行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
總計畫暨子計畫一：循環型社會之策略研究(I)
計畫類別： 整合型計畫 計畫編號： NSC92-2621-Z-002-015- 執行期間： 92 年 08 月 01 日至 93 年 09 月 30 日 執行單位： 國立臺灣大學環境工程學研究所 計畫主持人： 於幼華 共同主持人： 李鴻源，童慶斌，馬鴻文，單信瑜，張益誠 計畫參與人員： 杜偉榮、江金鴻、陳思瑋 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 12 月 3 日
行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告
『循環型社會之策略研究(I)』總計畫暨子計畫一：
循環型社會之策略研究(I)
計畫類別：□個別型計畫
;
整合型計畫
計畫編號：
NSC 92-2621-Z-002-015
執行期間：92 年 8 月 1 日至 93 年 7 月 31 日
計畫主持人：於幼華 教授
共同主持人：
李鴻源
教授
童慶斌 教授
計畫參與人員：
杜偉榮、 江 金 鴻 、 陳 思 瑋
成果報告類型：□精簡報告
;
完整報告
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執行單位：國立
台灣大學環境工程學研究所
中 華 民 國 九十三 年 十二 月 三 日
摘要
本總計畫除了協調與整合三個子計畫之研究進度與成果外，另取台灣地區之 水資源作為研究主題，以物質流方法進行調查、分析與研究，來探討此項資源之 質量在台灣的進出與循環狀況。 工業生態學中之物質流分析是提供產品和物質從人類經濟活動到環境中流 動過程資訊的分析工具，這些資訊可被用來開發更全面的物質管理策略，以有效 減低物質的使用量。因此，本計畫以水文圈以外觀點，進行淡水河流域與高屏溪 流域水資源供需量(包括自然水文系統之各項資料收集與分析及人為系統之供給 與需求) 之調查、彙整與研究其流向與流量。另選定淡水河流域大漢溪BOD5與 SS作為研究主題，探討大漢溪流域污染物質之物質流。 本研究建立大漢溪、新店溪、高屏溪之系統動力模式。另外，研究結果顯示 位於浮洲橋與新海橋之間的截流站，每日BOD5排放量佔大漢溪沿岸有紀錄截流 站總排放量約72%，每日SS排放量佔大漢溪沿岸有紀錄截流站總排放量約70%。 其他未經記錄之BOD5、SS物質來源包括大漢溪兩岸住家、工廠排放量、天然來 源等，可透過新海橋水質測站所計算出之BOD5、SS物質總量扣除截流站排放量 推估之。由此計算未經紀錄排放量之BOD5約介於81000kg/day至3310kg/day，SS 約介於5440000kg/day至12000kg/day。 關鍵詞：循環型社會、工業生態學、物質流分析、水資源分析、BOD5、SS、淡 水河流域、高屏溪流域Abstract
The purpose of this study is to explore and research the potentialities and strategies for the future recycle-oriented society in Taiwan. There are three sub-projects in the first year. Apart from serving as a coordinative project for the other three studies, it is also made to investigate the water resources and material flow in two basins in Taiwan.
Key words: Recycle-Oriented Society, Industrial Ecology, Material Flow Analysis,
Water Quality, BOD5, SS, Water Resources Analysis, Tamsui River Basin, Kaoping
一、前言
水是人類文明發展不可缺少的資源。以水資源而言，台灣屬於缺水型的地區 之一，因水文、地理條件特殊而使水資源分配受到限制，且水文不確定性高，每 人平均所能分配的水源並不多。且在社會經濟環境快速發展與極度開發下，造成 台灣單位人口用水量飛快飆漲、地下水超抽等問題。就水質面來看，天然的河川 有其自淨能力，在有機污染物質進入之後，會造成河川水質的惡化，但隨著河水 的流動，經再曝氣作用與污染物的分解與沈澱後，污染物質濃度逐漸降低。當污 染物排入的速率大於河川分解的能力，河川會出現缺氧（厭氧）狀態，產生臭味， 並對於其中的生物造成危害。 就水資源利用觀點而言，瞭解水文循環是維持環境永續性之重要關鍵。台灣 地區年平均降雨量2,515mm，屬於雨量相當豐沛之地區。