行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
子計畫二：環境承載力、總量管制與政策環評之研究─水資
源面向 (III)
計畫類別： 整合型計畫 計畫編號： NSC92-2621-Z-002-002- 執行期間： 92 年 08 月 01 日至 93 年 07 月 31 日 執行單位： 國立臺灣大學生物環境系統工程學系暨研究所 計畫主持人： 童慶斌 共同主持人： 廖朝軒，李漢鏗 計畫參與人員： 陳韻如、陳思瑋、楊奕岑 報告類型： 完整報告 處理方式： 本計畫可公開查詢中 華 民 國 93 年 11 月 4 日
行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
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※環境承載力、總量管制與政策環評之研究
─水資源面向 (III)
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※Study of Environmental Carrying Capacity, Total Mass Control,
※ ※Strategic Environmental Assessment - Water Resources
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計畫類別：□個別型計畫■整合型計畫
計畫編號：NSC92-2621-Z-002-002
執行期限：92 年 8 月 1 日至 93 年 7 月 31 日
整合型計畫：總計畫主持人：廖述良
子計畫主持人：童慶斌
處理方式： ■可立即對外提供參考
□一年後可對外提供參考
□兩年後可對外提供參考
執行單位：國立台灣大學生物環境系統工程學系
中華民國
93 年 7 月 31 日
中文摘要
本 報 告 書 建 立 水 質 與 水 量 之 總 量 管 制 之 方 式 ， 為 在 考 量 累 積 性 衝 擊 之 影 響 下 ， 建 立 合 理 分 配 總 量 （ 承 載 力 ） 之 管 制 方 法 ， 最 後 並 將 此 方 法 應 用 於 新 竹 縣 市 的 頭 前 溪 流 域 作 為 研 究 案 例 說 明 。 在 水 量 部 分 則 是 建 議 以 系 統 動 力 模 式 作 為 主 要 分 析 的 模 式 ， 以 評 估 水 資 源 的 供 需 情 況 ， 並 藉 由 缺 水 指 標 作 為 承 載 力 推 估 之 依 據 ， 其 中 公 共 用 水 則 是 以 年 缺 水 指 標（SI）為 1， 而 農 業 用 水 則 是 以 另 一 缺 水 指 標 （ASI） 為 0.8， 作 為 推 估 最 大 可 供 水 量 之 依 據 ， 水 量 之 累 積 性 衝 擊 則 是 評 估 不 同 產 業 的 用 水 需 求 量 。 本 研 究 目 前 只 分 析 水 資 源 供 應 總 量 與 可 能 需 求 關 係 ， 未 來 可 藉 由 優 化 模 式 的 權 重 評 估 不 同 產 業 可 供 水 量 之 分 配 。 於 水 質 總 量 管 制 評 估 ， 則 是 依 據 公 告 水 質 標 準 ， 藉 由 模 式 評 估 考 量 累 積 性 衝 擊 之 影 響 ， 進 而 結 合 多 目 標 優 化 模 式 推 得 最 佳 之 污 染 分 配 量 。 本 研 究 建 議 將 各 項 環 境 資 源 負 荷 建 立 於 單 位 面 積 上 ， 以 利 於 後 續 環 境 管 理 。 且 由 政 策 環 評 評 估 各 區 域 的 單 位 面 積 負 荷 ， 作 為 計 畫 環 評 之 審 查 依 據，並 將 SEA 與 EIA 加 以 結 合 應 用，使 環 境 管 理 能 上 下 一 致， 減 少 計 畫 環 評 相 同 程 序 的 重 複 審 查 。 研 究 中 依 據 總 量 管 制 之 分 析 ， 建 立 政 策 環 評 之 評 估 流 程 ， 並 根 據 現 有 的 政 策 環 評 矩 陣 ， 建 議 修 正 以 環 境 承 載 力 與 累 積 性 衝 擊 影 響 因 子 作 為 評 估 項 目 。Abstract
The major task of this report is to establish the method of the total mass control of water quality and quantity. The total mass control method is to allocate the total mass (carrying capacity) based on considering the cumulative impact. The Tochen creek watershed is used as a case study.
In the aspect of the water quantity, a system dynamic model is developed to assess the capacity of water supply. Shortage Index (SI) with the value of 1 and agricultural shortage index (ASI) with the value of 0.8 are used as standards to determine the capacity of water supply for public and agriculture, respectively. Then, cumulated water demands are estimated from different users to test whether water supply is sufficient. This study currently only evaluates the relationships between potential water supply and possible water demand. In future, an optimization model will be developed to determine the best allocation of water supply. In the aspect of the water quality, the cumulative impact and optimal allocation of allowable pollutant discharges are included in developing total mass control method. The cumulative impact is simulated by QUAL2e model and the optimal allocation of allowable pollutant discharges is determined by a multiobjective optimal model.
This research suggests that environmental resources and assimilation capacity can be allocated to land and expressed as unit area load for future environmental management. Besides, strategic environmental assessment (SEA) is applied to evaluate the impacts of police, program, or plan on unit area load, while project environmental impact assessment (EIA) is applied to assess whether a developing project violates the standard of unit area load. Thus, SEA and EIA are linked together by using unit area load. The study also analyzes the process of SEA and modifies the evaluation matrix of SEA by considering factors to influence carrying capacity and cumulative impacts.
環境永續性評估、管理程序與方法之建立
─子計畫二
環境承載力、總量管制與政策環評之研究
─水資源面向 (III)
目錄
1. 前 言 ... 1 2. 文 獻 回 顧 ... 4 2.1 政 策 環 評 ... 4 2.2 水 資 源 ... 7 2.3 點 源 與 非 點 源 污 染 ... 8 2.4 總 量 管 制 、 承 載 力 與 累 積 性 衝 擊 ... 10 3. 水 量 總 量 管 制 ... 16 3.1 水 資 源 環 境 承 載 力 與 累 積 性 衝 擊 ... 16 3.2 水 資 源 系 統 與 系 統 動 力 模 式 ... 20 3.3 水 量 總 量 分 配 之 規 劃 模 式 ... 21 3.4 水 量 總 量 管 制 策 略 ... 24 3.5 雨 水 貯 集 系 統 ... 27 4. 水 質 總 量 管 制 評 估 ... 29 4.1 水 質 承 載 力 與 累 積 性 衝 擊 ... 29 4.2 水 質 模 式 ... 38 4.3 水 質 多 目 標 規 劃 ... 42 4.4 水 質 總 量 管 制 策 略 ... 47 5. 政 策 環 境 影 響 評 估 ... 50 5.1 建 立 政 策 環 境 影 響 評 估 之 標 準 流 程 ... 50 5.2 政 策 環 評 矩 陣 表 修 正 ... 55 5.3 整 合 其 他 面 向 之 承 載 力 ... 61 6. 案 例 說 明 ... 63 6.1 水 量 承 載 力 、 累 積 性 衝 擊 總 量 管 制 策 略 ... 63 6.1.1 流 域 簡 介 ... 63 6.1.2 缺 水 指 數 (SI)與 農 業 可 供 水 指 標 (ASI) ... 646.1.3 水 資 源 系 統 單 元 ... 66 6.1.4 參 數 設 定 與 模 式 驗 證 ... 70 6.1.5 最 大 可 供 水 量 與 環 境 承 載 力 分 析 ... 72 6.1.6 後 續 研 究 ... 77 6.2 水 質 承 載 力 、 累 積 性 衝 擊 總 量 管 制 策 略 ... 77 6.2.1BOD 之 單 位 面 積 污 染 負 荷 ... 78 6.2.2 氨 氮 單 位 面 積 污 染 負 荷 ... 84 6.2.3 總 磷 之 單 位 面 積 污 染 負 荷 ... 90 6.2.4 水 質 參 數 優 選 與 流 達 率 之 評 估 ... 96 7. 結 果 與 討 論 ... 104 8. 文 獻 回 顧 ... 109
圖目錄
