31 36 旬
上限(m) 下限(m) 嚴重下限(m)
圖 6.2 翡 翠 水 庫 操 作 規 線
FeiTsui
第七章 結論與建議
本 研 究 群 目 標 在 依 據 永 續 發 展 理 念，並 以 系 統 思 維 為 基 礎，藉 由 整 個 河 川 流 域 系 統 、 水 土 資 源 的 完 整 考 量 ， 評 估 環 境 承 載 力 、 累 積 性 衝 擊 ， 以 確 保 永 續 發 展 ， 建 立 政 策 環 境 影 響 評 估 之 標 準 流 程 ， 並 針 對 政 策 環 評 之 理 論 與 實 務 進 行 修 正 與 建 議 ， 政 策 環 境 影 響 評 估 之 主 要 宗 旨 是 希 望 在 較 高 決 策 層 級 即 分 析 決 策 與 替 代 方 案 是 否 會 影 響 永 續 發 展 。 環 境 是 否 維 持 永 續 性 ， 則 在 於 環 境 系 統 從 過 去 、 現 在 、 到 未 來 可 能 之 累 積 衝 擊 （Cumulative Impact）是 否 會 超 過 環 境 承 載 力 (Environmental Carrying Capacity)，如 果 累 積 衝 擊 不 超 過 環 境 承 載 力 ， 則 環 境 永 續 性 可 維 持 。 環 境 承 載 力 與 累 積 性 影 響 評 估 為 確 保 環 境 永 續 性 之 重 要 分 析 項 目 ， 因 此 在 政 策 環 評 中 就 必 須 將 兩 個 主 要 評 估 特 性 納 入 ， 以 建 立 一 套 能 夠 切 合 當 前 追 求 永 續 發 展 所 需 之 管 理 與 評 估 程 序 、 方 法 及 制 度 。 在 同 一 系 統 中 ， 時 間 與 空 間 中 環 境 變 動 均 會 累 積 影 響 環 境 ， 而 此 累 積 性 影 響 超 過 環 境 承 載 力 將 使 環 境 退 化 ， 而 逐 漸 失 去 永 續 性 。 在 永 續 性 環 境 管 理 上 累 積 性 影 響 之 分 析 重 點 為 ：（1） 空 間 累 積 性 影 響 ；（2） 時 間 之 累 積 性 影 響 ， 包 括 過 去 、 現 在 、 與 可 預 見 未 來 。
在 第 一 章 前 言 中 描 述 永 續 發 展 與 政 策 環 評 之 相 互 關 係，於 第 二 章 將 過 去 幾 年 本 研 究 對 於 永 續 發 展 、 永 續 發 展 指 標 、 政 策 環 評 、 承 載 力 與 累 積 性 衝 擊 定 義 加 以 簡 略 說 明 介 紹 ， 其 相 關 文 獻 已 在 過 去 報 告 中 回 顧 ， 因 此 本 報 告 並 未 再 詳 細 贅 述 。 文 中 將 本 群 體 計 畫 各 個 土 壤 、 水 質 、 水 資 源 與 景 觀 生 態 等 面 向 之 永 續 發 展 指 標 加 以 彙 整 ， 後 續 將 利 用 藉 由 系 統 動 力 模 式 與 多 目 標 規 劃 模 式 整 合 各 個 面 向，建 立 一 綜 合 指 標，用 以 評 估 集 水 區 之 永 續 發 展。
研 究 中 也 針 對 政 策 環 評 矩 陣 之 水 質 與 水 資 源 項 ， 此 兩 部 分 進 行 修 正 ，
研 究 中 也 針 對 政 策 環 評 矩 陣 之 水 質 與 水 資 源 項 ， 此 兩 部 分 進 行 修 正 ，