但基於全島三分之二為 山地，地勢陡峻，河短流急，在降雨過後地表水除了入滲至地下外，地表逕流進 入河川，快速排入海中，加上缺少興建水庫之良好位址以儲存水資源，因此台灣 地區水資源可供應量相當有限。就產業觀點而言，不管是農業、工業與民生均需 水資源之供給。因此本研究探討目前淡水河與高屏溪流域水資源流向與流量，進 行實例分析，透過瞭解水資源可供應總量，可對未來社會環境發展可能遭受之限 制預先擬定對策。 就水質面而言，在經濟發展的過程中台灣的許多河川受到嚴重的污染，因此 對於河川水質的規劃與整治，一直是政府施政的重點。其中以淡水河系污染整治 為最，早自民國58 年政府已展開與淡水河污染整治相關工程。本研究所選定的 淡水河流域大漢溪，為淡水河最長之支流（約135 公里），中游段河床採砂場林 立，下游段多屬工業區，影響水質甚鋸，尤其三鶯橋往下游兩岸人口漸多的樹林、 新莊、板橋等鄉鎮，排入大量都市污水與工業廢水，構成河川水質嚴重污染之威 脅。透過物質流分析，可對大漢溪污染主要來源之流量與流向有所瞭解。 本文內容將區分為四節，在本節概要說明之後，第二節將說明所使用方法， 第三節將將簡介研究成果，最後則提出研究結論與建議。二、研究方法
（一）淡水河流域大漢溪之BOD、SS 物質流分析 1.1 物質流分析概念物質流分析(Materials Flow Analysis，MFA)的主要流程首先為決定何種物質 與區域，再則研究的目標與相關問題經資訊的使用者同意並確定後，所需的計算 程序如圖1 所示,即:
• 選擇單項物質或設定一項關於某一物質(如 Cd、Cr、Cu、Al、N、P 和耐火有 機化合物已有被研究的案例)，在本研究中以 BOD5、SS 為例。
• 選擇對該項物質有重要性的產品(如圖 1 中之 1 - 6) 和過程(如圖 1 中之 O,A,B,C,X,Y ) ( 這部分的設定可能需要有反覆的研究方法和經驗法則判斷的 直覺)。 • 透過上述決定的過程，進行產品中物質總量的平衡，然後了解該項物質在該 區域經濟活動中流動的情形。 sy s te m b o u n d a ry O Y X g o o d p ro c e ss s to c k L e g e n d : 1 A B C 6 5 2 4 3
圖 1 產品與製程所組成的物質流系統理論設計圖（Baccini and Brunner,1991, p21） 有了這些資訊後，不管現在或未來某一元素在某區域中的流動情形都能被調 查與檢驗。而且，不同物質管理階段能用物質流分析來做設計和測試，用以比較 物質流入環境中的數量變化情形或提出環境承載力可接受的臨界值。物質流的分 析方法在有限的財物力支援下，可完成各種產品數量與所含物質量資料庫的建立 和了解物質如何透過製程被分割的發展，所以利用此種方法在經濟性考量下是最 可行的（蕭登元，2003，p2-11）。
區域物質計算(Regional Material Accounting，RMA)為 MFA 的應用，且概念 大致相同。進行RMA 時，必須先界定系統的邊界(system boundary)：為一個區 域（或是一個集水區）的水平地理邊界，並包括垂直的行星邊界層或是大氣層， 以及系統內的地下層，如第一層的地下水。在邊界之內，過程(process)所描述的 為系統內與質量循環有關的所有活動(activity)，定義為物質的傳輸、轉換或儲 存。區域物質計算的時間尺度可任意選擇，一般選擇以年作為資料收集的基礎 (Zessner M. et al，1996)。
Zessner M.等人(1996)應用 RMA 的概念平衡 Upper Austria 河川中氮的流 動，指出在許多的報告中預估已開發國家的河川流域中，其營養鹽的負荷（特別 是氮）逐漸增加，有些甚至快速增加。像是歐洲的多瑙河流域，在1960 至 1990 年間，氮的負荷增加了10 倍，磷的負荷增加了 13 倍。剛思考這個問題時，會認 為人口的改變為該現象的驅動力，但該地區在該時段的人口增加率小於20%，因 此單就人口增加而言，無法解釋氮負荷的增加。額外的因素還包括生活形態的改 變、排水系統中土地與水的交互作用，以及人類排泄物使用型態隨時間的改變。 由此衍生出來的問題包括：我們可以找出一個合理且具有足夠證據的方式，指出 哪些活動是造成氮排到水環境中的主因？是哪些人造成這樣的行為？如何利用 RMA 準確描述造成氮負荷增加的來源與原因？我們如何將點源與非點源排放的 研究加以整合？同樣的概念適用於河川中BOD5、SS、NH3-N 等水質的管理。