圖 2.4.1 開 發 案 在 時 間 與 空 間 上 累 積 性 衝 擊 示 意 圖 ... 14 圖 2.4.2 過 去 、 現 在 及 未 來 所 造 成 之 累 積 性 衝 擊 ... 15 圖 4.1.1 BOD 承 載 力 評 估 步 驟 ... 30 圖 4.1.2 氨 氮 總 量 推 估 程 序 ... 36 圖 4.1.3 水 庫 總 磷 承 載 力 評 估 流 程 ... 37 圖 5.1.1 SEA 與 EIA 之 關 係 ... 55 圖 6.1.1. 頭 前 溪 流 域 範 圍 圖 ... 64 圖 6.1.2. 頭 前 溪 水 資 源 系 統 圖 ... 69 圖 6.1.3. 頭 前 溪 流 域 系 統 動 力 模 式 圖 ... 70 圖 6.1.4. 經 國 橋 測 站 1993∼ 2002 旬 平 均 流 量 模 擬 結 果 ... 72 圖 6.1.5. 經 國 橋 測 站 1993∼ 2002 各 旬 流 量 模 擬 結 果 ... 72 圖 6.2.1.1 頭 前 溪 集 污 分 區 ... 78 圖 6.2.2.1 頭 前 溪 流 域 小 集 水 區 分 區 ... 85 圖 6.2.2.3 頭 前 溪 流 量 站 之 超 越 機 率 圖 ... 86 圖 6.2.3.1 寶 山 水 庫 水 位 － 面 積 － 容 量 曲 線 表 ... 91 圖 6.2.3.2 寶 山 水 庫 歷 年 之 水 質 變 化 ... 93 圖 6.2.4.1 模 擬 退 火 法 之 退 火 過 程 示 意 圖 ... 97 圖 6.2.4.2 模 擬 退 火 演 算 法 之 求 解 流 程 圖 ... 98 圖 6.2.4.3 簡 歷 河 川 之 分 段 示 意 圖 ... 99 圖 6.2.4.4 迭 代 次 數 與 目 前 最 佳 解 之 關 係 圖 ... 101 圖 6.2.4.5 DO 實 測 值 與 模 擬 值 比 較 圖 ... 102 圖 6.2.4.6 BOD 實 測 值 與 模 擬 值 比 較 圖 ... 102 圖 6.2.4.7 不 同 流 達 率 對 水 質 之 影 響 -油 羅 溪 與 頭 前 溪 ... 103 圖 6.2.4.8 不 同 流 達 率 對 水 質 之 影 響 -上 坪 溪 ... 104 圖 6.2.4.9 變 動 流 達 率 對 BOD 濃 度 之 影 響 ... 105表目錄
表 2.1.1 各 國 在 SEA 上 之 研 究 ... 6 表 2.3.1 氮 與 磷 總 量 管 制 相 關 研 究 ... 9 表 4.1.1 QUAL2E 參 數 建 議 值 ... 32 表 4.1.2 各 項 計 畫 對 各 河 段 所 造 成 衝 擊 之 反 應 矩 陣 ... 33 表 5.2.1 政 策 環 評 之 項 目 與 內 容 ... 56 表 5.2.1 政 策 環 境 影 響 定 性 評 估 列 舉 修 正 項 目 建 議 ... 60 表 6.1.1. 新 竹 地 區 民 生 工 業 淨 水 廠 出 水 能 力 ... 67 表 6.1.2. 作 物 生 長 期 劃 分 (連 宛 渝 ， 2000, 本 研 究 整 理 ) ... 73 表 6.1.3. 一 期 作 與 二 期 作 之 生 長 期 旬 別 ... 73 表 6.1.4. 公 共 用 水 最 大 可 供 水 量 變 化 表 ... 75 表 6.1.5. 農 業 用 水 最 大 可 供 水 量 變 化 ... 76 表 6.1.6. 頭 前 溪 流 域 水 資 源 環 境 承 載 力 分 析 ... 76 表 6.2.1.1 頭 前 溪 流 域 集 污 區 名 稱 及 代 號 ... 78 表 6.2.1.2 頭 前 溪 各 集 污 區 各 類 污 染 之 BOD 污 染 量 ... 79 表 6.2.1.3 頭 前 溪 各 河 段 之 水 質 參 數 率 定 表 ... 79 表 6.2.1.4 頭 前 溪 流 域 不 同 水 體 分 類 各 集 污 區 之 涵 容 能 力 ... 82 表 6.2.1.5 頭 前 溪 流 域 不 同 方 案 各 集 污 區 允 許 之 單 位 面 積 污 染 負 荷 83 表 6.2.2.1 頭 前 溪 各 子 集 水 區 之 土 地 利 用 面 積 （ km2） ... 85 表 6.2.2.2 頭 前 溪 各 子 集 水 區 之 土 壤 特 性 所 佔 面 積 ... 86 表 6.2.2.3 頭 前 溪 各 子 集 水 區 不 同 風 險 下 氨 氮 產 生 量 ... 87 表 6.2.2.4 頭 前 溪 各 河 段 之 水 質 參 數 率 定 表 ... 88 表 6.2.2.5 頭 前 溪 各 分 區 不 同 風 險 下 允 許 排 入 之 點 源 氨 氮 污 染 量 .... 90 表 6.2.2.6 頭 前 溪 各 子 集 水 區 不 同 風 險 下 氨 氮 之 單 位 面 積 污 染 負 荷 . 90 表 6.2.3.1 寶 山 水 庫 歷 年 平 均 水 位 、 水 庫 體 積 與 水 庫 面 積 ... 91 表 6.2.3.2 寶 山 水 庫 歷 年 水 質 之 氮 磷 比 ... 92 表 6.2.3.3 寶 山 水 庫 歷 年 平 均 之 TSI 指 標 值 ... 93 表 6.2.3.4 不 同 風 險 下 上 游 排 入 之 污 染 量 ... 94 表 6.2.3.5 不 同 風 險 下 允 許 排 入 之 單 位 面 積 總 磷 量 ... 95表 6.2.4.1 河 段 1 與 河 段 3 之 源 頭 設 定 資 料 表 ： ... 99
表 6.2.4.2 優 選 參 數 之 範 圍 與 表 示 型 態 設 定 ... 99
表 6.2.4.3 各 區 參 數 之 假 設 值 ... 100
第一章
前言
永 續 發 展 為 人 類 本 世 紀 重 要 目 標 。 在 上 一 世 紀 ， 人 類 由 於 科 學 技 術 快 速 進 步 ， 促 使 經 濟 社 會 也 有 長 足 的 發 展 。 發 展 過 程 中 不 免 自 環 境 萃 取 資 源 與 排 放 污 染 ， 人 類 在 享 受 快 速 發 展 帶 來 之 榮 景 同 時 ， 由 於 無 限 制 萃 取 資 源 與 排 放 污 染 ， 也 一 步 一 步 導 致 環 境 退 化 與 生 態 系 統 摧 毀 ， 生 態 環 境 開 始 反 撲 ， 而 衝 擊 經 濟 社 會 發 展 。 永 續 發 展 為 具 有 系 統 性 之 規 劃 管 理 課 題 ， 因 此 ， 以 系 統 分 析 角 度 來 看 ， 永 續 發 展 是 以 自 然 生 態 環 境 系 統 之 承 載 力 （ 涵 容 能 力 ） 為 主 要 限 制 條 件 ， 進 行 規 劃 經 濟 社 會 發 展 ， 以 期 達 到 持 續 改 善 人 類 生 活 品 質 、 維 持 公 平 正 義 原 則 的 整 體 發 展 目 標 。 環 境 支 持 生 態 族 群 之 發 展 是 有 其 限 度 ， 其 資 源 可 提 供 一 定 族 群 數 量 之 所 需，其 污 染 涵 容 能 力 可 承 受 一 定 污 染 排 放 。 初 期 因 為 環 境 資 源 豐 富 ， 可 無 限 制 提 供 族 群 快 速 成 長 之 所 需 ， 但 隨 著 數 量 增 加 ， 資 源 消 耗 漸 形 快 速 而 超 過 自 然 回 復 能 力 ， 同 時 快 速 發 展 亦 伴 隨 增 加 之 污 染 排 放 而 超 過 環 境 自 淨 之 承 受 能 力，因 此 對 環 境 帶 來 變 遷 與 退 化 之 壓 力 。Meadows et al. (1972) 在 「 The Limits to Growth」 研 究 成 果 敲 響 了 人 類 的 警 鐘，文 中 描 述 無 限 制 成 長 終 將 達 到 環 境 能 支 援 發 展 之 極 限 ， 而 失 去 永 續 發 展 之 能 力 ， 終 究 導 致 系 統 崩 潰 。 永 續 發 展 管 理 首 要 工 作 是 願 景 規 劃 ， 願 景 會 決 定 環 境 承 載 力 ， 進 而 限 制 經 濟 社 會 發 展 。 如 未 來 溪 流 環 境 願 景 為 流 過 城 市 水 流 仍 然 清 澈 見 底 、 魚 蝦 成 群 的 親 水 環 境 ， 則 相 對 水 質 要 求 將 相 當 高 ， 因 此 流 域 染 排 放 限 制 也 將 相 當 高 ， 則 經 濟 社 會 發 展 規 模 將 受 到 限 制 ， 或 必 須 有 有 效 率 之 污 染 減 量 、 處 理 與 管 理 措 施 ； 在 土 地 利 用 願 景 上 ， 希 望 將 來 家 家 戶 戶 之 戶 外 如 花 園 ， 則 土 地 開 發 密 度 與 建 築 高 度 就 必 須 加 以 限 制 。 訂 定 願 景 後 ， 必 須 有 對 應 之 管 制 手 段 ， 以 確 保 發 展 往 永 續 發 展 目 標 前 進 ， 主 要 手 段 即 為 政 策 環 境 影 響 評 估 （Strategic Environmental Assessment, SEA） 與 個 別 計 畫 環 境 影 響 評 估(Project Environmental Impact Assessment, EIA)。SEA 主 管 高 層 決 策 系 統 性 影 響 評 估，而 EIA 則 主 管 執 行 計 畫 對 系 統 單 元 之 衝 擊 評 估 ， 上 下 分 工 ， 以 確 保 系 統 整 體 之 永 續 性 。雖 然 目 前 國 內 已 同 時 有 政 策 環 境 影 響 評 估 法 與 針 對 開 發 計 畫 之 環 境 影 響 評 估 法 ， 但 目 前 環 境 評 估 主 要 注 重 於 個 別 計 畫 之 環 境 影 響 評 估 (Environmental Impact Assessment, EIA 簡 稱 個 別 計 畫 環 評 )，個 別 計 畫 環 評 往 往 只 能 針 對 一 項 計 畫 獨 立 評 估 ， 忽 視 在 時 間 與 空 間 上 ， 和 這 項 計 畫 同 在 一 個 地 區 ， 過 去 、 現 在 、 且 包 括 未 來 進 行 的 其 他 計 畫 可 能 產 生 累 積 性 之 環 境 影 響（Cumulative Environmental Effects），因 此 無 法 評 估 發 展 是 否 有 超 過 環 境 承 載 力。要 藉 由 EIA 由 下 而 上 評 估 系 統 影 響 相 當 困 難 ， 如 未 來 發 展 計 畫 可 能 帶 來 之 衝 擊 難 以 或 無 法 預 測，則 在 時 間 軸 上 整 體 累 積 衝 擊 無 法 評 估，且 在 目 前 評 估 計 畫 之 時 間 點 上 亦 難 評 估 要 預 留 多 少 承 載 力 給 後 代 子 孫 之 未 來 發 展。為 達 到 可 持 續 發 展 則 各 項 發 展 不 可 超 過 環 境 承 載 力 ， 要 確 保 發 展 不 超 過 環 境 承 載 力 ， 則 必 須 由 上 而 下 透 過 總 量 管 制 方 法 ， 以 合 理 分 配 與 使 用 環 境 承 載 力 ； 然 要 有 效 進 行 環 境 管 理 ， 則 自 高 階 決 策 過 程 即 需 進 行 環 境 影 響 評 估 ， 因 此 ， 必 須 將 環 境 承 載 力 與 總 量 管 制 方 法 與 精 神 整 合 於 政 策 環 境 影 響 評 估 （Strategic Environmental Assessment, SEA 簡 稱 政 策 環 評 ） 中 。 總 量 管 制 是 藉 由 考 量 累 積 性 衝 擊 ， 建 立 合 理 分 配 承 載 力 之 管 制 手 段 。 目 的 在 確 保 環 境 資 源 的 開 發 利 用 所 帶 來 的 累 積 衝 擊 ， 能 在 其 環 境 可 容 受 的 範 圍 內 進 行 之，期 能 降 低 不 當 之 開 發 行 為 所 導 致 之 環 境 問 題 與 災 害 ， 並 維 持 社 會 正 義 與 世 代 公 平 原 則 。 永 續 發 展 為 可 持 續 滿 足 現 在 與 下 一 代 之 需 求，確 保 資 源 永 續 利 用 與 避 免 對 環 境 的 破 壞 超 過 環 境 可 自 行 修 復 能 力 ， 以 有 效 的 控 制 環 境 品 質 的 水 準 。 環 境 承 載 力 為 自 然 環 境 不 發 生 退 化 前 提 下 所 能 提 供 生 態 系 統 之 能 力。Barbier (1989)由 承 載 力 觀 念 探 討 永 續 性(Sustainability)， 其 述 及 資 源 使 用 及 環 境 污 染 將 影 響 永 續 性 ， 有 限 資 源 及 環 境 可 承 受 污 染 將 決 定 發 展 之 承 載 力 (Carrying Capacity)， 若 超 過 承 載 力 則 將 失 去 永 續 性 。 因 此 在 考 量 環 境 的 承 載 力 之 下 ， 進 行 合 理 的 開 發 ， 以 維 護 人 類 生 存 的 環 境 品 質 ； 而 對 於 自 然 資 源 的 利 用 ， 應 衡 量 其 供 給 能 力 ， 以 期 自 然 資 源 的 永 續 利 用 ， 是 一 相 當 重 要 的 環 境 議 題 。 要 確 保 永 續 性 不 退 化 則 必 須 採 取 主 動 式 將 承 載 力 依 累 積 特 性 於 以 分 配 ， 再 依 分 配 量 探 討 削 減 或 管 制 新 開 發 案 ， 而 非 被 動 發 生 污 染 後 再 予
