國立臺灣大學生物資源暨農學院 生物環境系統工程學研究所
博士論文
Graduate Institute of Bioenvironmental Systems Engineering College of Bioresources and Agriculture
National Taiwan University Doctoral Dissertation
韌性社區供水系統氣候風險評估與調適能力建構方法 之發展
Methodology Development on Climate Risk Assessment and Adaptive Capacity Building of Water Supply System
in Resilient Community
李苑華 Yuan-Hua Li
指導教授：童慶斌 博士 Advisor: Ching-Pin Tung, Ph.D.
中華民國 106 年 12 月
December 2017
謝誌
在完成博士論文的過程中受到許多人的鼓勵與幫助，謹以此謝誌表達我由衷 的感謝。首先非常感謝指導教授童慶斌老師，在博士班期間花費了大量的時間與我 討論，給予許多重要的意見，同時訓練我思考問題的邏輯，以及做研究的方法與態 度，在我想要放棄時給予鼓勵，感謝人生中能夠遇到童老師，讓我的博士生涯收穫 良多。另外非常感謝口試委員游保杉老師、吳瑞賢老師、李明旭老師與詹士樑老師 撥空參與論文學位考，給予寶貴的建議，讓這本論文更加完善，也感謝胡明哲老師 在博士資格考時提供研究改進的方向。
永續發展研究室的每個人都是我研究生活的好夥伴，當研究遇到瓶頸時互相 鼓勵，一起討論問題。謝謝學長姐們子明、宛渝、嘉佑、啾啾，一起進研究室的瀉 藥、瓜瓜、柏勳，助理們小黑、澔澔、阿狗、小天才、彭彭、阿璇、鈺涵、秉宸，
幫忙處理大小事的玫君學姊，學弟妹們唯瑄、馨儀、郁茹、黃蓉、旭杰、育全、軒 德，另外感謝尊麟、宗毅、孟慧協助我口試，以及其他研究室夥伴，很開心有大家 相伴，祝福大家未來一切順利。
生工 B96 一起度過人生中最青春的大學四年，感謝大家讓我的大學生活充滿 歡樂。在德國研究交流期間，認識其他領域的博士生，讓我增廣見聞，大家一起在 德國上課，互相分享國外生活的點點滴滴，而同為博士生更能體會研究的艱辛，大 家在研究路上能夠互相鼓勵，是難能可貴的緣分。特別珍惜和蔡思屏、陳柏廷兩位 的友誼，一起在歐洲許多國家留下回憶，也感謝二位在我研究遇到挫折時，鼓勵我 繼續堅持下去。另外感謝在德國Stefan、Kerstin、Josi、Theresa 一家人的照顧，接 納我融入你們的家庭，讓我能夠深入體驗德國文化，這段時間是人生中難忘的回憶。
謝謝我最愛家人，總是在背後默默的支持並包容我，關心我的身體健康，你們的愛 是我前進的動力。最後感謝我自己，在無數次想要放棄的時候堅持下來，這一路以 來辛苦了。以這本論文感謝求學路上相遇的每個人，並以感恩的心期許自己未來在 社會上能發揮所長並貢獻所學。
摘要
氣候變遷對水資源造成顯著衝擊與高度不確定性，各領域之決策者必須選擇 智慧且彈性之調適方法。為了降低氣候變遷的影響，發展氣候變遷調適之標準流程 作為基礎。針對水資源面向，本研究韌性社區定義為「氣候變遷下供水系統具有高 回復力與低脆弱度之社區」。本研究以新竹縣信勢社區設計為示範案例，執行供水 系統之氣候調適流程。首先設定韌性社區之關鍵議題為供水風險，並分析新竹地區 之歷史缺水事件以決定主要風險成因。接著建構社區供水系統模式和社區水資源 評估指標系統，應用於評估現況供水風險，而兩者進一步應用低頻率氣象合成模式 產生之基期與未來氣象資料，評估未來供水風險。對應風險成因提出社區供水調適 措施選項，以強化社區之韌性，由調適目標與調適選項價值決定調適路徑圖。最後 實行並監視調適路徑，以預防偏離調適路徑，當預料以外的情況發生時，需要調適 路徑修正計畫。
本研究應用設計案例測試調適流程並發展工具。發展社區供水系統模式模擬 社區供水情形以及與外部供水系統之關聯。評估指標系統評估社區水資源情況，包 含節水率、支撐延時、水分利用效率。而評估未來風險所需之基期與未來氣候情境，
由低頻率氣象合成模式繁衍出維持月統計和低頻率特性之日氣象資料。由選擇權 定價模型量化調適選項建立調適路徑。本研究為韌性社區供水系統所發展之調適 流程、評估指標系統和模擬模式，能夠協助決策者評估社區供水風險及建構氣候調 適能力。
關鍵詞：韌性社區、低衝擊開發、評估指標系統、調適能力建構、調適路徑
Abstract
Climate change causes significant impacts on water resources with high uncertainty.
Decision makers in all sectors must choose wise and flexible adaptation method. For reducing the impacts of climate change, the standard procedure to develop climate change adaptation is the basis. In the water resources aspect, the resilient community in this study is defines as the water supply system of community with high resilience and low vulnerability in changing climate. This study used a design case which is analogous to the Xingshi village in Hsinchu, Taiwan, to demonstrate the adaptation procedure of water supply system. First of all, the key issue is the risk of water supply in the resilient community, and the historical water shortage events in Hsinchu are analyzed for determining the major causes of risk. The community water supply model and performance indicator system are constructed for assessing the current risk of water supply. And then they are further applied with the low frequency weather generator for generating baseline and future weather data to assess the future risk of water supply.