1.2 大漢溪流域範疇界定 大漢溪原名大嵙崁溪，主流長135 公里，流域面積 1163 平方公里，平均坡 度 1/37，發源於品田山，流經新竹縣之尖石鄉、關西鄉與桃園縣之復興鄉、龍 潭鄉、龜山鄉、大溪鄉，及台北縣之三峽鎮、鶯歌鎮、樹林鎮、土城市、板橋市、 新莊市、三重市，於江子翠匯入淡水河。其上游泰崗溪與白石溪在秀巒會合後稱 秀巒溪，流經高台後稱玉峰溪，至三光納入三光溪，以下稱為大漢溪。主要支流 有永福溪（又稱烏塗窟溪）及三峽河。本流上游為石門水庫集水區，集水面積 759 平方公里；水庫上游主河道已建有巴陵、榮華與義興三座攔砂壩（陳明 業,2002,p16）。大漢溪自大漢溪口至浮洲橋屬感潮河段，長約 9 公里。 本流域上游為山谷地﹐中下游為台地及沖積平原﹐境內交通發達﹐中下游地 區工廠林立﹐人口密集﹐土地高度開發﹐屬大台北都會區﹐地位日趨重要。從發 源地至石門水庫水體分類為甲類，石門水庫至板新水廠取水口水體分類為乙類， 板新水廠取水口至浮州橋水體分類為丙類，浮州橋至匯流口水體分類為丁類（李 宜欣，2002，p2-4）。 1.3 大漢溪 BOD5、SS 物質流資料之蒐集與估計 1.3.1 大漢溪水質監測資料的取得 淡水河流域內之水質監測站網分別由有關單位依其業務需要及監測目的的 不同而設立，自民國58 年由台北市衛生下水道工程處辦理淡水河污染調查的研 究開始，陸續有台灣省環保處、台北市環保局、前經濟部水資會、行政院環保署、 台北縣環保局及台北水源特定區管理委員會等單位都曾在淡水河流域進行水質 監測工作，而省自來水公司及台北自來水事業處亦定期檢驗水源區之水質（環保 署，1998，p9-35）。自 81 年起因為環保署進行水質監測工作，因此部分機關停 止水質監測工作，目前尚在大漢溪監測單位包括：台北市環保局、行政院環保署、 台北縣環保局、省自來水公司及台北自來水事業處等六處。台灣目前的水質主管 機關為環保署，在各主要、次要河川設有水質監測站，定期採樣分析DO、BOD5、 SS、NH3-N、pH、大腸桿菌群、導電度、水溫、COD、氯鹽、濁度（以上為每 月採樣一次）、總磷、總氮、TKN、NO3-N、NO2-N、重金屬（以上為每季採樣 一次）等水質分析項目。大漢溪、三峽河與淡水河本流目前由環保署設置的水質 測站相關資料如表1。 表1 淡水河本流與大漢溪各水質測站 測站編號 測站名稱 所在河川名稱 與匯流口距離(公里) 經度 緯度 1004 淡水河口* 淡水河本流 2.25 121 25 19 25 10 21 1003 關渡橋* 淡水河本流 6.95 121 27 27 25 07 28 1002 重陽橋* 淡水河本流 14.15 121 30 09 25 05 03
1001 忠孝橋* 淡水河本流 18.00 121 30 14 25 03 25 1017 新海橋* 大漢溪 2.53 121 27 17 25 02 00 1016 浮洲橋＊ 大漢溪 8.65 121 26 07 24 59 42 1039 後村圳取水口 大漢溪 19.77 121 22 58 24 57 34 1015 三鶯橋 大漢溪 20.59 121 21 08 24 56 37 1014 板新取水口 大漢溪 22.89 121 20 34 24 55 47 1013 大溪橋 大漢溪 32.51 121 17 11 24 53 18 1036 後池堰 大漢溪 40.78 121 15 26 24 49 29 1042 三峽橋 三峽河 5.00 121 22 29 24 56 05 1041 醒心橋 三峽河 8.00 121 23 29 24 54 37 資料來源：環保署水質保護處網站。 註1：與匯流口距離為距離入海口或下游河川匯流處之長度 註2：＊者表感潮河段監測站。 1.3.2 大漢溪水量資料的取得 大漢溪水文水資源主管機關為水利署，於各主要、次要河川設有水文監測 站，每日監測紀錄河川流量、水位，並定期測定含砂量、河川段面等項目。目前 仍運作中的流量測站如表2。由於目前水質與流量測站除三鶯橋同時具備外，其 他測站未能同時取得水質與水量資料，因此必須假設新海橋之流量為三鶯橋、橫 溪、三峽河、大漢溪沿岸市鎮排水量之總和，進行大漢溪邊界（新海橋）流量之 推估。 表2 大漢溪與三峽河水量測站（由上游至下游排序） 站號 站名 縣市 所在河川 名稱 集水面積 (公頃) 標高(m) 記錄年份 統計年數 1140H001 玉峰 (馬利哥灣) 新竹縣 大漢溪 33529 688 1936~1941， 1957~2002 52 1140H002 稜角 桃園縣 大漢溪 10776 525 1937~1941， 1957~2002 51 1140H041 秀巒 新竹縣 大漢溪 11593 827 1957~2002 46 1140H043 高義 桃園縣 大漢溪 54203 438 1957~2002 46 1140H054 霞雲 桃園縣 大漢溪 62280 249 1963~2002 40 1140H067 三鶯橋 台北縣 大漢溪 84200 33 1970~2002 33 1140H048 三峽(2) 台北縣 三峽河 12534 30 1957~2002 46 1140H049 橫溪 台北縣 三峽河 5288 20 1958~2002 45 資料來源：水利署，水文水資源資料管理供應系統；本研究整理