以 消 減 至 承 載 力 。 此 外 ， 過 去 個 別 計 畫 環 評 （EIA） 往 往 耗 費 開 發 者 相 當 多 之 成 本 ， 雖 有 相 關 評 估 技 術 ， 然 難 以 系 統 性 之 整 體 考 量 ， 本 研 究 希 望 由 承 載 力 評 估 、 總 量 管 制 與 政 策 環 評 方 法 之 建 立 ， 以 簡 化 個 別 計 畫 環 評 之 分 析 程 序 ， 並 可 確 保 環 境 整 體 承 載 力 不 被 超 用 。 研 究 中 分 別 評 估 水 質 與 水 量 之 承 載 力 與 累 積 性 衝 擊 ， 水 質 總 量 管 制 部 分 ， 本 研 究 分 析 河 川 受 到 點 源 污 染 對 BOD 的 累 積 影 響 與 污 染 最 佳 分 配 ， 與 非 點 源 污 染 中 氮 與 磷 對 水 庫 的 累 積 影 響 及 水 庫 對 非 點 源 污 染 之 涵 容 能 力 。 就 水 量 方 面 ， 水 量 之 總 量 管 制 以 供 給 為 限 制 ， 累 積 影 響 則 是 不 同 產 業 的 累 積 需 水 量 ， 可 供 的 水 量 便 是 水 資 源 的 環 境 承 載 力。並 藉 由 建 立 優 化 模 式 將 總 量 最 佳 分 配 以 作 為 未 來 EIA 之 評 估 依 據 。 本 研 究 群 目 標 在 建 立 環 境 承 載 力 模 式 與 總 量 管 制 策 略，本 研 究 現 階 段 是 以 流 域 為 分 析 之 空 間 尺 度 。 配 合 總 計 畫 目 標 ， 此 子 計 畫 研 究 重 點 工 作 包 括 建 立 水 質 與 水 量 承 載 力 模 式 ， 以 評 估 環 境 承 載 力 ， 並 建 立 累 積 性 衝 擊 之 評 估 方 法 ， 做 為 環 境 影 響 評 估 之 依 據 ， 及 環 境 管 理 決 策 支 援 。 本 報 告 書 於 第 二 章 回 顧 過 去 國 內 外 相 關 的 研 究 ， 作 為 本 研 究 之 基 礎 ， 於 第 三 章 說 明 水 量 總 量 管 制 累 積 性 衝 擊 評 估 等 之 方 法 建 立 ， 第 四 章 則 是 說 明 水 質 總 量 管 制 評 估 方 法，包 含 評 估 BOD、氨 氮 與 總 磷 等 水 質 項 目 ， 第 五 章 則 是 介 紹 政 策 環 評 之 評 估 程 序 與 環 評 矩 陣 表 之 修 正 建 議 ， 第 六 章 則 是 將 前 述 建 立 之 水 質 與 水 量 總 量 管 制 之 方 法 應 用 於 新 竹 地 區 之 頭 前 溪 流 域 ， 於 最 後 一 章 將 本 研 究 相 關 結 論 進 行 討 論 說 明 。
第二章
文獻回顧
本 章 節 主 要 回 顧 過 去 國 內 外 政 策 環 評 的 界 定 與 評 估 流 程，並 介 紹 過 去 相 關 水 資 源 系 統 評 估 方 式 ， 以 及 點 源 污 染 與 非 點 源 污 染 之 特 性 ， 並 列 出 過 去 曾 做 過 相 關 的 氮 與 磷 的 總 量 之 評 估 方 式。於 最 後 一 節 說 明 總 量 管 制 、 承 載 力 與 累 積 性 衝 擊 之 定 義 ， 與 過 去 過 內 外 評 估 方 式 ， 藉 由 過 去 的 文 獻 作 為 本 研 究 方 法 建 立 之 參 考 。 2.1 政 策 環 評政 策 環 境 影 響 評 估(Strategic environmental assessment, SEA)， 能 扮 演 將 環 境 考 量 融 入 政 策 、 計 畫 及 方 案 制 定 過 程 中 ， 可 協 助 永 續 發 展 的 推 動(Sadler and Verheem, 1996)。 SEA 對 於 開 發 行 為 具 有 補 充 、 互 補 ， 並 促 使 導 向 永 續 發 展 的 作 用(Therivel and Partidario, 1996)， 也 可 協 助 研 提 累 積 性 及 非 直 接 影 響 的 減 輕 對 策 ， 及 選 擇 與 界 定 各 種 替 代 方 案 。
政 策 環 境 影 響 評 估 針 對 政 策 與 方 案(Policies, Plan & Program, PPPs) 對 環 境 影 響 進 行 評 估 ， 除 了 評 估 原 提 出 政 策 外 ， 亦 分 析 替 代 方 案 。PPPs 是 具 有 層 序 性 ， 政 策 是 行 為 最 終 的 依 循 準 則 ； 方 案 是 執 行 政 策 的 短 程 目 標 和 行 動 ； 而 計 畫 是 一 特 定 領 域 上 的 各 種 開 發 行 為 （Wood,1991） 。 在 歐 洲 已 有 越 來 越 多 政 策 環 評 （SEA） 之 經 驗 可 供 參 考 ， 為 有 效 建 立 與 應 用 政 策 環 評，不 同 制 度 與 案 例 之 分 析 是 重 要 工 作。European Commission 支 助 計 畫 進 行 歐 盟 國 家 SEA 之 比 較 ， 主 要 分 析 目 的 在 導 引 未 來 SEA 與 指 導 資 料 之 編 撰 透 過 資 訊 交 流 與 整 理 加 強 國 家 系 統 並 改 善 SEA 之 品 質 政 策 環 評 主 要 兩 種 不 同 的 影 響 國 家 級 的 決 策 過 程 的 機 制 種 類。對 於 某 些 國 家 而 言 ， 政 策 環 評(SEA)是 將 現 有 的 環 境 影 響 評 估 (EIA)， 提 升 至 更 高 的 國 家 決 策 階 級 ， 如 果 該 國 沒 有 環 境 影 響 評 估 系 統 ， 那 政 策 環 評 將 是 涵 蓋 所 有 發 展 計 畫 的 環 境 影 響 評 估 系 統 ， 簡 單 的 說 ， 就 是 政 策 環 評 其
實 是 高 階 層 與 涵 蓋 範 圍 廣 泛 的 的 環 境 影 響 評 估。另 外 一 種 為 計 畫 導 向 的 環 境 影 響 評 估(EIA)，這 類 環 評 多 半 為 計 畫 級 階 層，一 般 而 言 多 半 分 開 獨 立 執 行 。 到 目 前 為 止 沒 有 特 別 有 效 的 證 據 證 明 哪 一 種 比 較 有 效 率 。 不 同 形 式 之 SEA 細 部 特 性 可 能 截 然 不 同 ， 但 如 果 詳 加 剖 析 環 評 法 制 體 系 組 成 程 序 單 元 ， 可 以 推 論 ： 理 想 的 SEA 制 度 也 應 涵 括「 篩 選 」、 「 範 疇 界 定 」 、 「 預 測 」 、 「 諮 商 」 、 「 公 眾 參 與 」 、 「 減 輕 影 響 及 監 測 」等 作 業 程 序（UN Economic Commission for Europe, 1992）。 對 於 評 定 或 界 定 不 同 「 替 代 方 案 」 及 「 影 響 之 顯 著 性 」 ， 可 能 不 同 於 個 案 EIA 僅 固 定 在 某 些 行 動 層 次，SEA 可 在 不 同 之 政 府 部 門 層 級 間 或 規 劃 行 動 層 級 間 進 行 評 估 。 SEA 為 EIA 之 上 位 評 估 工 作，其 除 了 確 保 政 策 不 影 響 永 續 力 外，亦 可 簡 化 EIA 工 作。達 成 上 述 目 標 工 作 包 括 推 理 機 與 模 式 庫、及 資 料 庫 與 知 識 庫 之 建 立。SEA 評 估 流 程 第 一 步 驟 在 判 別 那 些 政 策 需 要 逕 行 那 些 項 目 環 境 影 響 評 估 ， 可 由 推 理 機 結 合 評 量 矩 陣 判 斷 ； 第 二 步 驟 提 出 可 能 之 後 續 計 畫 ； 第 三 步 驟 根 據 選 定 項 目 針 對 個 別 計 畫 進 行 預 測 性 評 估 ； 第 四 步 驟 為 建 議 替 代 方 案 與 建 立 個 別 EIA 之 限 制 條 件 。 下 表 為 各 國 SEA 之 方 法 。 根 據 表 2.1.1 目 前 世 界 各 國 有 提 出 SEA 之 架 構 與 方 法 來 看 ， 仍 有 許 多 國 家 並 無 標 準 方 法 ， 有 採 用 之 方 法 中 除 了 美 國 與 紐 西 蘭 採 用 計 畫 EIA 方 法 外 ， 大 部 分 利 用 專 家 建 立 Checklist or Check matrices。 然 Checklist or Check matrices 為 定 性 評 估 ， 其 評 估 結 果 無 法 為 後 續 EIA 之 依 據 。
實 施 SEA 可 能 遭 遇 之 問 題 ， 首 先 在 技 術 層 面 上 ， 由 於 政 策 或 策 略 之 未 來 走 向 存 有 發 展 空 間 ， 且 涉 及 之 課 題 層 面 複 雜 ， 在 性 質 、 程 度 、 區 位 上 可 作 為 背 景 之 資 訊 或 預 測 之 參 數 數 據 可 能 嚴 重 不 足，並 且 成 功 之 案 例 或 經 驗 模 式 也 甚 稀 少 。 其 次 另 一 層 面 ， 由 於 政 策 或 策 略 決 定 過 程 中 所 具 有 之 動 態 特 性 ， 時 空 不 易 設 定 、 範 疇 不 易 界 定 、 政 策 間 之 相 互 影 響 不 易 詮 釋 ， 民 眾 參 與 更 將 使 決 策 分 散 化 與 多 元 化 等 問 題 ， 也 為 研 擬 制 度 時 需 面 對 之 課 題 增 添 許 多 變 數 ， 且 中 外 皆 然 （ 環 保 署 ，1995） 。
表 2.1.1 各 國 在 SEA 上 之 研 究
Application Procedure Methodology Canada (federal) Policies and
Programs
Discretionary No guide USA (federal) Programs
Plans PEIS Project EIA Netherlands Programs
Plans Policies
EIA Project EIA
Other gov’t Proposals E-TEST Checklist SD criteria Britain Programs Plans Policies Guide Checklists/Matrices Consistency analysis Economic approach Denmark Programs
Plans Planning EIA
Bills and Other gov’t Proposals SEA Checklist SD criteria Sweden Programs Plans Policies Planning EIA No guide
Germany, France Programs Plans Policies
EIA No guide
New Zealand Programs Plans Policies RMA No guide Australia Programs Plans Policies EIA No guide
Adapted from Partidario (1995)
E-TEST: Environmental test; RMA: Resource Management Act; SD: Sustainable development. EIA is used in this table to be consistent with the formal terminology adopted in the country.