Corresponding to the causes of risk, adaptation options are identified for enhancing the resilience of communities. The adaptation pathway map is decided by the setting target and the values of adaptation options. Finally, the adaptation pathway is implemented and monitored for preventing deviation from the adaptation pathway. When unexpected situations happen, the revision of adaptation pathway is needed.
In this study, the design case is used to test adaptation procedure and develop tools.
The community water supply model is developed to simulate water supply situation in the community, and its relationship with the external water supply system. The situation of community water resources is evaluated by the performance indicator system, including water saving efficiency, tolerance duration and water use efficiency. The low frequency weather generator is developed to produce daily weather data to hold the monthly statistics and the characteristics of low frequency for baseline and future climate scenarios to evaluate future risks. The adaptation pathways are established by using the option pricing model to qualify the values of adaptation options. The developed adaptation procedure, performance indicator system, and simulation models for the water supply system of a resilient community are proved to be able to help decision makers to assess the risk of water supply and build the adaptation capacity.
Keywords: Resilient Community, Low Impact Development, Performance Indicator System, Adaptive Capacity Building, Adaptation Pathway
目錄
謝誌 ... I 摘要 ... II Abstract ... III 目錄 ... IV 圖目錄 ... VIII 表目錄 ... X
緒論 ... 1
1.1 研究動機 ... 1
1.2 研究目的 ... 2
1.3 研究架構 ... 4
文獻回顧 ... 7
2.1 社區相關定義 ... 7
2.2 社區與區域水資源之關聯 ... 11
2.3 氣象合成模式相關文獻 ... 13
2.4 低衝擊開發設施 ... 15
2.5 社區供水調適選項 ... 18
2.6 調適路經相關文獻 ... 21
研究方法 ... 25
3.1 應用氣候調適六步驟於社區供水調適 ... 25
3.1.1 界定社區供水問題與設定目標 ... 28
3.1.2 評估與分析社區供水現況風險 ... 30
3.1.3 評估與分析社區供水未來風險 ... 32
3.1.4 界定與評估社區供水調適選項 ... 34
3.1.5 規劃與執行社區供水調適路徑 ... 36
3.1.6 監測與修正社區供水調適路徑 ... 38
3.2.3 雨水儲集系統 ... 44
3.2.4 水稻田 ... 45
3.2.5 地表逕流 ... 49
3.3 建立社區供水風險評估方法 ... 53
3.3.1 建立社區水資源評估指標系統 ... 54
3.3.2 應用低頻率氣象合成模式 ... 56
3.4 分析韌性社區供水調適選項 ... 59
3.5 建立韌性社區供水調適路徑 ... 64
3.6 監測與修正韌性社區供水調適路徑 ... 70
研究案例設計 ... 73
4.1 設計案例介紹 ... 73
4.2 社區供水系統模式參數設定 ... 75
4.3 SWMM 模式參數設定 ... 77
4.4 外部區域水資源系統模式介紹 ... 82
韌性社區調適能力建構案例 ... 85
5.1 界定問題與設定目標 ... 85
5.1.1 關鍵議題之界定 ... 85