1.3.3 文獻中的水質水量資料的取得 官方統計資料不足之處必須參考各研究單位過去所委託計畫中採樣成果，雖 然涵蓋範圍多為大漢溪下游截流站與抽水站以及板新水質水量保護區，對於三鶯 橋以上河段資料缺乏，但因為大漢溪污染主要來源為三鶯橋以下河段，因此可參 考文獻中的資料，作為市鎮廢水對河川污染量的計算。 （二）淡水河與高屏溪流域之水資源分析 2.1 水文量 過去針對台灣地區水資源分析的研究，以台灣為一水平衡系統，視降雨為流 進，蒸發量、河道逕流量及地下水補助量為分量，歷年水文量之關係，如圖2。 其中降雨、皿蒸發及河道逕流量可由中央氣象局及水利署等監測資料取得，地下 水補注量迄今尚無實測的資料，而過去的研究均以每年40 億噸為計算值。由過 去相關文獻中提整理如表3。台灣地區歷年水文量資料中，每年的各水文分量需 滿足水平衡關係，即 0 O I− = (1) 降水量－河道逕流量－蒸發散損失量－地下水補注量＝0 (2) 圖 2 台 灣 地 區 民 國 38∼ 79 年 平 均 水 資 源 供 應 資料來源：經濟部台灣地區水資源開發綱領計畫 表 3 台 灣 地 區 歷 年 水 文 量 及 水 資 源 可 供 應 量 （單位：億噸） 水文量 水資源可供應量 年份 （民國） 年降 (1) 水量 (2) 年逕 流量 (3) 地下水 補注量 (4)=(1)-(2)-(3) 年蒸發散 損失量 (5) 地下水 抽用量 (6) 地面水 利用量 (7)= (5)+(6) 年總供 應水量 降雨量 905 （100％） 歷年平均蒸發損失量 197 河道逕流量 668 歷年平均滲入地下水量 40 74％ 21％ 5％ （水量單位：億噸）
69 578 372（64％） 40（7％） 166（29％） 38（23％） 124（77％） 162 70 1066 775（73％） 40（4％） 251（24％） 38（23％） 128（77％） 166 71 827 608（74％） 40（5％） 179（22％） 38（22％） 133（78％） 171 72 833 612（73％） 40（5％） 181（22％） 42（22％） 149（78％） 191 73 864 621（72％） 40（5％） 203（23％） 42（23％） 142（77％） 184 74 1038 742（71％） 40（4％） 256（25％） 41（22％） 143（78％） 184 75 931 671（72％） 40（4％） 220（24％） 41（22％） 143（78％） 184 76 882 634（72％） 40（5％） 208（24％） 41（22％） 142（78％） 183 77 900 648（72％） 40（4％） 212（24％） 63（34％） 123（66％） 185 78 839 605（72％） 40（5％） 194（23％） 63（33％） 127（67％） 190 79 1132 862（76％） 40（4％） 230（20％） 63（32％） 133（68％） 195 80 762 531（70％） 40（5％） 191（25％） 71（40％） 104（59％） 176 81 943 678（72％） 40（4％） 225（24％） 71（40％） 105（59％） 177 82 592 381（64％） 40（7％） 171（29％） 71（42％） 100（58％） 171 83 947 677（71％） 40（4％） 230（24％） 71（40％） 105（60％） 176 84 689 490（71％） 40（6％） 159（23％） 57（30％） 131（70％） 188 85 1030 733（71％） 40（4％） 257（25％） 59（33％） 122（67％） 181 86 786 558（71％） 40（5％） 188（24％） 63（35％） 118（66％） 180 87 1196 834（70％） 40（3％） 322（27％） 59（35％） 109（64％） 169 88 749 532（71％） 40（5％） 177（24％） 57（34％） 111（66％） 169 89 840 599（71％） 40（5％） 201（24％） 57（32％） 121（68％） 178 90 1108 825（74％） 40（4％） 243（22％） 57（31％） 128（69％） 185 （資料來源：水利署-台灣地區水資源永續發展指標綜合性評估專家座談資料， 與本研究整理） 由每年的降水量、河道逕流量及假設每年均為40 億噸的地下水補注量條件 下，可求得蒸發散損失量。在這些水文量中河道逕流量與蒸發散量值得進一步探 討：河道逕流量實為地表水利用量與流入海洋水量之和，其監測之位置將影響河 道逕流量的計算，而蒸發散損失量歷年來皆以其他三個水文量推算而得。當河道 逕流量有量測上的不確定性及地下水補注量未知，且蒸發散損失量既非實測、推 估上有其不確定性時，則蒸發散損失量必須進一步釐清。在一年之時間尺度下， 方程式(2)之平衡關係未必成立，尚必須考量土壤水分之變化。 水文循環中蒸發散量往往以蒸發皿量測值為依據，然而，從許多中央氣象局 監測資料中可見有些測站年皿蒸發量往往大於年降雨量，因此即有相關人員下結 論說有沙漠化危機，其實是皿蒸發量並非實際蒸發散量所致。實際監測之皿蒸發 量資料可用於湖泊及水庫等蒸發量之估算，但不適用於推估地表土壤與植生的蒸 發散量，主要因水分於水體或土體中受蒸發的機制並不相同。其次，如全省地下 水補注量多年來以40 億噸為每年計算值亦不甚合理，地下水補注量為地表水入 滲至地下的水量，其量的多寡與土地利用型態及土層特性等有關。其中，土地利