2.2 水 資 源 在 水 資 源 系 統 方 面 ， 水 資 源 的 問 題 通 常 屬 於 會 隨 時 間 性 變 化 的 ， 並 非 靜 態 系 統 ， 因 此 在 分 析 上 其 系 統 是 非 常 龐 大 以 及 複 雜 的 ， 系 統 動 力 學 便 是 解 決 動 態 問 題 最 佳 工 具 之 一 ， 由 於 系 統 動 力 學 架 構 簡 易 又 具 有 效 率 ， 不 需 要 很 多 複 雜 的 數 學 式 子 ， 加 上 以 圖 形 來 建 構 整 個 系 統 ， 使 得 整 個 系 統 是 非 常 一 目 了 然 。 因 此 近 幾 年 來 對 於 水 資 源 系 統 的 問 題，不 論 是 國 外 或 國 內 都 有 很 多 研 究 報 告，是 利 用 系 統 動 力 模 式 作 為 架 構，例 如 Palmer and Palmer et al. 之 河 川 流 域 管 理 計 畫(Palmer 1994; Palmer et al.1993, 1995)、 Keyes and Palmer(1993)之 乾 旱 研 究 計 畫 、 Matthias and Frederick(1994)探 討 沿 海 地 區 海 平 面 上 升 之 情 況 、Fletcher(1998) 針 對 水 資 源 缺 乏 時 之 管 理 系 統 、 Simonovic et al.(1997) and Simonovic and Fahmy(1999)在 埃 及 針 對 Nile River 作 長 時 間 水 資 源 之 規 劃 及 水 資 源 政 策 的 分 析、陳 明 業 (2002)「 淡 水 河 水 資 源 系 統 動 力 模 式 與 永 續 管 理 策 略 之 研 究 、 詹 麗 梅(2001)「 區 域 供 水 系 統 系 統 動 力 模 型 建 立 與 策 略 評 估-以 大 基 隆 供 水 區 為 例，都 採 用 系 統 動 力 模 式 來 建 構 水 資 源 系 統 ， 可 見 系 統 動 力 學 近 年 來 受 到 重 視 之 程 度 。 另 外 針 對 水 資 源 系 統 供 水 潛 能 分 析 ， 一 般 常 以 缺 水 指 數(SI)等 於 1 作 為 供 水 標 準 ， 經 濟 部 水 資 源 局(1998)委 託 中 興 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 所 作 之 「 台 灣 地 區 南 部 區 域 水 資 源 綜 合 發 展 計 畫 專 題 報 告[四 ]地 表 水 資 源 運 用 現 況 及 其 供 水 潛 能 」 即 採 用 ARSP(Acres Reservoir Simulation Package)模 式 為 水 資 源 調 配 模 式，缺 水 指 數 (SI)等 於 1 作 為 其 供 水 規 劃 準 則 ， 計 算 台 灣 南 部 地 區 水 資 源 系 統 可 供 水 量 。 經 濟 部 水 資 源 局 （1999） 亦 委 託 巨 廷 工 程 進 行 台 灣 地 區 北 部 區 域 水 資 源 綜 合 發 展 之 研 究，期 能 配 合 國 土 綜 合 開 發 計 畫 ， 合 理 調 配 運 用 水 資 源 ， 促 進 經 濟 產 業 繁 榮 發 展 ， 並 兼 顧 維 護 自 然 環 境 生 態 、 提 升 國 民 生 活 品 質 ， 並 落 實 水 資 源 永 續 利 用 政 策 。
2.3 點 源 與 非 點 源 污 染 有 關 環 境 污 染 問 題 在 水 體 方 面 通 常 分 為 點 源 污 染 和 非 點 源 污 染，點 源 污 染 主 要 包 括 城 市 生 活 廢 水 和 工 業 廢 水 污 染，通 常 有 固 定 的 排 污 口 集 中 排 放 。 非 點 源 污 染 是 相 對 點 源 污 染 而 言 ， 是 指 固 體 和 溶 解 的 污 染 物 ， 其 來 源 可 為 農 業 迴 歸 水 、 山 坡 地 開 發 、 土 地 不 當 利 用 、 都 市 公 路 之 人 類 活 動 、 空 氣 汙 染 等 ， 從 非 特 定 的 地 點 在 降 水 或 融 雪 沖 刷 作 用 下 ， 透 過 逕 流 過 程 而 流 入 所 受 納 水 體 （ 包 括 湖 泊 、 河 川 、 水 庫 和 海 灣 等 ） 並 引 起 水 體 的 優 養 化 或 其 他 不 同 形 式 的 污 染 。 農 業 非 點 源 污 染 是 一 種 間 歇 發 生 ， 隨 機 性 ， 不 確 定 性 很 高 的 複 雜 評 估 過 程 ， 估 算 其 發 生 負 荷 的 難 度 大 ， 且 由 於 非 點 源 污 染 空 間 差 異 大 ， 分 佈 範 圍 廣 ， 且 影 響 因 子 複 雜 等 ， 難 以 有 效 的 監 測 與 控 制 。 因 此 在 非 點 源 污 染 的 總 量 管 制 上 不 確 定 性 極 高 ， 此 研 究 希 望 加 入 風 險 評 估，提 供 管 理 者 有 一 明 確 的 參 考 依 據 以 管 理 水 體 的 之 水 質 。 根 據 國 內 外 許 多 相 關 報 告 顯 示 ， 河 川 總 污 染 量 的 50％ 至 70％ 的 來 自 於 非 點 源 污 染 ， 所 以 河 川 中 的 非 點 源 污 染 相 對 比 點 源 污 染 來 的 重 要 ， 且 農 業 施 肥 對 水 體 影 響 越 來 越 嚴 重，因 此 各 國 對 於 氮 與 磷 也 都 分 別 提 出 管 制 策 略 。 非 點 源 污 染 為 牽 涉 到 水 資 源 保 育 和 土 地 資 源 管 理 的 重 要 課 題 ， 長 期 以 來 對 水 資 源 的 關 切 常 著 重 在 開 發 或 利 用 上 ， 污 染 防 治 策 略 則 偏 重 點 污 染 源 的 探 討 ， 忽 略 非 點 源 污 染 的 潛 在 影 響 ， 使 許 多 水 源 保 護 和 河 川 整 治 的 工 作 遭 遇 瓶 頸。因 此 應 針 對 本 土 地 區 儘 速 了 解 非 點 源 污 染 的 特 性 ， 及 其 在 水 資 源 規 劃 管 理 中 的 重 要 性 。 電 腦 模 擬 模 式 為 估 算 非 點 源 污 染 程 度 和 界 定 污 染 可 能 來 源 的 有 利 輔 助 工 具 。 (杜 慧 莘 ， 1997) 非 點 源 汙 染 控 制 方 法 可 分 為 兩 大 類 ， 預 防 方 案 及 治 理 方 案 。 預 防 方 案 是 以 減 低 輸 入 水 體 之 外 來 污 染 源 為 主，但 是 這 些 經 由 暴 雨 產 生 的 逕 流 所 輸 送 的 分 散 性 污 染 物 ， 產 量 及 延 時 相 當 不 規 則 而 難 以 預 測 ， 所 以 非 點 源 汙 染 的 控 制 ， 最 好 在 污 染 源 就 加 以 減 少 或 消 除 ， 也 就 是 所 謂 「 源 頭 控 制 」 的 策 略 （ 高 正 忠 ，83） 。 表 2.3.1 為 過 去 相 關 研 究 中 對 氮 與 磷 之 總 量 管 制 研 究 。 本 研 究 中 分 別 將 以 GWLF 與 QUAL2e 模 式 ， 推 估 集 水 區 中 可 能 產
生 之 非 點 源 污 染 量 與 非 點 源 污 染 在 河 川 中 傳 輸 情 形。評 估 在 符 合 水 質 標 準 下 ， 各 個 子 集 水 區 所 能 分 配 到 的 污 染 產 生 量 ， 進 而 計 算 單 位 面 積 的 污 染 負 荷 ， 作 為 環 境 影 響 評 估 審 查 之 基 準 。 表 2.3.1 氮 與 磷 總 量 管 制 相 關 研 究 編號 模式名稱 模擬區域 評估項目 備註 資料來源 1 WASP5 Transquaking River (Maryland) 這個 TMDL 的目標是 希望能降低葉綠素 A 的濃度，維持DO 的濃 度在要求的標準上。 該河川因過多的營養 鹽造成水藻生長過於 茂盛，無法達到溶氧 標準。 Water quality modeling for wasteload allocations and TMDLs 2 Vellenweider 水庫 此案例是用來說明對 水 庫 造 成 影 響 的 總 磷，點源與非點源污染 分配的說明。 此案例是以假設可控 制非點源污染消減 33 ％，推估點源必須進 行的消減。 United States Environmental Protection Agency, Protocol for Developing Nutrient TMDLs,1999 3 GIS 結合簡單 的污染傳輸數 學模式 漢江中下游 農業非點源污染的氮 與磷負荷 農業的磷肥所造成的 河川水質嚴重污染。 Acta scientiae circumstantiae, Vol.22, No.4,2002. 4 WARMF 水庫 總磷的TMDL 評估火力發電計畫對 水庫總磷的影響 Environmental Science & Policy, 2000 5 AGNPS 與 Vellenweider 寶山水庫 總磷的TMDL 評估上游農業施肥對 離槽水庫優養化之衝 擊。 高 正 忠，1994，總 量 分 析 模 式 之 建 立（I），行 政 院 國 家 科 學 委 員 會 專 題 研 究 計 畫 成 果 報 告 。
6 LAQUA Bayou Boeuf
river 營養鹽之TMDL 主要是針對溶氧與營 養 鹽 的 問 題 進 行 改 善，評估在不同季節 各污染源所允許的污 染排放量 Bayou Boeuf TMDL for Dissolved oxygen and nutrients including point source wasteload allocation and watershed nonpoint source load allocations. 1999. 7 AVGWLF 集水區 總磷的TMDL 將GWLF 結合地理資 訊系統之模式
*Barry M. Evans etc., AVGWLF ueers guide,2001.