5.1.2 目標之設定 ... 86
5.2 評估與分析現況風險 ... 88
5.2.1 歷史事件之風險分析 ... 88
5.2.2 利用現況資料進行風險模擬 ... 90
5.3 評估與分析未來風險 ... 95
5.3.1 設定氣候情境 ... 95
5.3.2 評估基期風險 ... 97
5.3.3 評估未來風險並與基期風險比較差異 ... 101
5.4 界定與評估調適選項 ... 107
5.4.1 界定調適選項 ... 107
5.4.2 評估調適選項 ... 109
5.5 規劃與執行調適路徑 ... 115
5.5.1 規劃社區供水調適路徑 ... 115
5.5.2 制定調適路徑執行計畫 ... 124
5.6 監測與修正調適路徑 ... 125
5.6.1 調適路徑監測計畫 ... 125
5.6.2 調適路徑執行檢覈計畫 ... 127
5.6.3 調適路徑修正計畫 ... 129
結論與建議 ... 131
6.1 結論 ... 131
6.2 建議 ... 133
參考文獻 ... 135
圖目錄
圖1-1 韌性社區供水系統之氣候調適六步驟 ... 5
圖2-1 調適路徑圖示意圖（Haasnoot et al., 2013） ... 22
圖3-1 步驟一：界定問題與設定目標 ... 28
圖3-2 步驟二：評估與分析現況風險 ... 30
圖3-3 步驟三：評估與分析未來風險 ... 32
圖3-4 步驟四：界定與評估調適選項 ... 34
圖3-5 步驟五：規劃與執行調適路徑 ... 36
圖3-6 步驟六：監測與修正調適路徑 ... 38
圖3-7 分析韌性社區與區域供水系統關係之流程 ... 40
圖3-8 韌性社區供水系統架構 ... 41
圖3-9 台灣家庭生活用水情形 ... 43
圖3-10 低水質需求之缺水量 ... 45
圖3-11 水稻田水平衡示意圖 ... 47
圖3-12 SWMM 中綠屋頂和透水鋪面之分層（SWMM manual, 2015） ... 50
圖3-13 透水鋪面分層示意圖 ... 51
圖3-14 以社區為治理觀點之供水風險成因 ... 53
圖3-15 氣象合成模式流程圖 ... 56
圖3-16 選擇權價值變化圖 ... 68
圖3-17 調適選項價值變化圖 ... 68
圖3-18 不同類型之調適目標曲線 ... 69
圖3-19 調適目標、評估指標和監測指標相互影響之示意圖 ... 70
圖4-1 台灣新竹湖口鄉信勢村空拍圖 ... 73
圖4-2 韌性社區相關模式之資料傳輸關係 ... 74
圖4-3 雨水儲集系統容量與對應之供水可靠度 ... 76
圖4-7 頭前溪系統動力模式架構圖（黃柏勳，2013） ... 83
圖5-1 新竹縣水資源領域調適行動（新竹縣地方氣候變遷調適計畫，2014） ... 86
圖5-2 家庭節水率之月平均 ... 92
圖5-3 連續不降雨日之月平均 ... 92
圖5-4 歷史與基期之水分利用效率 ... 99
圖5-5 歷史與基期之農業節水率 ... 100
圖5-6 歷史與基期之家庭節水率與支撐延時 ... 100
圖5-7 基期與氣候情境之水分利用效率 ... 103
圖5-8 基期與氣候情境之農業節水率 ... 103
圖5-9 基期與氣候情境之家庭非接觸節水率與支撐延時 ... 104
圖5-10 不同繁衍資料長度之雨量變化 ... 106
圖5-11 不同繁衍資料長度之農業節水率變化 ... 106
圖5-12 供水管網改善長程計畫之目標漏水率 ... 113
圖5-13 各調適選項組合之調適能力 ... 114
圖5-14 各調適選項組合在不同剩餘時間下之價值變化 ... 118
圖5-15 不同剩餘時間下各調適選項組合之價值變化 ... 119
圖5-16 穩定型之調適路徑 ... 120
圖5-17 不同類型的調適目標 ... 122
圖5-18 快速達成型之調適路徑 ... 122
圖5-19 緩慢達成型之調適路徑 ... 123
圖5-20 高目標型之調適路徑 ... 123
圖5-21 目標節水率達成情形 ... 128
圖5-22 轉換不同類型之目標節水率 ... 130
圖5-23 修正之調適路徑 ... 130
表目錄
表3-1 韌性社區供水系統之氣候調適六步驟工作表單 ... 26
表3-2 氣候調適步驟一之資料、工具與產出表 ... 29
表3-3 氣候調適步驟二之資料、工具與產出表 ... 31
表3-4 氣候調適步驟三之資料、工具與產出表 ... 33
表3-5 氣候調適步驟四之資料、工具與產出表 ... 35
表3-6 氣候調適步驟五之資料、工具與產出表 ... 37
表3-7 氣候調適步驟六之資料、工具與產出表 ... 39
表3-8 水稻不同生長時期之生育度數、作物係數及湛水深 ... 46
表3-9 SWMM 中 LID 設施之分層（SWMM manual, 2015） ... 50
表3-10 社區供水系統之調適選項 ... 63
表3-11 選擇權種類 ... 65
表3-12 調適案例對應選擇權之種類 ... 66
表3-13 B-S model 對應調適路徑之參數定義 ... 67
表4-1 案例社區之土地利用情形 ... 73
表4-2 雨水儲集系統之供水可靠度對應容量與家庭節水率 ... 76
表4-3 設計案例之 SWMM 入滲參數 ... 78
表4-4 設計案例之 SWMM 土地利用參數 ... 78
表4-5 設計案例之 SWMM 通用參數 ... 78
表4-6 案例社區綠屋頂之相關參數（Qin et al., 2013） ... 81