用型態隨時間受人為活動直接影響地下水補注量甚大，而並非定值。因此，蒸發 散量及地下水補注量推估的不確定性將影響後續水資源可供應量計算的不確定。 2.2 水資源可供應量與需求量 水資源可供應量則除上述水文分析外，尚須加入人為水利設施與供水系統方 可決定，分為貯藏在地面及地下的水量，兩者貯藏水量的多寡將視降雨量及本身 的容積而定。水資源需求與社會與經濟發展有關，為農業、工業及民生實際需用 水量的總和，其需用量隨人口增加及產業發展而逐年增加，與水資源可供應量相 較下，還會不斷地增加。 3 水資源分析方法 有關水資源供需部分，本研究以物質流分析中基於質量守恆原則，藉以描述 物質流入系統與流出系統及在系統中的生產能力，以推估水量之流向與各產業的 流量。配合系統動力模式可模擬物質隨時間演進的情形；透過單元化，將建立一 水資源系統。藉由系統動力模式之單元元件可了解水資源質量平衡的情形，目前 本研究分別針對北部地區淡水河流域及南部地區高屏溪流域水資源供水系統建 立初步的系統動力模式。 水資源系統與時間具密切的連動關係，而系統動力模式之優點在於處理時間 變化的因素，因此系統動力模式是一個非常適合應用於水資源系統研究的工具。 現代的系統動力動態學軟體（如 Vensim）在操作上比一般的語言程式簡單，優 勢在於運用視窗化的操作介面可輕易的建立起所需的系統模式架構圖，清楚呈現 系統的整體架構以及透過圖形呈現連接關係，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。水資源系統架構非常複雜，若是能將每個相關因子元件化，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，並 透過此模式，輕易地針對各項策略，探討水資源系統變化之情形。
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。
本研究採用水平衡法(Water Balance Method)作為分析工具，所謂的水平衡法 是指於某一特定區域內，於某一時間中，水之流入(Input)與流出(Output)之間平 衡關係，而依據的原理為質量不滅定理。當界定出集水區範圍也就是訂出特定空 間後，再來就要決定時間尺度。由於短時期的水平衡分析牽涉到地下水變動量，
而地下水變動量與地下水位變化、地質特性等因素有關，而大部分地下水觀測井 都分佈於下游之台北地區，少有分佈在上游地區，故所能蒐集的地下水資料非常 少，因此本研究針對長時期之水平衡關係作一分析：對於長時間尺度，可以假設 地下水變動不大，處於平衡狀態。一般來說集水區的水平衡法，其公式如下：
P+GI=E+O+Go+∆S 或 E=( P+I+GI)- (O+Go)-∆S
其中 P：降水量、I：地表水流入量、GI：地下水流入量、E：蒸發散量、 O：集水區流出量、Go：地下水流出量、∆S：集水區貯蓄改變量。 在研究區域新店溪流域中共有福山、下盆、桶後、四堵、泰平、坪林、雙連 埤、四十份、屈尺九個雨量測站，但由於資料的缺乏及各個測站記錄資料的年份 有所不同，最後選定桶後、屈尺、泰平三個雨量測站作為推估本區域降雨量資料 來源，分析時間設定為1990 年至 1999 年，並以徐昇氏法計算出三個雨量測站的 控制面積，進而求出整個集水區1990 年至 1999 年十年來所累積之總降雨量 P。 至於地下水流入量(GI)、 地下水流出量(Go)，假設為處理動態平衡的狀態，也就 是地下水流入量等於地下水流出量，GI=Go。本研究區域內會影響貯蓄量(∆S)的 因子為翡翠水庫。若分析時間縮短為一年，藉由翡翠水庫年初與年末的水位差， 可推算出翡翠水庫貯蓄量的改變，也就是此集水區的∆S，但由於這裡所要探討 的時間尺度屬於長期性的，故將假設∆S 為零。 另外在集水區流出量(O)方面，主要代表系統的流出量。本研究分析的系統 為秀朗測站集水區，因此系統流出的水量都會通過秀朗測站。故先找到秀朗測站 之流量資料後，便可計算出集水區在1990 年至 1999 年流出的總量 O。 上述因素都屬於大自然水文循環之範疇，另外還有一項人為因素，屬於此系 統之流出(Output)：秀朗測站上游處有兩取水口，分別為直潭、青潭取水口，因 此在取水量方面將以臺北自來水事業統計年報的資料為主，將長興淨水場、公館 淨水場、直潭淨水場實際供水量在1990 年至 1999 年之間加總，求出這十年來取 水之總量。確定了水平衡法各個項目後，將整個水平衡法(Water balance method) 重新改寫成
P=E+O+U
三、研究成果