2.4 總 量 管 制 、 承 載 力 與 累 積 性 衝 擊 總 量 管 制 係 指 基 於 容 受 力 觀 念 下 ， 某 一 地 區 於 一 定 期 間 內 ， 在 不 影 響 其 環 境 與 生 活 品 質 的 情 況 下 ， 所 能 容 納 的 最 大 人 口(汙 染 )增 量 ， 並 就 此 一 人 口(汙 染 )增 量 透 過 管 理 策 略 與 開 發 許 可 ， 加 以 管 制 其 環 境 (土 地 ) 開 發 之 區 位 、 污 染 排 放 總 量 及 品 質 之 謂 。 總 量 管 制 之 目 的 在 於 導 正 過 去 可 發 展 用 地 之 計 畫 供 給 量( 排 放 汙 染 許 可 量 ) 過 大 所 形 成 之 資 源 浪 費 ( 汙 染 過 量)問 題 。 容 受 力 觀 念 之 運 用 便 是 說 明 環 境 開 發 有 其 極 限，此 一 極 限 反 映 地 區 在 不 違 反 自 然 能 力 與 實 質 條 件 下，所 能 確 保 環 境 品 質 與 環 境 保 育 免 受 破 壞 之 最 大 服 務 人 口 門 檻 與 活 動 量 。 換 言 之 ， 容 受 力 便 是 提 供 估 算 限 制 面 因 素 能 承 受 人 口 成 長(汙 染 增 量 )及 開 發 活 動 的 最 大 總 量 。 總 量 管 制 目 前 在 水 污 染 方 面 運 用 ， 依 水 污 染 防 治 法 第 九 條 規 定 ， 水 體 之 全 部 或 部 分 ， 有 下 列 情 形 之 一 ， 省 （ 市 ） 主 管 機 關 應 依 該 水 水 體 之 涵 容 能 力 ， 以 廢(污 )水 排 放 之 總 量 管 制 方 式 管 制 之 ： 一 因 事 業 密 集 ， 以 放 流 水 標 準 管 制 ， 仍 未 能 達 到 該 水 體 之 水 質 標 準 者 。 二 需 特 予 保 護 者 。 總 量 管 制 便 是 藉 由 系 統 分 析 的 優 化 原 理，藉 由 目 標 函 數 與 限 制 式 訂 定 將 環 境 承 載 力 做 最 佳 之 分 配 ， 在 水 質 方 面 便 是 在 水 質 標 準 之 限 制 下 ， 考 量 公 平 性 與 效 率 等 因 素 ， 將 涵 容 能 力 最 佳 分 配 。 國 內 外 對 於 總 量 管 制 過 去 有 部 分 相 關 之 研 究 將 於 下 面 文 章 中 分 別 介 紹 之，以 作 為 後 續 研 究 中 進 行 總 量 分 配 模 式 建 立 之 依 據 。 謝 毓 玲（2001）發 展 一 個 模 式 來 分 析 工 業 區 污 水 處 理 廠 與 河 川 水 質 的 關 係 。 此 模 式 分 為 三 個 部 份 ： （1） 利 用 「 灰 預 測 」 來 估 計 工 業 區 廢 水 的 成 長 ， （2） 採 用 一 個 水 質 模 式 來 計 算 所 選 之 河 川 各 支 流 及 各 污 染 源（ 含 工 業 區 所 排 放 的 廢 水 ）對 該 河 川 水 質 的 影 響，並 利 用「 灰 色 規 劃 」 來 求 在 符 合 河 川 涵 容 能 力 下 的 污 染 量 ， （3） 分 析 工 業 區 內 公 共 污 水 處 理 廠 處 理 容 量 在 總 量 管 制 下 的 極 限 （ 及 可 擴 充 的 年 限 ） 。 目 前 水 污 染 防 治 法 未 就 總 量 管 制 策 略 規 劃 及 評 選 之 流 程 與 準 則 加 以 規 範 界 定 ， 所 以 李 奎 麟 （1996）發 展 一 套 系 統 化 的 河 川 流 域 總 量 管 制
流 程 及 是 否 實 施 總 量 管 制 之 篩 選 與 排 序 準 則，並 根 據 所 規 劃 出 之 流 程 發 展 與 建 立 一 套 擴 充 性 佳 之 交 談 式 河 川 流 域 總 量 管 制 管 理 系 統 ， 在 Windows 作 業 環 境 下 結 合 MapInfo 地 理 資 訊 系 統 與 Excel 試 算 表 之 功 能 ， 其 可 用 來 做 為 研 擬 河 川 流 域 總 量 管 制 策 略 之 工 具 。 系 統 並 提 供 之 五 種 污 染 負 荷 分 配 方 法 ， 此 五 種 方 法 分 別 為 「 最 大 污 染 負 荷 法 」 、 「 等 去 除 率 法 」 、 「 分 區 等 去 除 率 法 」 、 「 分 類 分 區 等 去 除 率 法 」 與 「 分 區 等 濃 度 法 」 。 然 如 何 將 過 去 、 目 前 、 未 來 活 動 之 累 積 影 響 列 入 考 慮 ， 為 本 研 究 將 加 強 之 部 分 。 過 去 高 正 忠 教 授（1992）則 是 利 用 QUAL2E 模 式 進 行 水 質 模 擬，亦 是 採 用 上 述 四 種 總 量 管 制 方 案 ， 以 建 立 其 管 理 數 學 模 式 ， 以 東 港 溪 為 案 例 說 明 。 研 究 中 並 以 多 目 標 規 劃 模 式 推 求 總 量 ， 其 目 標 函 數 為 水 質 、 成 本 、 公 平 性 與 BOD 曲 線 下 之 面 積 等 四 大 決 策 目 標 ， 以 理 想 解 之 最 短 距 離 法 之 決 策 理 論 對 於 所 得 結 果 作 進 一 步 分 析 。 另 外 高 教 授 （1993） 亦 於 利 用 AGNPS 模 擬 寶 山 水 庫 之 非 點 源 污 染 量 ， 以 多 目 標 總 量 管 制 模 式 探 討 水 庫 總 磷 ， 其 中 依 據 排 出 源 的 空 間 分 佈 狀 況 及 污 染 潛 勢 ， 建 立 集 水 區、小 集 水 區、及 等 運 移 路 徑 長 度 三 種 分 區 管 制 策 略，並 以 成 本、水 質 、 公 平 性 三 大 決 策 目 標 建 立 多 目 標 線 性 規 劃 數 學 模 式 。 過 去 高 正 忠 教 授（1992）則 是 利 用 QUAL2E 模 式 進 行 水 質 模 擬，亦 是 採 用 上 述 四 種 總 量 管 制 方 案 ， 以 建 立 其 管 理 數 學 模 式 ， 以 東 港 溪 為 案 例 說 明 。 研 究 中 並 以 多 目 標 規 劃 模 式 推 求 總 量 ， 其 目 標 函 數 為 水 質 、 成 本 、 公 平 性 與 BOD 曲 線 下 之 面 積 等 四 大 決 策 目 標 ， 以 理 想 解 之 最 短 距 離 法 之 決 策 理 論 對 於 所 得 結 果 作 進 一 步 分 析 。 另 外 高 教 授 （1993） 亦 於 利 用 AGNPS 模 擬 寶 山 水 庫 之 非 點 源 污 染 量 ， 以 多 目 標 總 量 管 制 模 式 探 討 水 庫 總 磷 ， 其 中 依 據 排 出 源 的 空 間 分 佈 狀 況 及 污 染 潛 勢 ， 建 立 集 水 區、小 集 水 區、及 等 運 移 路 徑 長 度 三 種 分 區 管 制 策 略，並 以 成 本、水 質 、 公 平 性 三 大 決 策 目 標 建 立 多 目 標 線 性 規 劃 數 學 模 式 。
在 水 污 染 防 制 管 理 與 排 放 分 配(Waste Load Allocation)的 研 究 上，最 重 要 的 工 作 之 一 是 如 何 在 各 項 水 質 與 社 會 限 制 條 件 下，創 造 最 大 社 會 利 益 。 在 過 去 的 水 質 污 染 管 制 的 優 化 研 究 中 ， 最 低 削 減 成 本 一 直 都 是 此 類
研 究 最 常 被 採 用 的 目 標 函 數。從 早 期 的 Sobel 在 1965 年 以 水 質 提 升 最 小 成 本 為 目 標 函 數 ，Liebman 也 在 1966 年 以 最 小 污 染 削 減 成 本 為 目 標 函 數 ， 另 外 在 Charles 等 在 1968 年 則 是 以 污 水 處 理 廠 的 總 處 理 費 用 最 低 為 目 標 函 數 。 在 70 年 代 ， 大 多 數 關 於 污 染 管 理 的 研 究 ， 也 都 是 以 最 低 污 染 削 減 成 本 為 主 要 目 標 函 數 ，Ecker 分 別 在 1971、 1975 年 的 研 究 中 ， 都 還 是 為 持 以 最 低 削 減 成 本 為 目 標 函 數 為 主，Glenn 在 1972 年 要 求 在 滿 足 各 檢 查 點 的 BOD 下 ， 以 BOD 去 除 率 最 小 成 本 為 目 標 函 數。之 後 的 研 究 包 括 David (1973)、 Bayer (1977) 、 Lohani (1979)等 都 是 以 污 染 削 減 成 本 最 小 為 目 標 函 數 。 在 國 內 ， 張 乃 斌 與 蕭 代 基 於 1999 年 ， 同 樣 以 污 染 防 制 成 本 最 小 為 目 標 函 數 。 另 外 ， 多 目 標 規 劃 問 題 中 ， 污 染 削 減 成 本 都 是 其 中 的 重 要 目 標 項 之 一 （Neely (1975) , Sakawa (1977), Lai (1994), Lee( 1996) ）。 另 外 ， 污 染 排 放 分 配 的 公 平 性 ， 是 近 年 十 分 受 到 重 視 的 污 染 管 理 重 點 之 一 ， 在 1976 年 Brill 提 出 以 每 污 染 排 放 單 位 污 染 削 減 率 差 異 最 小 為 目 標 函 數 ， 並 提 出 三 種 公 平 性 定 量 的 方 法 。Chadderon 在 1985 年 提 出 22 種 不 同 的 考 慮 公 平 性 的 方 法。在 國 內 方 面，高 正 忠 於 1997 年 整 理 出 7 種 的 排 放 分 配 模 式 ， 並 以 公 平 性 為 目 標 函 數 。
累 積 性 衝 擊（cumulative impact）是 由 美 國 環 境 品 質 協 會（ Council on Environmental Quality ,CEQ） 所 提 出 ， 要 求 環 境 影 響 說 明 書 中 必 須 評 估 環 境 可 能 遭 受 之 累 積 性 衝 擊 ， 並 於 國 家 環 境 保 護 法 案 （NEPA） 中 明 文 定 義 累 積 性 衝 擊 。 評 估 累 積 性 衝 擊 方 法 目 前 尚 無 明 文 規 定 或 標 準 程 式 ， 過 去 評 估 累 積 性 衝 擊 多 著 重 於 開 發 案 計 畫 對 濕 地 與 水 質 等 影 響 。
“ 累 積 性 (cumulative)” 與 ” 累 積 性 影 響 (cumulative effects)” 都 已 廣 泛 的 使 用 在 環 境 衝 擊 評 估 。 目 前 蒐 集 文 獻 中 常 見 的 累 積 性 衝 擊 之 定 義 ， 大 多 來 自 於 美 國 環 境 品 質 委 員 會(CEQ)在 國 家 環 境 保 護 法 案（ NEPA）與 歐 盟（EC）， 過 去 之 研 究 對 累 積 性 衝 擊 之 定 義 大 同 小 異，只 有 部 份 些 許 不 同 ， 下 面 分 別 列 出 目 前 所 蒐 集 之 各 個 文 獻 中 ， 所 提 到 之 累 積 性 衝 擊 說 明 。 美國環境品質委員會(CEQ) 不 論 哪 一 個 機 關 組 織（ 聯 邦 或 非 聯 邦 ）或 個 人 所 執 行 的 活 動 產 生 的
影 響 ， 加 上 來 自 其 他 活 動 不 論 過 去 、 現 在 及 可 合 理 預 見 的 未 來 ， 而 增 加 其 原 來 的 影 響 稱 之 。 累 積 性 影 響 剛 開 始 本 身 的 影 響 較 為 是 輕 微 ， 但 經 過 一 段 時 間 的 累 積，則 會 變 為 顯 著 性 影 響 的 活 動。(Section 1508.7 of NEPA 國 家 環 境 政 策 法, 1969)（ 黃 光 輝 ,1998） 歐盟（EC） 歐 盟 的 環 境 影 響 評 估 管 理 方 針 上 已 指 出 環 境 影 響 評 估 （EIA） 需 包 含 ： 在 環 境 方 面 上 提 議 的 計 畫 案 可 能 產 生 的 顯 著 影 響 的 描 述 ， 而 且 這 項 敘 述 應 涵 蓋 計 畫 案 的 直 接 與 任 何 間 接、二 次、累 積、短 期、中 期 與 長 期 、 正 面 與 負 面 的 影 響。(Directive 85/337/EEC, Annex III)歐 盟 在 評 估 累 積 性 衝 擊 時 ， 同 時 考 量 了 之 間 接 性 與 相 互 間 的 衝 擊 的 影 響 ， 這 是 在 美 國 雖 在 NEPA 中 提 及 ， 但 相 關 的 環 評 研 究 中 並 無 考 量 。 開 發 計 畫 的 活 動 對 資 源 所 造 成 空 間 與 時 間 性 之 累 積 影 響，以 下 麵 簡 圖 2.5.1 說 明 之 。 圖 中 右 邊 示 意 圖 在 空 間 上 之 累 積 性 影 響 是 指 在 一 特 定 範 圍 內（ 集 水 區 ）， 活 動 1 的 進 行 對 範 圍 內 位 置 A 將 產 生 衝 擊 ， 而 另 一 項 活 動 在 同 一 範 圍 內 但 不 同 地 點 進 行，將 對 位 置 B 造 成 衝 擊，雖 此 兩 項 活 動 位 屬 不 同 位 置 ， 但 兩 項 計 畫 影 響 的 都 是 特 定 範 圍 中 的 同 一 項 資 源 （ 水 質 或 土 地 ）， 故 對 該 項 資 源 而 言， 便 已 產 生 累 積 性 衝 擊。 而 圖 2.4.1 的 左 邊 描 述 在 時 間 上 累 積 影 響 則 是 指 在 一 特 定 範 圍 內 （ 集 水 區 ）， 活 動 1 的 進 行 對 範 圍 內 資 源 產 生 破 壞 ， 但 經 過 一 段 時 間 後 ， 資 源 所 遭 受 的 的 影 響 ， 因 生 態 系 統 有 自 行 修 復 的 功 能 ， 而 降 地 資 源 原 本 所 遭 受 的 衝 擊 ， 若 此 時 又 有 新 的 開 發 計 畫 （ 活 動 2） 加 入 此 特 定 範 圍 內 ， 將 使 資 源 有 遭 受 到 另 一 次 衝 擊 ， 將 過 去 一 段 時 間 在 此 範 圍 內 的 活 動 計 畫 加 上 新 的 計 畫 ， 對 相 同 資 源 所 造 成 的 衝 擊 便 是 時 間 上 累 積 性 影 響 。