表4-7 案例社區透水鋪面之相關參數（Zhanga and Guo, 2014） ... 81
表5-1 新竹地區近年來遭遇之缺水風險與成因 ... 89
表5-2 韌性社區現況風險評估之設計案例 ... 90
表5-3 韌性社區現況之家庭節水率 ... 91
表5-4 韌性社區現況之農業節水率 ... 93
表5-8 韌性社區未來風險評估之設計案例 ... 96
表5-9 氣象合成模式產生日雨量之統計特性 ... 97
表5-10 氣象合成模式產生之月雨量 ... 98
表5-11 氣象合成模式產生之一期作與二期作總雨量 ... 98
表5-12 氣象合成模式產生之連續不降雨日與年雨量 ... 98
表5-13 比較氣象合成模式之指標結果 ... 100
表5-14 氣候情境下未來雨量變化 ... 101
表5-15 氣候情境下外部系統可供水量與節水率變化 ... 101
表5-16 基期與氣候情境下農業與家庭風險值 ... 102
表5-17 一期作雨量與農業相關指標結果之相關性 ... 105
表5-18 二期作雨量與農業指標結果之相關性 ... 105
表5-19 年雨量與家庭指標結果之相關性 ... 106
表5-20 量化社區供水之調適選項 ... 108
表5-21 一般用水器材與省水器材之節水率比較表 ... 110
表5-22 家庭省水器材之省水量 ... 110
表5-23 各農田水利會轄內平均輸水損失率 ... 111
表5-24 各行政區域轄內自來水管線漏水率 ... 112
表5-25 不同調適選項組合之農業與家庭節水率 ... 113
表5-26 不同調適選項組合之有效期 ... 116
表5-27 B-S model 應用於社區供水調適路徑之參數說明 ... 116
表5-28 各項調適選項可能之主辦與協辦單位 ... 124
表5-29 調適路徑監測計畫之風險監測 ... 126
表5-30 調適路徑監測計畫之調適措施監測 ... 126
表5-31 調適路徑之執行時程 ... 128
緒論
1.1 研究動機
全球各地極端天氣發生頻率與強度增加，台灣在2001 年 9 月納莉颱風造成台 北市嚴重淹水，隔年春天北部又發生嚴重乾旱，進入第三階段限水；2004 年艾利 颱風為石門水庫帶來高濁度原水，造成桃園地區連續缺水17 天；2009 年莫拉克颱 風除了造成複合型災害，對水資源供給系統及公共衛生也產生衝擊；2015 年乾旱 事件導致北區水資源管理進入第三階段限水，民生用水採取供五停二之管理措施，
嚴重乾旱地區農業全面休耕，工業生產也必須配合節水，影響層面極大。2015 年 6 月台北市公館地區曾發生時雨量達 131.5 mm 之暴雨，但台北市下水道設計標準 為時雨量78.8 mm，導致台北地區嚴重淹水。極端天氣誘發許多環境災害，影響生 態環境之永續性與人類經濟社會之發展，例如乾旱導致民生、農業、工業供水不足，
提高水資源分配之困難度；洪水頻率增加則導致財產與生命的直接損失。臺灣需要 積極應對如此頻繁的乾旱與淹水災害衝擊，急需科學發展提供系統性方法協助進 行風險評估與調適能力建構。
在 2012 年第三次地球高峰會中，地方環境行動國際委員會（International Council for Local Environmental Initiatives, ICLEI）積極地倡議在全球推動韌性
（resilience）計畫以因應氣候變遷，而氣候變遷調適研究的重點在於風險評估與調 適能力建構。未來氣候變遷可能帶來更大挑戰，為因應氣候變遷對水資源系統之衝 擊，必須盡快推動調適措施。聯合國2030 永續發展議程於 2014 年提出 17 項永續 發展目標（Sustainable Development Goals, SDGs），其中一項永續發展目標指出永 續城市與社區之發展及管理對於人類生活品質相當重要，然而相較於永續城市，更 小的社區尺度卻較少研究探討，社區的形式並不僅限於住宅類，也可以是山區與海 岸之聚落區域或大型工業區、校園等不同類型的社區。氣候變遷衝擊之調適可分為 社區/地方政府尺度、區域/景觀尺度、國家/多個行政體尺度。
2015 年底臺灣通過之國土計畫法，第一條即聲明氣候變遷之重要性，並將台
臺灣提出前瞻基礎建設計畫，在水環境建設部分，以降低淹水和缺水風險，並提供 優質水環境為願景，期望達成穩定供水和防洪治水之目標。過去系統性之社區規劃 多著重於都市區域發展，較少從社區觀點針對水資源做系統性之規劃考量，但社區 未來水資源需求可能增加，供給卻可能受到限制。規劃完善之社區可提供舒適與安 全生活環境，將可吸引居民從都市遷移至都市臨近社區，降低都會人口密度與都市 需水壓力，再藉由提高社區水資源使用率，期可降低氣候變遷下傳統中央供水系統 之負荷。過去國內研究多注重在中央供水系統之氣候變遷風險評估與調適研究，但 從分散式供水系統探討之研究相對較少。由於氣候變遷對供水系統帶來嚴重衝擊，
建立同時兼具時間及空間上使用彈性的分散式供水系統成為當務之急，如收集雨 水儲存使用，或利用經由濕地淨化處理後之再生水等。如何強化韌性社區供水系統 回復力、降低水資源系統脆弱度、提高社區雨水使用率、降低社區系統對外部水資 源之需求等氣候變遷調適策略相關議題逐漸受到重視，因此，本研究以社區為研究 尺度，以對社區之供水系統進行管理規劃，惟此研究需要評估工具，例如模擬社區 供水情形之模式，以及分析社區供水系統回復力之評估指標，才能支援量化決策分 析，評估可行之調適選項，提出建議之調適路徑，建構社區在氣候變遷下之調適能 力，因此，本研究旨在發展韌性社區供水系統氣候風險評估與調適能力建構方法。