（一）淡水河流域大漢溪之BOD5、SS 物質流分析 由大漢溪各水質測站資料可知目前污染物質濃度最高為浮洲橋與新海橋測 站附近，到忠孝橋下以下河段濃度降低。由河川污染程度分類，BOD5 大於 15 為嚴重污染，介於5 至 15 為中度污染，介於 3 至 4.9 為輕度污染來看，後村圳 取水口至忠孝橋之間為中度污染至嚴重污染，如圖 3、圖 4 為 92 年 7 月至 93 年6 月各測站 BOD、SS 監測值分佈。 B O D 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 距 淡 水 河 口 ， k m m g / L 9 3 0 6 9 3 0 5 9 3 0 4 9 3 0 3 9 3 0 2 9 3 0 1 9 2 1 2 9 2 1 1 9 2 1 0 9 2 0 9 9 2 0 8 9 2 0 7 後 池 堰 大 溪 橋 板 新 取 水 口 三 鶯 橋 後 村 圳 取 水 口 浮 洲 橋 新 海 橋 忠 孝 橋 重 陽 橋 淡 水 河 口 測 站 關 渡 橋 圖3 92 年 7 月至 93 年 6 月大漢溪後池堰至淡水河口 BOD 濃度變化 S S 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 距 淡 水 河 口 ， k m m g /L 9 3 0 6 9 3 0 5 9 3 0 4 9 3 0 3 9 3 0 2 9 3 0 1 9 2 1 2 9 2 1 1 9 2 1 0 9 2 0 9 9 2 0 8 9 2 0 7 後 池 堰 大 溪 橋 板 新 取 水 口 三 鶯 橋 後 村 圳 取 水 口 浮 洲 橋 新 海 橋 忠 孝 橋 重 陽 橋 淡 水 河 口 測 站 關 渡 橋 圖4 92 年 7 月至 93 年 6 月大漢溪後池堰至淡水河口 SS 濃度變化 在BOD、SS 物質流分析方面，由初步分析得知以水質乘以流量法所建立的 河川水質物質流分析，主要有兩項參數：水質資料與流量資料。對於水質資料而 言，由於後池堰至新海橋測站間具備7 個測站，因此水質變化趨勢可明顯得知。 就流量資料而言，除三鶯橋測站具備流量測量外，其餘測站必須透過其上游流量 測站資料的推估，方能獲得通過該水質測站的流量資料。雖然以此法所計算的 BOD5、SS 通量會隨著水量的變化而有所起伏，但由大漢溪沿岸的截流站廢水排 放資料可知，位於浮洲橋與新海橋之間的截流站，每日BOD5排放量佔大漢溪沿岸有紀錄截流站總排放量約72%，每日 SS 排放量佔大漢溪沿岸有紀錄截流站總 排放量約 70%。其他未經記錄之 BOD5、SS 物質來源包括大漢溪兩岸住家、工
廠排放量、天然來源等，但因缺乏統計數據，因此只能以新海橋水質測站所計算 出之BOD5、SS 物質總量（表 5）扣除截流站排放量（表 4）推估之。西元 1992
年至1999 年每日通過新海橋 BOD5之通量介於30671kg/day 至 87898kg/day；SS
通量介於78873kg/day 至 860165kg/day。由此計算未經紀錄排放量之 BOD5約介
於3310kg/day 至 81000kg/day，SS 約介於 12000kg/day 至 5440000kg/day。本研 究所推估後池堰（距淡水河口 61.78km）至新海橋（距淡水河口 23.53km）之 BOD5、SS 物質流空間分佈趨勢如圖 5、6 所示。 表4 後池堰至新海橋水質測站間每日來自截流站 BOD5、SS 排入量推估值 項目 單位 第一季 第二季 平均 SS kg/day 71892.91 62001.61 66947.26 BOD5 kg/day 33977.57 20730.12 27353.84 表5 西元 1992 年至 2000 年每日通過新海橋之 BOD5、SS 平均通量 kg/day kg/day
年份 BOD flux SS flux
2000 108562.99 5507453.59 1999 31182.00 226473.71 1998 87898.15 860164.94 1997 55840.34 357867.69 1996 50550.63 422363.80 1995 45971.03 230746.22 1994 79919.98 302320.08 1993 30670.51 78873.31 平均* 54576.09 354115.68 *註：不包含西元 2000 數值 BOD5 0 5000 10000 15000 20000 0 10 20 30 40 50 60 距淡水河口，km T/year 2000 1999 1998 1997 1996 1995 1994 圖5 1994 年至 2000 年大漢溪上游至下游 BOD5年平均流量 後 池 堰 新 海 橋 浮 洲 橋