圖2.4.1 開發案在時間與空間上累積性衝擊示意圖 本 研 究 依 據 美 國 CEQ 對 累 積 性 衝 擊 之 定 義 ， 進 一 步 應 用 評 估 頭 前 溪 流 域 與 客 雅 溪 流 域 於 河 川 水 質 方 面 所 遭 受 到 之 累 積 性 衝 擊，本 研 究 是 以 集 水 區 作 為 評 估 範 籌 ， 對 累 積 性 衝 擊 之 定 義 是 指 “在 一 系 統 中 過 去 、 現 在 及 可 合 理 預 見 之 未 來 ， 所 有 之 開 發 行 為 與 活 動 ， 由 於 資 源 使 用 與 污 染 排 放 ， 在 時 間 上 或 空 間 上 對 系 統 中 之 總 和 影 響 ， 稱 之 為 累 積 性 衝 擊 。” 累 積 性 影 響 評 估 之 目 的 為 分 析 在 時 間 軸 上 所 有 相 近 空 間 可 能 之 累 積 影 響 以 推 估 涵 容 量 ， 並 可 分 析 累 積 之 影 響 是 否 有 超 過 環 境 承 載 力 之 虞 ， 以 確 保 環 境 永 續 性 。 累 積 性 影 響 應 評 估 之 活 動 行 為 包 括 ： 過 去 開 始 之 活 動 ， 但 其 仍 影 響 現 在 及 未 來 目 前 開 發 行 為 之 影 響 未 來 可 能 活 動 之 影 響 當 過 去 與 現 在 之 開 發 行 為 ， 影 響 著 相 同 之 資 源 ， 其 對 環 境 中 該 項 資 活動 1 （開發案計畫 1） 對資源的影響 部份回復 ＋ 對於重要資源的 累積性影響 活動 2 （開發案計畫 2） 活動 1 （開發案計畫 1） 影響的位置B 對於重要資源的 累積性影響 活動 2 （開發案計畫 2） 影響的位置A 空間上累積性影響 時間上累積性影響
源 所 造 成 的 衝 擊 ， 將 造 成 累 積 性 之 影 響 ， 如 下 圖 2.4.2， 圖 中 A 案 例 為 新 的 現 在 與 過 去 開 發 的 行 為 ， 當 加 入 新 的 行 為 ， 如 B 案 例 時，當 新 的 開 發 行 為 加 入 、 過 去 開 發 行 為 與 未 來 開 發 行 為 ， 累 加 在 一 起 時 ， 因 有 直 接 性 、 相 互 間 影 響 與 累 積 性 影 響 ， 而 造 成 衝 擊 性 相 程 度 不 單 只 是 累 加 的 衝 擊 性，可 能 產 生 的 衝 擊 大 於 新 舊 開 發 案 的 衝 擊，在 案 例 B 中 因 尚 未 超 過 承 載 力 （ 涵 容 能 力 ） ， 故 新 的 開 發 案 加 入 此 環 境 中 尚 可 接 受 ， 在 此 情 形 下，各 地 區 之 開 發 案 便 可 所 分 配 到 允 許 污 染 排 放 量，但 案 例 C 應 原 有 的 開 發 案 就 已 相 當 接 近 承 載 力 之 界 線 ， 故 新 的 開 發 案 加 入 ， 將 造 成 環 境 無 法 承 擔 嚴 重 之 衝 擊 。 在 此 情 形 下 ， 各 地 區 所 分 配 到 的 則 是 污 染 削 減 量 ， 各 開 發 案 必 須 進 行 污 染 削 減 計 畫，以 降 低 環 境 的 衝 擊 性。圖 中 案 例 D 案 例 相 當 目 前 台 灣 的 河 川 水 質 情 況，因 過 去 與 現 在 的 過 渡 開 發 與 工 廠 排 放 污 染 量 過 大 且 處 理 不 當 ， 而 造 成 目 前 的 水 質 已 超 過 環 境 承 載 力 ， 無 法 接 受 新 的 開 發 計 畫 所 造 成 的 衝 擊 。 因 目 前 許 多 河 川 水 質 情 形 已 超 出 承 載 力，故 目 前 政 府 應 針 對 現 有 的 已 開 發 的 計 畫 進 行 污 染 削 減 的 政 策 ， 降 低 污 染 的 累 積 性 衝 擊 ， 藉 由 河 川 可 自 淨 的 功 能 ， 使 河 川 水 質 可 容 許 未 來 開 發 案 所 排 放 之 污 染 量 ， 以 達 到 世 代 公 平 性 之 原 則 。 圖2.4.2 過去、現在及未來所造成之累積性衝擊 A B C D
第三章
水量總量管制評估
本 章 節 主 要 介 紹 水 資 源 承 載 力 與 累 積 性 衝 擊 評 估 方 式，進 而 應 用 系 統 動 力 模 式 建 立 水 資 源 系 統，並 結 合 優 化 模 式 評 估 供 需 水 量 作 為 總 量 管 制 與 分 配 之 依 據 ，3.1 節 說 明 水 資 源 之 承 載 力 與 累 積 性 衝 擊，3.2 節 則 是 說 明 系 統 動 力 模 式 於 此 研 究 上 之 應 用 ，3.3 節 則 是 水 量 分 配 之 優 化 模 式 架 構 ，3.4 節 則 是 水 量 總 量 管 制 之 策 略。3.5 節 則 是 考 量 未 來 雨 水 儲 集 系 統 加 入 ， 對 可 供 水 量 之 影 響 。 3.1 水 資 源 環 境 承 載 力 與 累 積 性 衝 擊 一 、 環 境 承 載 力 環 境 資 源 在 發 展 之 初 或 可 全 數 提 供 發 展 所 需 ， 然 在 快 速 發 展 之 後 ， 漸 漸 達 到 環 境 資 源 之 再 生 能 力 之 極 限 ， 結 果 不 是 造 成 環 境 退 化 ， 即 是 造 成 發 展 遲 滯 甚 而 崩 潰 。 過 去 台 灣 在 發 展 階 段 ， 中 央 最 高 水 資 源 主 管 機 關 隸 屬 於 經 濟 部 ， 以 作 為 經 濟 發 展 之 幕 僚 單 位 ， 協 助 經 濟 發 展 計 畫 所 需 之 水 資 源 供 給 ， 水 資 源 政 策 以 需 求 領 導 開 發 。 然 隨 著 經 濟 社 會 快 速 發 展 ， 水 資 源 供 給 已 是 捉 襟 見 肘，目 前 許 多 工 業 區 規 劃 均 受 水 資 源 供 給 限 制 而 發 展 遲 緩，或 水 資 源 開 發 政 策，如 美 濃 水 庫，引 起 環 境 保 育 疑 慮 而 停 擺 。 藉 由 總 量 管 制 與 累 積 性 衝 擊 評 估 ， 可 作 為 管 理 層 面 的 依 據 ， 可 使 決 策 者 有 效 的 掌 握 可 用 與 妥 善 的 分 配 水 資 源 ， 水 量 之 總 量 管 制 以 供 給 為 限 制 ， 累 積 影 響 則 是 不 同 產 業 的 累 積 需 水 量，可 供 的 水 量 便 是 水 資 源 的 環 境 承 載 力 。 以 永 續 發 展 精 神 看 待 水 資 源 管 理 議 題 是 相 當 清 晰，水 資 源 管 理 脫 離 不 了 環 境 承 載 力 與 累 積 性 影 響 ， 而 在 管 理 層 面 仍 是 以 總 量 管 制 為 原 則 。 水 資 源 之 環 境 承 載 力 即 是 可 供 水 量，而 累 積 影 響 則 是 不 同 產 業 累 積 需 水 量 ， 總 量 管 制 之 精 神 在 以 供 給 為 限 制 ， 訂 定 影 響 需 求 之 發 展 計 畫 。 而 一 個 水 資 源 系 統 之 可 供 水 量 之 界 定 ， 並 非 等 同 於 河 川 流 量 、 或 是 淨 水 廠 處 理 容 量 之 總 和 、 或 是 水 庫 蓄 存 容 量 之 總 和 ， 而 是 需 考 慮 整 個 水 資 源 系 統相 關 供 水 的 方 式 ， 例 如 水 文 、 氣 候 、 水 庫 、 攔 河 堰 、 淨 水 場 等 系 統 性 整 合 ， 都 會 影 響 到 水 資 源 之 可 供 水 量 。 那 要 如 何 定 出 水 資 源 之 可 供 水 量 ， 即 所 謂 之 環 境 承 載 力 ， 首 先 先 建 立 一 水 資 源 系 統 動 力 模 式 ， 透 過 系 統 動 力 模 式 ， 模 擬 水 資 源 系 統 真 實 情 況 ， 如 此 便 能 藉 由 此 模 式 探 討 各 種 不 同 輸 入 下 ， 現 實 生 活 中 水 資 源 系 統 會 產 生 何 種 結 果 。 一 旦 將 模 式 建 立 起 來 ， 先 以 計 畫 供 水 量 作 為 需 水 量 ， 將 歷 史 流 量 代 入 水 資 源 系 統 動 力 模 式 中 ， 計 算 其 缺 水 指 數 或 相 關 服 務 準 則 指 標 基 準 ， 若 指 標 未 符 合 供 水 規 劃 準 則 ， 便 將 計 畫 供 水 量 作 修 改 ， 再 重 新 模 擬 ， 一 直 到 其 指 標 能 符 合 預 定 之 供 水 規 劃 準 則 ， 此 計 畫 供 水 量 之 值 即 為 整 個 水 資 源 系 統 可 供 水 量 ， 也 就 是 此 水 資 源 系 統 之 環 境 承 載 力 。 水 資 源 系 統 之 供 水 規 劃 準 則 若 採 取 非 常 嚴 苛 之 條 件，會 使 得 可 供 水 量 非 常 低 ， 並 不 符 合 經 濟 效 益 原 則 ， 發 生 缺 水 情 形 是 普 遍 存 在 的 ， 需 要 關 心 的 是 缺 水 情 形 是 否 在 可 容 忍 之 合 理 範 圍 內，例 如 將 供 水 規 劃 準 則 訂 作 是 完 全 不 發 生 缺 水，也 就 是 在 真 實 情 況 下 每 一 個 時 間 點 水 量 都 能 滿 足 計 畫 供 水 量 ， 這 樣 是 不 合 理 的 ， 因 為 有 可 能 在 某 一 個 時 間 點 上 其 實 水 源 是 不 足 以 符 合 計 畫 供 水 量 ， 但 是 由 於 其 供 水 規 劃 準 則 訂 作 過 於 嚴 格 ， 導 致 需 要 修 改 計 畫 供 水 量 ， 調 低 計 畫 供 水 量 之 值 ， 而 使 得 可 供 水 量 之 值 過 於 偏 低 ， 本 研 究 在 公 共 用 水 上 依 據 過 去 規 劃 慣 例 ， 先 使 用 年 缺 水 指 數 作 為 供 水 準 則 。 缺 水 指 數 定 義 如 下
∑