1.2 研究目的
本研究建構社區面對氣候變遷衝擊之調適能力，進一步降低社區缺水風險，提 升社區供水系統之韌性。根據聯合國氣候變遷小組（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）第五次評估報告（5th Assessment Report，簡稱 AR5）之風 險定義由危害、暴露、與脆弱度組成。本研究以社區治理之觀點出發，危害因子為 缺水事件，其中受氣候因子及非氣候因子影響，氣候因子為雨量和溫度，例如降雨 量不足，或颱風造成原水濁度增加，供水系統停止供水；非氣候因子為氣候因子以 外之影響因素，例如社區所屬之區域供水系統，在輸水途中之損失，可利用水利設 施更新與改善，來改善供水系統之漏水率，降低風險中的危害因子；暴露由社區位 置決定，取決於社區是否位於高缺水危害區域；脆弱度包含敏感度和調適能力，敏 感度可分為民生和農業方面，民生方面可由家庭需水量決定，由人口數和每人每日 用水量計算，而農業方面為作物對缺水之敏感度，可由農業需水量評估，利用農田
面積和單位面積灌溉水量計算，透過節水灌溉或省水設施，減少社區需水量，可降 低風險因子中的脆弱度；調適能力是社區供水系統面對缺水風險的應變能力，透過 設置分散式供水系統，例如雨水儲集系統供應家庭低水質需求，或人工濕地提供再 生水灌溉使用，提高社區供水系統之調適能力，以降低社區風險中的脆弱度。
針對極端降雨衝擊，提出低衝擊開發設施（Low Impact Development，LID）之 暴雨管理概念，利用分散式系統來分擔滯流洪水，其目的為減少暴雨逕流和延遲暴 雨逕流之峰值，使開發地區盡量接近開發前之水文循環狀態。本研究進一步考量滯 流逕流為可利用之水資源，以低衝擊開發設施同時做為分散式供水系統進行調適，
加強社區自身之水資源使用效率，以提高社區對缺水風險之調適能力。透過評估社 區整體之水資源使用情形，從社區供水系統著手，分析韌性社區內可能建構之低衝 擊開發設施，例如人工濕地、雨水儲集系統及綠屋頂等，探討低衝擊開發設施對社 區水資源使用量的影響，藉由強化需求端管理，促使韌性社區有效使用外部供水系 統提供之水資源，達到穩定社區供水之效果，進一步降低韌性社區對於外部供水系 統之需求，不僅解決社區自身問題，也減輕外部供水系統負荷。
隨著科學研究的進步，因應氣候變遷衝擊之調適逐漸受到重視，而擬定有效調 適行動的關鍵在科學與系統性方法的支援，包括研究方法與分析工具、系統整合、
科學知識轉移、與應用服務等。為了有效推動調適措施，合理與有系統性的調適計 畫是必要的，科技部臺灣氣候變遷調適科技整合計畫（Taiwan Integrated Research Program on Climate Change Adaptation Technology, TaiCCAT）提出氣候調適能力建 構六步驟的標準流程。而氣候變遷調適應於不同空間尺度考量，但TaiCCAT 調適 六步驟尚未特別針對社區尺度進行探討，因此，本研究應用氣候調適六步驟於社區 供水系統，發展、整合及修正相關工具以進行各步驟的評估，以建構韌性社區供水 系統之調適能力。為檢驗調適計畫建構工具的應用性，本研究將氣候調適流程應用 於設計案例，根據評估結果進一步強化模式及修正細節，使各步驟的流程應用更貼 近實際環境及社會情況。本研究發展之研究方法可支援政府社區政策擬定與社區 規劃，例如有助於水利署發展「社區自主防災」與配合農委會「農村發展條例」之
1.3 研究架構
本研究應用調適能力建構流程於韌性社區供水系統，透過氣候調適六步驟：（1）
界定社區供水問題與設定目標；（2）評估與分析社區供水現況風險；（3）評估與 分析社區供水未來風險；（4）界定與評估社區供水調適選項；（5）規劃與執行社 區供水調適路徑；（6）監測與修正社區供水調適路徑，圖 1-1 為韌性社區供水系 統之氣候調適六步驟。本研究共分為六章，第一章為研究動機、目的和架構。第二 章為文獻回顧，搜集社區相關定義，針對社區名詞進行釐清，定義韌性社區，並分 析韌性社區與區域水資源之關聯；整理氣象合成模式相關文獻，並挑選應用於社區 長期供水模擬之氣象合成模式；另外整理低衝擊開發設施相關文獻，以分析低衝擊 開發設施做為社區供水調適選項之可行性，並根據風險定義尋找對應之供水調適 選項，最後歸納分析調適路徑相關文獻，以利後續提出調適路徑方法論。第三章為 研究方法，建構社區供水系統模式，模擬社區內的民生和農業之供水情形。接下來 進行社區供水風險評估，其方法包含社區水資源評估指標系統和低頻率氣象合成 模式，藉此評估韌性社區供水調適選項，並根據調適路徑建立方法，完成調適路徑 圖，執行同時監測調適路徑，在調適路徑偏離原本規劃路線時，提出修正調適路徑 計畫。第四章為研究案例設計，參考新竹縣湖口鄉之信勢社區設計而成，提供相關 模式之參數設定，設計案例可提供符合臺灣區域特性之社區案例。第五章為韌性社 區調適能力建構案例應用，執行氣候調適六步驟，設定關鍵議題為社區供水系統之 韌性，首先分析新竹地區之歷史缺水事件，建構社區供水系統模式與外部供水系統 之關聯，並且利用現況資料進行社區供水現況風險分析，接著利用低頻率氣象合成 模式產生氣象資料，提供社區供水系統模式分析未來風險，再比較基期和未來風險 差異。蒐集可行之社區供水調適選項，以選擇權定價模型量化調適選項價值，根據 調適選項價值與調適目標決定調適路徑圖，決定最終調適路徑，同時制定調適路徑 監測與檢覈計畫，當調適路徑與預期情況出現差異時，即時進行修正。第六章為結 論與建議，提出建構韌性社區調適能力之結論，並提供後續研究建議。
圖1-1 韌性社區供水系統之氣候調適六步驟
文獻回顧