S S 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 900000 100000 0 0 10 20 30 40 50 60 距 淡 水 河 口 ， km T/ye a r 200 0 199 9 199 8 199 7 199 6 199 5 199 4 圖6 1994 年至 2000 年大漢溪上游至下游 SS 年平均流量 後續工作中將參考文獻的資料，並考慮污水下水道系統建立後之影響，建立 更詳細的水質物質流分析，納入永續性的探討。值得注意的是，大台北地區的抽 水站、截流站目前已有多處將廢水送往八里污水處理廠，因此未來的水質物質流 分佈將會與今日有所不同。 （二）淡水河與高屏溪流域之水資源分析 將流域所包含的上游之大型水庫、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，繪成完整的水資源系統，可將該系統圖表現 如圖7，其中虛線部分為規劃中之設施。根據此一概念，可建立對應的系統動力 模式，包括新店溪、大漢溪及高屏溪流域。以下僅列出大漢溪供 水 系 統 動 力 模 式 示 意 圖 （ 圖 8）。 圖 7 新 店 溪 與 大 漢 溪 水 資 源 系 統 示 意 圖 後 池 堰 浮 洲 橋 新 海 橋
ShihMen Reservoir TaHan river 2.1 rule flow point 2.7 point 2.8 point 2.9 point2.10 LungTan WTP ShihMen WTP PingChen WTP ShihMen Channel 2 ShihMen Channel 3 ShihMen Irragation Association TaoYuan Irragation
Association TaoYuanChannel
SanHsia Weir SanHsia river 2.1 SanHsia river 2.2 YuanShan weir TaHan river 2.4 TaHan river 2.6 point 2.11 AqueductTD AdquductYD DaNan WTP HouChih Weir volume-depth rule up (SM) rule down (SM) rule down seriously (SM) operation rules M5 DaNan Max Capacity PingChen Max
Capacity ShihMen Max
Capacity LungTan Max Capacity overflow YD Max Capacity ShihMen C. Max Capacity power station TD Max Capacity TaoYuan C. Max capacity SanHsia inflow TaHan inflow power energy generating plan the needed flow for
generating <volume-depth> <rule down seriously (SM)> SH I.A rule TY I.A rule <volume-depth> <rule down seriously (SM)> TaHan river 2.3 point 2.3 TaHan river 2.5 YuanShan sideflow <TaHan inflow> <day-tendays> <ShihMen I.A. Agri.
water Demand> <Non-agri. Water Demand> <Agri. Water
Demand>
<TaoYuan I.A. Agri. Water Demand> <Proportion of DaNan WTP Responsibility> <Proportion of DaNan WTP Responsibility> <Non-agri. Water Demand of ShihMen C.> <Proportion of LungTan WTP Responsibility> <Proportion of ShihMen WTP Responsibility> <Proportion of PingChen WTP Responsibility> PanHsin Max Capacity pointP AqueductSP AqueductYP PanHsin WTP YP Max
Capacity SP Max Capacity
<Total Water Demand of PanHsin> AqueductHP point 2.2 point 2.1 TaHan river 2.2 ShihMen Channel 1 <plan1> <plan2> 圖 8 大 漢 溪 供 水 系 統 動 力 模 式 示 意 圖 由於篇幅所限，在此以新店溪流域為例，說明水平衡分析之結果。藉由桶後、 屈尺、泰平三個雨量測站的雨量資料，利用徐昇氏法求出西元 1990 年至 1999 年降雨總量約為279 億立方公尺，而在秀朗測站所測得的流量資料，總共為 151 億立方公尺，長興淨水場、公館淨水場、直潭淨水場取水總量約為82 億立方公 尺，將降雨總量P 扣除秀朗測站流量總量及取水總量，剩下約 46 億立方公尺便 為蒸發散量，也就是說在這十年來，從大氣中所降下的總水量，會有54.2%會變 成逕流量，29.61%是所謂的用水量，蒸發散量佔了 16.19%，如圖 8 所示。 圖 8 水 量 比 例 分 配 圖 5 4 . 2 0 % 2 9 . 6 1 % 1 6 . 1 9 % 總降雨量 5 4 .2 0 % 2 9 .6 1 % 1 6 .1 9 % 總取水量 總逕流量 總蒸發散量