= = N n i i S D N SI 1 2 ) ( 100 (3.1.1) 其 中 SI 為 缺 水 指 數 (shortage index)， N 為 模 擬 總 年 數 ， Di 與 Si 分 別 為 年 缺 水 量 與 年 計 畫 供 水 量 。 缺 水 指 數 主 要 是 在 描 述 年 缺 水 量 與 年 計 畫 供 水 量 間 之 關 係，以 缺 水 率(年 缺 水 量 /年 計 畫 供 水 量 )的 平 方 來 呈 現 年 缺 水 之 程 度，再 將 年 缺 水 率 平 方 ， 主 要 的 目 的 是 要 將 不 同 年 間 之 缺 水 狀 況 平 均 化 ， 對 於 較 嚴 重 之 乾 旱 狀 況 給 予 較 高 的 權 重 ； 而 一 般 常 以 缺 水 指 數(SI)=1 之 狀 況 下 作 為 供 水 規 劃 準 則(約 1 百 年 平 均 每 年 缺 水 10％ )；因 此 本 研 究 將 以 缺 水 指 數 (SI)=1 之 情 形 下 ， 推 估 水 資 源 系 統 整 體 之 可 供 水 量 ， 也 就 是 此 水 資 源 系 統 之 環境 承 載 力 。 然 而 由 於 各 標 的 用 水 使 用 情 形 不 同 ， 對 水 質 的 要 求 也 有 所 差 異 ， 農 業 用 水 所 需 為 原 水 ， 而 工 業 、 民 生 用 水 則 需 經 由 自 來 水 處 理 過 後 之 清 水 ， 因 此 在 評 估 水 資 源 系 統 之 可 供 水 量 上 必 須 考 量 其 差 異 ； 其 用 水 特 性 之 不 同 ， 在 農 業 用 水 方 面 ， 若 採 用 缺 水 指 數(SI)來 評 估 農 業 用 水 缺 水 情 形 並 不 適 合 ， 主 要 是 缺 水 指 數(SI)是 採 用 累 加 的 觀 念 來 計 算 缺 水 量 ， 在 某 一 時 期 內 缺 水 情 形 非 常 嚴 重 ， 用 缺 水 指 數(SI)累 加 的 方 式 來 計 算 缺 水 情 形 ， 會 使 得 若 有 另 一 時 期 水 量 非 常 充 沛 ， 造 成 可 彌 補 這 其 中 的 不 足 ， 然 而 農 業 用 水 在 插 秧 時 期 時 ， 若 水 源 不 足 會 嚴 重 影 響 其 後 的 產 量 ， 並 不 能 藉 由 下 一 時 期 之 充 沛 水 量 來 補 其 不 足 ， 因 此 採 用 缺 水 指 數(SI)來 評 估 農 業 用 水 無 法 反 應 農 業 用 水 之 特 性，因 此 本 研 究 將 定 義 一 農 業 可 供 水 指 標(ASI)如 下 式 ， 來 作 為 農 業 用 水 之 供 水 規 劃 準 則 。 i N i n j aj aj j S D N ASI
∑ ∏
= = × = 1 1 % 100 1 λ 二 、 累 積 性 衝 擊 評 估 累 積 性 影 響 評 估 在 水 量 一 項 即 是 不 同 土 地 利 用 所 累 積 之 用 水 需 求 。 一 般 用 水 量 需 求 可 分 成 農 業 、 工 業 、 與 民 生 。 農 業 需 水 量 推 估 可 利 用 氣 象 資 料 推 算 單 位 面 積 合 理 用 水 量；工 業 可 依 產 業 別 計 算 單 位 面 積 合 理 用 水 ； 民 生 用 水 則 可 根 據 人 口 數 與 每 人 每 日 用 水 量 計 算 。 集 水 區 之 累 積 需 水 量 即 為 三 者 之 總 和 ， 其 推 求 簡 單 說 明 如 下 。 （1） 農 業 用 水 水 田 為 台 灣 主 要 農 作 物 ， 其 灌 溉 用 水 為 農 業 用 水 之 大 宗 ， 本 研 究 針 對 水 田 灌 溉 特 性 說 明 灌 溉 用 水 評 估 模 式，其 他 旱 作 可 以 相 同 程 序 進 行 推 估 ， 惟 需 要 引 用 不 同 之 作 物 蒸 發 散 係 數 。 灌 溉 用 水 可 先 利 用 Hamon 公 式 計 算 作 物 之 潛 能 蒸 發 散 量 ， 即 作 物 需 水 量 ， 再 透 過 田 間 水 平 衡 關 係 估 算 田 間 需 水 量 ， 最 後 考 慮 輸 水 損 失 下 決 定 灌 溉 需 水 量 。 合 理 灌 溉 需 水 量 應 先 決 定 作 物 需 水 量 ， 再 決 定 田 間 需 水 量 ， 最 後 在 考 慮 輸 水 損 失 下 推 估 合 理 灌 溉 需 水 量，根 據 水 資 源 局 的 研 究 報 告（1997）灌 溉 需 水 量 可 由(12)式 決 定 ： 灌 溉 需 水 量=田 間 需 水 量×輸 水 損 失 係 數 (3.1.2) 灌 溉 主 要 是 以 人 工 的 方 式 來 補 足 降 雨 的 不 足 ， 因 此 ， 灌 溉 水 量 主 要 是 滿 足 有 效 雨 量 不 足 的 部 份 。 此 外 ， 在 水 田 中 通 常 會 有 滲 漏 ， 而 滲 漏 會 減 少 土 壤 中 作 物 可 利 用 水 分 ， 因 此 ， 灌 溉 水 量 也 必 須 考 慮 滲 漏 量 。 田 間 需 水 量 的 計 算 方 式 可 以 透 過 下 式 決 定 ： − − + + + + ≥ + = Otherwise W Pe D PC ET D PC ET Pe W if IR t t t t t t t t t t t 0 (3.1.3) 式 中 的 IRt（mm/day） 即 為 每 日 之 田 間 需 水 量 ， ETt（mm/day） 為 作 物 蒸 發 散 量 ， PCt（mm/day） 為 滲 漏 量 ， Pet（mm/day） 為 當 日 有 效 雨 量 ，Wt（mm/day） 為 期 初 田 面 蓄 水 深 度 ， Dt（mm/day） 為 湛 水 深 。 當 不 考 慮 湛 水 深 時，上 式 中 的 Dt即 為 0。利 用 上 述 方 法 配 合 生 長 期 預 測 可 推 估 單 位 面 積 在 一 年 之 農 業 灌 溉 需 求 。 （2） 民 生 用 水 本 研 究 針 對 生 活 用 水 之 需 求 推 估 採 用 以 下 的 公 式 ： 自 來 水 配 水 量=人 口 數 ×普 及 率 ×每 人 每 日 用 水 量/售 水 率 (3.1.4) 其 中 普 及 率 為 實 際 供 水 人 口 佔 行 政 區 人 口 之 百 分 比 ， 等 於[用 水 人 口 數 ÷供 水 區 人 口 數 ×100%]； 而 每 人 每 日 用 水 量 為 {售 水 量 ÷ [(上 年 底 供 水 人 口 數+本 年 底 供 水 人 口 數 )/2]/365 天 }； 售 水 率 係 指 售 水 量 與 出 水 量 之 比 值 。 （3） 工 業 用 水 水 資 會 於 民 國 63 年 開 始 逐 年 向 有 關 機 構 蒐 集 相 關 資 料 ， 以 單 位 面 積 日 用 水 量 級 工 業 面 積 推 估 工 業 用 水 量 ， 其 採 用 之 估 算 方 式 如 下 ： 年 需 水 量 ＝ 單 位 面 積 用 水 量×工 業 面 積×年 工 作 天 數 (3.1.5)
其 中 單 位 面 積 日 用 水 量 可 依 據 水 資 會” 工 業 用 水 量 估 計 方 法 之 檢 討”， 於 民 國 72 年 11 月 17 日 邀 集 有 關 單 位 研 討 商 訂 所 得 之 標 準 。 當 時 決 定 以 民 國 65 年 、 70 年 普 查 資 料 加 上 水 資 會 自 行 抽 樣 調 查 資 料 相 加 ， 再 以 算 數 平 均 值 求 算 之 。 台 灣 地 區 工 業 面 積 之 估 算 ， 原 則 上 係 於 舉 辦 工 商 普 查 資 料 為 基 數，再 利 用 工 業 局 各 年 工 業 局 各 年 工 業 面 積 增 減 數 調 整 而 得 。 年 工 作 天 數 以 行 政 院 主 計 處 編 印 之”中 華 民 國 統 計 月 報 ”各 業 別 平 均 工 作 時 數 資 料 ， 依 平 均 每 日 工 作 8 小 時 之 標 準 ， 換 算 為 各 業 別 之 年 工 作 天 數 。 工 業 用 水 量 需 求 依 現 有 工 業 用 地 用 水 成 長 、 新 增 工 業 用 地 （ 開 發 中、已 編 定、編 定 中 ）用 水、規 劃 工 業 區 用 水、電 力 事 業 用 水 來 推 估 。 現 有 工 業 用 地 用 水 成 長 推 估 ， 工 業 局「 台 灣 地 區 工 業 專 用 供 水 系 統 整 體 規 劃 」利 用 水 資 會 模 式 推 估 各 工 業 區 用 水 量 資 料 ， 根 據 此 項 資 料 配 合 目 標 年 開 發 完 成 百 分 比 ， 即 可 計 算 各 工 業 區 目 標 年 用 水 量 。 自 來 水 公 司 推 估 工 業 用 水 量 是 以 工 業 區 單 位 面 積 飽 和 需 水 量 作 為 推 估 之 依 據，並 依 各 工 業 區 之 地 點 、 工 廠 性 質 、 特 性 分 別 訂 定 用 水 標 準 。 一 般 而 言 ， 工 業 區 開 發 完 成 後 ， 並 未 立 即 全 部 設 廠 並 開 工 使 用 ， 所 以 自 來 水 公 司 通 常 認 定 工 業 區 開 發 完 成 十 年 用 水 量 才 達 飽 和 用 水 量 之 75%，再 十 年 用 水 量 才 達 飽 和 用 水 量 。 工 業 局 推 估 數 據 較 自 來 水 公 司 為 高 ， 因 為 包 含 了 自 行 取 水 量 ， 因 此 取 用 自 來 水 公 司 所 推 估 之 數 據 為 自 來 水 系 統 供 應 量 。 零 星 工 業 用 地 用 水 包 括 其 他 縣 市 政 府 或 工 業 興 辦 人 之 已 開 發 工 業 用 地 與 供 廠 商 自 行 設 廠 用 地，以 及 都 市 計 畫 工 業 用 地 與 非 都 市 地 區 丁 種 建 築 用 地 之 工 業 用 水 。 本 項 零 星 工 業 用 地 用 水 ， 係 依 自 來 水 公 司 歷 年 工 業 用 水 配 水 量 ， 利 用 統 計 分 析 ， 再 依 成 長 趨 勢 預 測 目 標 年 用 水 需 求 量 。 3.2 水 資 源 系 統 與 系 統 動 力 模 式 系 統 動 力 模 式 中 ， 最 主 要 的 三 個 原 件 分 別 為 儲 存(stock or level) 、 流 量(flow or rate) 、 助 動 (converter or auxiliary)元 件 ， 而 元 件 之 間 則 以 具 有 箭 頭 線 段 鍵 結 ， 以 表 示 原 件 間 相 互 關 係 。 儲 存 是 描 述 系 統 中 的 資 源 量 ， 也 就 是 描 述 在 特 定 的 時 間 內 量 的 變 化 情 形 ， 在 此 研 究 中 便 以 水 庫 或 攔 河 堰 作 為 儲 存 。 流 量 則 可 以 告 訴 我 們 儲 存 變 化 的 情 形 ， 所 以 儲 存 量 之
