SWAT 模式簡介

SWAT 模式(全名為 Soil and Water Assessment Tool)為美國水土保持局 Jeff Arnold 博士開發，目的是為了預測不同土地利用與土壤等因子對於水、輸砂、

水質輸出的影響，此模式以物理為基礎結合經驗公式，並透過各種參數的輸入 計算流量、水質與輸砂等輸出量，物理過程包括水的流動、泥沙輸送、氮磷循 環的模擬為主其餘則是透過經驗方程式進行運算。

SWAT 模式為半分布式(semi-distributed)水文模式，次集水區的劃分則是透 過河流交會點來繪製，接著透過輸入土地利用、土壤與坡度等參數，定義門檻 值劃分次集水區以及每一個水文單元(Hydrological Response Unit，HRU)藉以去 模擬單元內之流量、輸砂、營養鹽等等的輸出，主要應用在非點源汙染研究與 集水區經營管理等用途，圖 3-20 為 SWAT 模式模擬流程圖，透過土地利用與 氣候等資料輸入後，即對流量成果進行檢定驗證確定水文參數的數值，用於後 續進行硝酸鹽氮模擬設定，此外日硝酸鹽氮的模擬需包含作物參數與施肥日子 的推估，因為集水區農民農地施肥並不固定，透過大約之施肥量與農民施肥日 之參考，設定肥料之施放日期與施放方式，利用 SWAT-CUP 進行與氮相關參數 與肥料之檢定驗證，以下將針對各項目模擬方法進行簡介。

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圖 3- 20 SWAT 模式模擬流程圖

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1.地表逕流模擬

地表逕流模擬為水文研究重要的一環，是流量與非點源汙染模擬研究的基 礎。SWAT 模式模擬地表逕流以 SCS Curve Number 法進行估算，該方程式最早 也是由美國開發並應用在小型的鄉村集水區，藉由雨水與逕流之關係建立而 成，估算土地利用與土壤條件產生的地表逕流量(Rallison et al., 1982)。

SCS curve number 公式為:

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上圖中，𝐷_{𝑝𝑒𝑟𝑚}為表層可透水之土壤深度，𝐿_{ℎ𝑖𝑙𝑙}為坡長，𝑎_{ℎ𝑖𝑙𝑙}為斜坡的坡度，

在 Kinematic wave 概念上，將側向流與飽和地表下逕流歸類為一起，假定水流 位於飽和區與不滲透層之間，沿著邊坡底岩平行流動，在邊坡的飽和水量計算

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葉含氮量則是採用 Jourbitzky et al. (1966)採用茶樹頂端嫩芽進行樣本化驗分析，

氮濃度含量約 4.7%進行設定。

(1) 思源橋集水區

思源橋集水區收穫次數設定為五次，收穫日期如表 3-1 至表 3-3 所示，

收穫效度為每次收穫時，大約收成了多少比例的茶葉，剩餘的部分可能為葉 片長不好或其他因素而不計入收穫量中，下一次茶葉收穫比例為每一次收穫 都會收取固定比例地產量，茶樹通常只收取頂端嫩芽，因此這裡設定為 0.1，春茶與冬茶因為價格好，農民希望採收量較多，因此在春茶與冬茶的 設定上設為 0.2，茶樹生長目標為作物在該季生長預達成之目標，配合農夫 收成量以春茶最多的狀況，將春茶生長目標調整為較高，冬茶則因為產量較 少，因而提高該生長目標，達到農民收穫的預計數量。

表 3- 1 思源橋集水區 2012 年茶樹收穫設定表

表 3- 2 思源橋集水區 2013 年茶樹收穫設定表

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表 3- 3 思源橋集水區 2014 年茶樹收穫設定表

(2) 坪林拱橋集水區

坪林拱橋集水區收穫次數設定為五次，收穫日期如表 3-4 至表 3-6 所示，

設定狀況均與思源橋集水區類似，日期與收穫效度有些微不同，但大致符合真 實茶葉收穫區間。

表 3- 4 坪林拱橋集水區 2012 年茶樹收穫設定表

表 3- 5 坪林拱橋集水區 2013 年茶樹收穫設定表

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表 3- 6 坪林拱橋集水區 2014 年茶樹收穫設定表

(3) 大林橋集水區

大林橋集水區收穫次數為五次，與思源橋集水區和坪林拱橋集水區設定方 式相同，除了大林橋集水區收獲效度普遍較高，其餘皆與上述集水區相同。

表 3- 7 大林橋集水區 2012 年茶樹收穫設定表

表 3- 8 大林橋集水區 2013 年茶樹收穫設定表

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表 3- 9 大林橋集水區 2014 年茶樹收穫設定表

(4) 金瓜寮溪橋集水區

金瓜寮集水區收穫次數共五次，2012 年至 2014 年收穫設定表如表 3-11 至 表 3-13，其收穫設定與前述相同，只有在收穫效度上有些改變，主要以冬茶收 穫效度最高，夏茶因為販售價格較差，收穫效度參數給予最低數值。

表 3- 10 金瓜寮溪橋集水區 2012 年茶樹收穫設定表

表 3- 11 金瓜寮溪橋集水區 2013 年茶樹收穫設定表

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表 3- 12 金瓜寮溪橋集水區 2014 年茶樹收穫設定表