本研究目的在於建構氣候變遷下韌性社區供水系統之調適能力。在文獻回顧 方面，依據第一章描述之研究架構，本研究針對以下項目進行文獻回顧與討論：
1.社區相關定義，針對社區相關文獻進行蒐集，例如低碳社區、永續社區、生態 社區、韌性社區等，以釐清不同社區名稱的定義；2.社區與區域水資源系統之間 的關聯，社區供水系統和區域水資源系統密切相關，當區域水資源受氣候變遷影 響時，也會進而影響到社區，因此需要了解兩者之間的關聯；3.氣象合成模式相 關文獻，蒐集彙整各類型之氣象合成模式，應用合適之氣象合成模式於韌性社區 未來供水風險評估；4.低衝擊開發設施，蒐集國內外相關文獻，彙整各種低衝擊 開發設施之效用；5.社區供水調適選項，蒐集並彙整可行之調適選項，以利後續 進行調適路徑分析；6.調適路徑相關文獻，彙整調適路徑相關文獻，分析調適路 徑之研究
2.1 社區相關定義
社區代表住在同一空間地理範圍內，由一群有共識和共同行動能力的人，也就 是具有社區意識，社區的本意比較接近社群或共同體的涵義（陳其南等，1998）。
我國內政部地政司定義鄉村區為調和、改善農村居住與生產環境及配合政府興建 住宅社區政策之需要，會同有關機關劃定者。如現有聚落達兩百人以上地區，得斟 酌地方情形及需要，就現有建地邊緣為範圍，劃為鄉村區，另依農業主管機關擬訂 之農村綜合發展計畫或農漁村社區環境更新規劃指定之農漁村社區，或配合政府 農地興建住宅社區政策規劃劃定鄉村區。李永展（1995）指出社區最簡單的定義為 一定地理區域內的人以及其社會性活動與現象之總稱。社區營造的目的就是要透 過社區民眾的自主參與，使得空間獲得美化，生活品質提升全面性的社區營造過程。
劉建哲（2004）指出農村永續發展應著重社區發展、社區營造以及永續發展三個面 向，而劉建哲（2001）也提出隨著工商業經濟的快速發展，使得農業生產逐漸式微，
特風格；3. 維護自然之景觀與生態環境。為此需將針對不同層面採取不同規劃方 式以及建設手段，才能達到農村永續發展的願景。
從1990 年開始西方各國開始鼓吹相關社區發展概念，其具體實踐方式可分為 三種模式：1. 節約能源的設計方案的推動、積極拓展能源供應多元性；2. 生態建 築的研發；3. 社區多樣性的倡導，包含環境及社會面向（李永展，2003）。綜合而 言，其推動生態社區之發展趨勢，是結合「發掘地方生態」、「社會歷史的創造性 的調查研究」與「環境教育方法」的綜合性策略（張珩等，2004）。而近年來社區 發展受到重視，提出許多社區相關名詞，如低碳社區、永續社區、生態社區、韌性 社區等。低碳社區在國際上目前尚無統一的定義，低碳字面上的定義，就是目標達 到碳排放量低於目前平均排放量，例如單位人均之排放量，即可稱為低碳社區，但 低碳和節能往往被劃上等號，因此如現有能源效率提升、增加自有能源供給率、或 增加各類廢棄物之循環再利用比例等，都屬於低碳社區的項目。
永續社區（Sustainable Community）的概念來自於 1992 年里約熱內盧地球高 峰會會中共同簽署的《21 世紀議程》（Agenda 21），其中提出「為了達到永續的 人類居住的目標，有必要展出一種先進的社區模式，並建立它們之間資訊交換的管 道」。2012 年之第三次地球高峰會中，ICLEI（地方環境行動國際委員會）積極地 倡議在全球推動回復力（resilience）計畫以因應氣候變遷，更強化了永續社區發展 存在的必要性。於是永續社區的概念受到啟發，它是一維持經濟效率、環境整合和 社會公平下均衡發展的社區模式，與傳統社區三者相互分割獨立規劃有所區別
（Young，1992）。依據 Hoff（1998）之分類方式，又分為都市型社區、農村型社 區、區域型社區。社區中的環境因素包含供水、能源、衛生、排水和固體廢物等，
本研究著重於永續社區環境整合議題中之水資源供需管理。現實中突顯面面俱到 的永續社區（林伯勳等，2001），常易造成奠基於環境之特質發展模糊，因此生態 社區成為永續社區概念提出後的操作模式，聚焦於「環境優先」的訴求，強調生態 在社區營造前期工作的重要性，即從生態的角度落實永續社區的目標，認為人類無 法脫離自然生態的基礎，唯有與環境之間和諧共存才能維持自然系統的運作正常，
並達到永續性的目標。陳亮全等（2010）則以宜蘭三星地區、桃園中聖、中泰兩里 及馬祖南竿鐵板三社區為例，探討綠色城鄉、永續社區實驗計畫，其研究提出應重 視永續社區之水資源議題，如藉由保留天送埤地區之水田渠圳以維持三星鄉地區
水文環境之永續性、推動雨水貯留系統、社區水資源整合等，但其研究主要由社會 科學角度出發，並未針對水資源進行量化的分析。
生態社區的概念發展至今尚無明確的理論基礎，後續延伸產生了「生態國家」
（eco-nation）、「生態城市」（eco-city）、「生態村莊」（eco-village）等名詞，
並根據是否納入人文環境決定為廣義或狹義生態社區（Hoff，1998；Robertson，1992；
Sim and Peter，1986；林憲德，1997）。生態社區考量原則主要包含生態承載量
（carrying capacity）（倪進誠等，2004）、能量得以流動、物質得以回收的「循環 原則」，以及加強物種多樣性「保育原則」（廖孟儀，1999）。Takeuchi 等人（1998）
有感於日本農村地區之基礎建設緩慢、人力流失等情況，造成自然環境資源的管理 崩解，隨著環保意識的升起，有必要建立一有效管理、使用自然環境資源的再生社 區，提出生態村莊（eco-village）的概念，定義生態村莊為以生態復育的技術，滿 足具有生產經濟並維持半天然環境系統、自給自足的村莊，期待藉由案例分析、模 式建立發展試驗型生態村莊，在實際面，受限於農村社區條件限制，特別強調與區 域核心城市的雙向溝通，一方面減少過度集中的都市化情況，一方面重建落沒的村 莊地區。東方國家因各地發展不同，策略不盡相同，台灣九二一地震後社區重建有 不少生態社區的興起，內政部營建署於民國九十三年亦展開「社區風貌營造計畫」