由此可見新店溪流域水資源使用的比例並非很高，佔總降雨量的 29.61%， 主要因為台灣河川的特性為河流短促、雨水停留時間短，大部分的降雨都形成逕 流而流向大海。雖然建立水庫是利用水資源的一個方式，但近年來環保意識抬 頭，加上建立水庫會嚴重破壞生態環境，因此若能夠透過水資源的調配，增加水 資源的利用率，除了不會破壞生態環境，還可以增加可供水量，達到善用水資源 的目的。 在大自然水文循環的過程中，從大氣降雨至地面時，雖有部分水量形成截留 及窪蓄，但拉長時間尺度時，此部分的水量會變成蒸發散量或入滲量，因此進行 長時期水平衡分析時，並不將此兩項因素納入考量。若牽涉人為因素，例如利用 埤塘蓄水以供給用水，則所謂的窪蓄最後並不會全部流回大自然系統。目前由於 資料的缺乏，因此本研究僅針對新店溪流域作水平衡關係的探討，類似的流程可 應用在大漢溪流域。值得一提的是，大漢溪流域內有許多埤塘或私人挖掘之貯水 池，用來補充農業用水量的不足。因此，大漢溪流域之水資源供需並不像新店溪 流域很只透過兩個取水口汲水以供給用水，故未來若有相關的研究資料，將有助 於分析大漢溪流域的水平衡關係。而短時期的水平衡分析，主要困難在於地底下 水流動情形複雜，若是能建立一套地下水井觀測網，藉由地下水位的變化及地質 參數的推估，進而求得地下水量的變化量，便能得知地下水流入量(GI)、 地下 水流出量(G0)之值，集水區貯蓄改變量(∆S)也可以由此集水區內蓄水設施的水量 變化求得。當各項目的值一一確定後，則短時期水平衡分析也能迎刃而解。
四、成果應用與建議
1、目前水質與流量統計單位分別為行政院環境保護署與經濟部水利署，因此除少數測 站外，同一測站資料無法同時取得水質與流量資料，這對於各水質的物質流分析而 言，形成多重的障礙。且環境資料的整合為河川管理的基本工作，在建立環境知識 庫的過程中對於官方統計資料的需求相當大，因資料的缺乏（數據品質不足、缺測 等）會造成許多仰賴此資料計算的指標無法進行。此一問題於多年前的文獻中已提 及，至今未見改善之處，因此建議相關單位儘早做好整合的工作，便利環境統計使 用者。 2、根據水質乘以流量法所進行的河川水質物質流分析，得知 BOD5通量以三鶯橋至新 海橋測站之間逐漸升高，此應與該河段未經處理的家庭污水有關。通過新海橋的 SS 通量以浮洲橋測站附近最高。西元 1992 年至 1999 年每日通過新海橋之 BOD5之通量介於30671kg/day 至 87898kg/day；SS 通量介於 78873kg/day 至 860165kg/day。 3、由初步分析得知以水質乘以流量法所建立的河川水質物質流分析，主要參數包含兩 因子：水質資料與流量資料。對於水質資料而言，由於後池堰至新海橋測站間具備 7 個測站，因此水質變化趨勢可明顯得知。就流量資料而言，除三鶯橋測站具備流 量測量外，其餘測站必須透過其上游流量測站資料的推估，方能獲得通過該水質測 站的流量資料。因此所計算出結果趨勢會傾向於與流量正相關，尤其於高流量時期 最明顯，此為本研究後續討論範圍。 4、後續研究中將會參考文獻的資料，建立更詳細的水質物質流，並納入永續性的探 討。值得注意的是，大台北地區的抽水站、截流站目前已有多處將廢水送往八里污 水處理廠，因此未來的水質物質流分佈將會與今日有所不同。 5、利用徐昇氏法所求出西元 1990 年至 1999 年降雨總量約為 279 億立方公尺，而在秀 朗測站所測得的流量資料，總共為151 億立方公尺，長興淨水場、公館淨水場、直 潭淨水場取水總量約為82 億立方公尺，將降雨總量扣除秀朗測站流量總量及取水 總量，剩下約46 億立方公尺便為蒸發散量，也就是說在這十年來，從大氣中所降 下的總水量，會有 54.2%會變成逕流量，29.61%是所謂的用水量，蒸發散量佔了 16.19%。 6、新店溪流域水資源使用的比例並非很高，佔總降雨量的 29.61%，主要因為台灣河 川的特性為河流短促、雨水停留時間短，大部分的降雨都形成逕流而流向大海。雖 然建立水庫是利用水資源的一個方式，但近年來環保意識抬頭，加上建立水庫會嚴 重破壞生態環境，因此若能夠透過水資源的調配，增加水資源的利用率，除了不會 破壞生態環境，還可以增加可供水量，達到善用水資源的目的。 7、區域物質計算的過程，需要大量統計資料的支持。因此本研究在缺乏許多統計數據 的條件下，從文獻中蒐集相關資料，進行河川BOD5、SS 物質流以及水資源分析。 藉由方法論的建立，期能提供後續研究的基礎。
五、參考文獻
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