變 化 會 受 到 流 量 的 影 響 ， 像 是 水 庫 的 入 流 量 、 蒸 發 量 、 標 的 供 水 量 ， 便 是 流 量 的 一 種 ， 流 量 可 能 是 增 加 儲 存 量 的(水 庫 的 入 流 量 )， 亦 可 能 是 出 流 量 以 減 少 儲 存 量( 蒸 發 量 ) 。 助 動 原 件 則 是 應 用 於 輔 助 描 述 儲 存 或 流 量 ， 例 如 攔 河 堰 的 操 作 規 則 等 。 因 此 系 統 動 力 模 式 是 一 個 非 常 適 合 應 用 於 水 資 源 系 統 的 研 究 方 法 ， 系 統 動 力 學 與 時 間 演 進 具 有 密 切 的 連 動 關 係 ， 因 此 非 常 適 合 於 應 用 在 與 時 間 演 進 有 關 之 課 題 研 究 ， 水 資 源 系 統 亦 與 時 間 有 密 切 之 關 係 ， 再 加 上 系 統 動 力 動 態 學 之 軟 體（ 如 Vensim）在 操 作 上 亦 比 一 般 的 語 言 程 式 簡 單，其 優 勢 在 於 運 用 視 窗 化 的 圖 形 操 作 介 面 可 輕 易 的 建 立 起 所 需 的 系 統 模 式 架 構 圖 ， 系 統 的 整 體 架 構 和 連 接 關 係 均 透 過 圖 形 清 楚 的 呈 現 ， 同 時 每 一 元 件 亦 只 需 建 立 其 數 學 函 數 關 係 方 程 式 即 可 反 映 出 其 隨 時 間 之 變 化 特 性 ， 所 以 操 作 起 來 非 常 方 便 且 容 易 上 手 ； 水 資 源 系 統 架 構 是 非 常 複 雜 ， 但 若 是 能 將 每 個 相 關 因 子 原 件 化 ， 並 賦 於 適 當 之 數 學 式 ， 再 將 這 些 原 件 組 合 起 來 成 一 個 系 統 ， 便 可 建 立 一 水 資 源 系 統 動 力 模 式 系 統 ， 並 透 過 此 水 資 源 系 統 動 力 模 式 ， 能 輕 易 地 針 對 各 項 策 略 ， 探 討 水 資 源 系 統 變 化 之 情 形 。 3.3 水 量 總 量 分 配 之 規 劃 模 式 本 優 選 模 式 主 要 目 的 是 希 望 建 立 以 單 位 面 積 水 量 分 配 量 為 變 數，在 滿 足 各 項 既 定 水 權 、 淨 水 廠 限 制 等 水 量 要 求 條 件 下 。 創 造 整 個 流 域 最 小 缺 水 指 數 以 及 在 每 個 土 地 利 用 與 各 集 污 區 之 間，創 造 最 為 公 平 的 水 量 分 配 。 在 本 模 式 中 有 具 隨 機 特 性 的 變 數 。 針 對 這 些 隨 機 因 子 ， 本 模 式 將 利 用 歷 史 統 計 資 料 與 chanced constraints 的 方 法 ， 將 兩 者 合 併 於 隨 機 限 制 條 件 中 。 以 下 就 針 對 模 式 的 各 部 分 ， 採 取 進 一 步 的 說 明 。 目 標 函 數 缺 水 指 數 普 遍 被 用 來 表 現 缺 水 嚴 重 程 度 的 大 小 。 本 研 究 引 用 此 指 數 為 目 標 函 數 之 一 ， 期 望 推 求 在 滿 足 各 項 水 量 分 配 條 件 下 ， 可 以 達 到 流 域 中 最 低 的 缺 水 程 度 。 本 模 式 以 每 單 位 面 積 配 水 量（ 也 就 是 每 單 位 面 積 最 大 可 配 水 量 ）為 決 策 變 數 。 整 個 集 水 區 的 缺 水 指 數 為 每 個 集 污 區 中 每 個
土 地 利 用 需 水 量 與 配 水 量 差 值（ 如 果 需 水 量 小 於 配 水 量 ， 則 其 缺 水 指 數 為 0） 的 平 方 和 ， 其 目 標 函 數 方 程 式 如 下 。 另 外 ， 由 於 不 同 土 地 利 用 的 需 水 特 性 以 及 所 產 生 的 各 種 效 益 不 同 。 本 模 式 進 一 步 針 對 不 同 土 地 利 用 ， 給 予 不 同 的 給 水 權 重 ωk： . . 2 1 t s ASI SI Z Min =ω × +ω × 2 1 100
∑
= = N i d di S D N SI (3.3.1) i N i n j aj aj j S D N ASI∑ ∏
= = × = 1 1 % 100 1 λ Industrial Domestic Sd = + ) , (weather area F Saj = ) , , ( ,D F S S streamflow Ddi aj = d aj 其 中ω1與ω2為 公 共 用 水 與 農 業 灌 溉 用 水 缺 水 指 數 之 權 重 ；Sd與 Sa j 為 計 畫 公 共 用 水 與 第 j 時 期 農 業 灌 溉 用 水 量；Dd i為 第 i 年 公 共 用 水 不 足 量 ， 而 Da j 為 第 j 生 長 期 農 業 實 際 灌 溉 用 水。 各 用 水 標 的 需 水 量 推 估 可 如 上 面 說 明，而 缺 水 量 可 再 配 合 系 統 動 力 模 式 與 流 量 資 料 再 進 一 步 分 析 。 限 制 條 件 水 資 源 的 供 水 方 面 ， 總 供 水 量 的 多 寡 取 決 於 降 雨 量 與 水 庫 的 調 控 ， 而 供 給 的 水 源 可 分 為 經 過 淨 水 廠 的 自 來 水 與 不 經 過 淨 水 廠 原 水 兩 種。在 需 求 方 面 ， 分 為 農 業 、 工 業 、 民 生 用 水 三 種 。 下 面 各 項 限 制 進 行 說 明 。 在 需 水 量 方 面 分 為 農 業 、 工 業 與 民 生 三 種 。 不 經 過 淨 水 廠 處 理 的 原 水 主 要 為 農 業 供 給 用 水 AWS(Agricultural Water Supply)， 其 並 無 特 殊 的 供 給 限 制 。 而 供 給 工 業 與 民 生 用 水 的 自 來 水 ICWS(Industrial and Domestic Water Supply)則 會 受 到 淨 水 廠 處 理 容 量 大 小 的 限 制 。 因 此 ， 自 來 水 必 須 小 於 淨 水 廠 最 大 可 處 理 量 MWTC (Maximum Water Treatment Capacity)。 另 外 ， 關 於 最 大 可 處 理 量 與 濁 度 的 關 係 ， 則 需 要 進 一 步 的 參 考 資 料 ， 來 建 構 其 限 制 式 。 對 於 擁 有 水 權 的 單 位 ， 其 供 水 必 須 滿 足 其 所擁 有 的 水 權 WR(Water Right) 總 可 供 水 量 一 個 流 域 系 統 內 的 可 供 水 量，其 主 要 來 源 是 來 自 於 降 雨 所 造 成 之 河 川 流 量 、 水 庫 蓄 水 量 、 地 下 水 量 等 等 。 本 研 究 主 要 針 對 以 河 川 流 量 為 主 要 供 水 來 源 之 系 統 建 立 分 析 模 式 ， 進 而 計 算 整 個 系 統 之 總 可 供 水 量 。 在 進 行 總 可 供 水 量 計 算 時，由 於 性 質 之 差 異，本 研 究 將 總 可 供 水 量 分 成「 農 業 可 供 水 量 」 以 及 「 民 生 與 工 業 可 供 水 量 」 兩 個 部 分 。 利 用 模 式 分 別 計 算 之 後 ， 再 進 行 相 加 ， 最 後 加 總 之 結 果 即 為 該 之 水 資 源 系 統 的 總 可 供 水 量 。 可 供 水 量 的 推 求 農 業 可 供 水 量 農 業 的 可 供 水 量 主 要 來 自 於 灌 溉 需 水 量、畜 牧 需 水 量 以 及 養 殖 需 水 量 之 總 和 ， 但 是 相 較 於 灌 溉 需 水 量 ， 畜 牧 與 養 殖 的 需 水 量 所 佔 比 例 相 當 少，平 均 不 到 10％，因 此 研 究 中 之 農 業 需 水 量 將 僅 只 限 於 灌 溉 需 水 量 。 根 據 前 水 資 源 局 的 研 究 報 告(1997)指 出，農 業 灌 溉 需 水 量 可 由 式（ 3.3.2） 來 決 定 ： 灌溉需水量＝田間需水量 × 輸水損失係數 （3.3.2） 田 間 需 水 量 必 須 經 過 田 間 水 平 衡 關 係 來 估 算，而 輸 水 損 失 係 數 由 於 各 地 不 同 必 須 由 實 地 量 測 才 能 取 得，因 此 在 相 關 資 料 蒐 集 較 為 不 易 的 情 形 之 下 ， 在 本 研 究 中 所 使 用 之 農 業 灌 溉 需 水 量 ， 主 要 來 自 於 前 水 資 源 局 1999 年 之 研 究 報 告 『 台 灣 地 區 北 部 區 域 水 資 源 綜 合 發 展 計 畫 （ II） 』 ， 該 報 告 中 以 各 灌 區 民 國 81 年 至 民 國 85 年 之 旬 計 畫 用 水 量 之 平 均 值，作 為 各 旬 的 需 水 量 。 因 此 在 本 研 究 中 沿 用 上 述 報 告 書 中 的 資 料 ， 在 模 擬 求 解 各 旬 之 農 業 需 水 量 時 ， 將 旬 平 均 的 計 畫 用 水 量 帶 入 。 因 此 整 年 度 之 農 業 需 水 量（ 或 是 在 計 算 ASI 時 ， 每 一 時 期 的 農 業 需 水 量 ）， 將 為 各 旬 計 畫 供 水 量 之 總 和 。
民 生 與 工 業 可 供 水 量 民 生 用 水 和 工 業 用 水 雖 然 性 質 不 同，但 是 就 供 水 的 角 度 而 言 卻 都 必 須 先 經 過 淨 水 廠 的 處 理 ， 因 此 民 生 與 工 業 之 可 供 水 量 可 視 為 一 體 來 考 慮 ， 將 該 年 度 之 民 生 需 水 量 以 及 工 業 需 水 量 計 算 之 後 相 加 ， 即 可 得 到 民 生 與 工 業 之 可 用 水 量 。 在 民 生 需 水 量 的 部 分 ， 根 據 前 經 濟 部 水 資 源 局 的 報 告 （1999）指 出 民 生 需 水 量 可 以 利 用 的 公 式 （3.3.3） 進 行 計 算 ： 民生需水量＝總人口數×普及率×每人每日用水量/售水率 (3.3.3) 其 中 普 及 率 為 實 際 供 水 人 口 佔 行 政 區 人 口 之 百 分 比 ， 等 於[用 水 人 口 數 ÷ 供 水 區 人 口 數 ×100%]； 而 每 人 每 日 用 水 量 為 {售 水 量 ÷ [(上 年 底 供 水 人 口 數+本 年 底 供 水 人 口 數 )/2]/365 天 }； 售 水 率 係 指 售 水 量 與 出 水 量 之 比 值 。 在 本 研 究 中 利 用 『 台 灣 地 區 北 部 區 域 水 資 源 綜 合 發 展 計 畫 （II） 』 報 告 書 中，民 國 81 年 到 民 國 85 年 之 資 料 進 行 各 年 度 之 計 算 在 求 取 平 均 值 ， 用 以 作 為 系 統 內 民 生 需 水 量 的 值 。 在 工 業 需 水 量 的 部 分 ， 水 資 會 於 民 國 63 年 開 始 逐 年 向 有 關 機 構 蒐 集 相 關 資 料 ， 以 單 位 面 積 日 用 水 量 及 工 業 面 積 推 估 工 業 用 水 量 ， 其 採 用 之 估 算 方 式 如 下 ： 年 需 水 量 ＝ 單 位 面 積 用 水 量 ×工 業 面 積 ×年 工 作 天 數 （3.3.4） 在 本 研 究 中 同 樣 利 用『 台 灣 地 區 北 部 區 域 水 資 源 綜 合 發 展 計 畫（II）』 報 告 書 中，民 國 81 年 到 民 國 85 年 之 資 料 進 行 各 年 度 之 計 算 在 求 取 平 均 值 ， 用 以 作 為 系 統 內 工 業 需 水 量 的 值 。 最 後 將 民 生 需 水 量 以 及 工 業 需 水 量 相 加 便 可 以 得 到 系 統 內 部 民 生 與 工 業 之 可 供 水 量 。 3.4 水 量 總 量 管 制 策 略 前 面 章 節 已 說 明 如 何 在 考 量 公 共 用 水 與 農 業 用 水 之 分 配 權 重 下 決 定 可 供 水 量 之 總 量 。 然 後 再 根 據 各 標 的 用 水 ， 制 定 出 其 適 合 之 總 量 管 制