─在台灣選出十九個社區作為生態社區示範案例，透過由下而上的參與機制，推動 省能、生態與環保的社區總體營造。由國內外案例可發現生態社區蔚為風潮，每一 個地區都有適應當地的作法，生態社區多半走向自然保育與生物多樣性的維護、並 順應發展生態旅遊（倪進誠等，2004），主要以生態面向為構想出發點。
災害的發生越來越難預期，而任何大小災害首先衝擊的就是社區，當社區面臨 未來風險時，如何透過社區力量，建構具回復力的韌性社區，從而可以在災難、危 險及反常現象發生後，快速的回復到正常運作狀態。回復力的概念早期從力學領域 發展而來，代表系統經過短暫的擾亂回到平衡狀態的能力。Holling（1973）所提出 之工程與生態回復力，回復力為遭受擾動之系統回復提供可接受服務水準的能力，
或生態系統維持其功能與服務的能力，而氣候變遷研究領域之回復力，可定義為自
如遭受衝擊後系統是否能夠恢復原本狀態、系統可承受多大的過載、系統需要多少 時間恢復以及恢復之後系統的機能。在面臨氣候變遷造成未來風險增加時，韌性社 區是指一個社區面對常態性或非常態性的災害，能夠維持在預定的功能範圍，例如 社區供水系統能夠支撐較長時間，等待外部供水系統回復正常，因此本研究定義韌 性社區在供水系統面向為「氣候變遷下供水系統具有高回復力與低脆弱度之社區」，
並應用調適能力建構流程於韌性社區，提高韌性社區在氣候變遷下之調適能力。
2.2 社區與區域水資源之關聯
社區水資源和區域水資源系統密切相關，當區域水資源受氣候變遷影響時，也 會進而影響到社區水資源。國外研究部分，Lehner et al.（2006）分析歐洲地區在氣 候變遷下洪水及乾旱的發生頻率，結果指出在歐洲北部及東北部，洪水發生頻率有 增加的趨勢，而在歐洲南部及西南部，乾旱發生頻率有增加的趨勢。Mishra et al.
（2010）分析美國中西部地區歷史乾旱，評估未來氣候變化對於乾旱之影響，該研 究以標準逕流指標探討水文乾旱，研究結果指出雖然未來總降水量有增加可能，但 因降水多發生冬天及春天，乾旱在夏天將可能趨於嚴重。Charltom et al.（2011）針 對氣候變化為英國帶來的水資源進行不確定性研究，並檢討自來水公司因應未來 缺水情形的管理計畫等相關政策之可行性檢討及提出修正建議。國內研究中，游保 杉（2000）評估氣候變遷對高屏溪流域水資源之衝擊，結果顯示，溫度於長期趨勢 分析上有顯著增加之趨勢，且乾濕日移轉機率為影響降雨之顯著因素，另外配合降 雨-逕流之模擬，顯示未來豐枯水期之水資源差異將更為明顯，豐水期之河川流量 將增加約 26%而枯水期則約減少 21%。童慶斌等（2012）評估北部水資源分區氣 候風險之空間分布，主要工作內容在於分析水資源相關水環境因子之變動趨勢，設 定未來水資源需求情境以及可運用之水源，評估氣候變遷對河川流量及各水資源 設施之衝擊，推求各標用水缺水容忍度以及定義水資源風險度與分析方法，計算出 未來氣候變遷影響下之缺水風險，並依風險地圖擬定水資源調適策略與行動計畫，
以強化北部水資源系統。國內外研究均顯示區域水資源可能受氣候變遷之影響，當 區域水資源系統無法正常供應社區用水時，將影響社區居民的生活，因此在評估社 區水資源情況時，需要將區域水資源系統納入考量，然而區域水資源如何與社區尺 度連結，亦為本研究之重點。
韌性社區供水系統模式和區域水資源系統動力模式需要進行整合，透過區域 水資源模式模擬外部農業與民生供水資料，做為社區水資源模式的輸入資料。應用 於實際案例時，需要先蒐集社區水資源現況的資料，再根據社區水資源現況建構水
格，以提升資料使用效率，管理兩個模式間之資訊流通，以利後續利用區域水資源 模式，模擬社區分散供水設施對區域供水風險之影響。利用評估社區供水系統對區 域水資源系統風險的影響，可更確切了解到整合社區供水系統做為分散式的調適 措施的效用。韌性社區供水系統可有效減少社區對外部供水系統的需水量，藉由每 個社區減少民生與農業需水量，可減少區域水資源系統的負荷，降低區域水資源系 統在未來氣候變遷下水資源短缺的風險。建構韌性社區與區域水資源系統之關聯 性，透過社區分散供水設施情境設定，可模擬家庭與農業用水之節水率。
2.3 氣象合成模式相關文獻
進行氣候變遷未來風險評估時，需要未來氣象資料，因此透過氣象合成模式繁 衍未來氣象資料。在氣候變遷相關研究中，未來月氣象資料的統計特性較合理且容 易取得，但無可直接使用之日氣象資料，因此必須根據月氣象資料的統計特性，透 過氣象合成模式產生日氣象資料。利用各大氣環流模式（General circulation model, GCM）所提供之預測修正溫度值與降雨量月平均資料，將修正後未來的溫度及降 雨量資料輸入氣象合成模式中，繁衍出日溫度與日降雨量資料。
氣象合成模式可分為參數型和非參數型，WGEN（Weather generator）和 LARS- WG（Long ashton research station weather generator）屬於參數型氣象合成模式；k- NN 法（k-Nearest Neighbor Neighbors algorithm）為非參數型氣象合成模式。WGEN 由Richardson（1981）提出，隨後相關研究進行改進及應用（Pickering et al., 1988；
Selker and Haith, 1990；Tung and Haith, 1995），WGEN 利用月平均溫度透過一階 馬可夫鏈模擬日溫度，日雨量則計算歷史資料前一天與後一天降雨狀況的條件機 率，逐日決定降雨與否，若是發生降雨事件用歷史資料降雨量的機率分布來隨機產 生雨量。Racsko et al.（1991）提出 LARS-WG，使用半分佈經驗公式描述降雨量
（Semenov et al., 1998；Semenov and Brooks, 1999）。而 k-NN 法屬於非參數型氣 象合成模式，由Lall and Sharma（1996）提出，k-NN 法不需要資料特性參數來繁 衍資料，而是透過空間上或時間上與待繁衍資料相鄰近的已知資料，將已知的鄰近 資料與鄰近資料本身相對應的歷史資料進行各種特性上的比對，以各種特性與歷 史資料的相似度來設定權重，特性越相似的歷史資料權重越高，即越容易被選中，
Rajagopalan and Lall（1999）選用歐氏距離（the weighted Euclidean distance）作為 權重的評量方式。k-NN 法可以保留住資料的空間特性及時間特性，能將各氣象資 料的統計量、延時及測站間相關性有效重現，但k-NN 法無法產生歷史資料中沒有 出現的數據。
傳統型的氣象合成模式往往沒有將雨量時間序列較長週期（Low-frequency）
出帶有週期分量的雨量時間序列。Md. Khademul Islam Molla（2006）利用經驗模 態分解法，分析雨量資料，用常態分佈去分析每一個本質模態函數，經驗模態分解 法依據數據本身的時間尺度特徵，將任意信號當作多個模態特徵的組合，可依據數 據本身的時間尺度進行模態分解，分解過程中保留數據本身的特性，達成信號特徵 的量化提取。訊號分析時，有可能會留下一個分量為趨勢項（trend），趨勢項為不 易觀察到週期性的分量，可以進一步進行訊號趨勢的探討。Steinschneider（2013）
利用小波轉換分析年雨量的時間序列，並且利用自相關模型去產生新的年雨量資 料，以k-NN 法將繁衍出的年雨量分配至日雨量中，產生日雨量之後再依照挑選的 氣候變遷情境修正雨量。李沅泓（2015）提出低頻率氣象合成模式（low-frequency weather generator, LF-WGEN），結合經驗模態分解法和 k-NN 移動視窗法，利用經 驗模態分解法來保留雨量中長週期的降雨特性，進而繁衍出保留時間序列之特性 的月雨量資料，再以k-NN 移動視窗法將繁衍之月雨量資料時間降尺度至日雨量。
本研究範疇為評估韌性社區長期水資源系統情況，在評估未來社區風險時，需 要能展現中長週期降雨特性之氣象合成模式。而理想的氣象合成模式能夠在維持 歷史統計特性的前提下，產生極端值，並且能依照使用目的產生任意長度的氣象資 料。相較於傳統氣象合成模式，LF-WGEN 能夠保留時間序列之趨勢與低頻率特性，
同時產生更極端的氣象資料，因此本研究應用LF-WGEN 產生之未來氣象資料，進 行韌性社區未來供水風險評估。
2.4 低衝擊開發設施
為因應氣候變遷帶來之衝擊，必須從中央與地方等不同層級同時推動調適措 施，過去國內研究多注重於大型基礎設施如水庫等集中供水系統，雖然其效用顯著，
但需要較多且精確之未來資訊以支持措施推動，而氣候變遷研究之不確定性仍高，
因此發展分散性小系統，再加以系統整合，一方面可累積調適能力，另一方面較易 隨未來氣候、環境變動而彈性調整。
低衝擊開發（Low Impact Development，LID）技術為實踐都市永續發展的暴 雨管理技術手段之ㄧ。LID 技術是美國東部馬里蘭州的 Prince George’s County 和 西北方的西雅圖市、波特蘭市同時提出的一種暴雨管理技術，目前在美國已有非常 多的實際執行案例。其原理是透過在地的、分散的、小規模的源頭控制機制和設計 技術，來達到對暴雨所產生的逕流和污染的控制，使開發地區的水文循環儘量接近 於開發前自然水文循環，因此 LID 技術為一師法自然流路的改善水質、分散或降 低逕流的方法。目前低衝擊開發設施延遲洪峰時間及減低洪峰流量的功能已被證 實（Lee et al., 2013; Zhenliang et al., 2013），具體措施包含藉由於適當區域提高社 區地表透水面積比例，可以有效增加洪水滯流量，減少滯洪及減輕蓄洪設施之減洪 壓力，期可降低氣候變遷下傳統中央集中式排水系統之負荷；除了加強地表滲透性，
儲水系統如雨水儲集可供應生活非接觸用水，而人工濕地能提供再生水給農田灌 溉使用，達到有效利用雨水之目的。LID 設施不只減少洪澇，同時也可做為分散式 供水系統的一環，提高韌性社區之調適能力與回復力。
規劃社區中的LID 設施配置時，首先面臨的問題即為 LID 設施的挑選，過去 許多地區及國家如美國、英國、蘇格蘭、愛爾蘭、澳洲、加拿大、南美、南非等地 皆已針對LID 設施的挑選流程提出相關概念或方法（Armitage et,al.,2012; Blacktown City Council ,2013; City of Edmonton,2011; Department of Defense,2004; Dublin City Council,2005; Pittner & Allerton, 2009; Practicum et al. 2006; Woods-Ballard et al., 2007），歸納彙整相關研究，可看出選擇 LID 設施的主要依據包含場地適合度（Site suitability），LID 設施於水量、水質控制及其他面向的效益（景觀、生態、休憩等），
現地調查得到當地土地利用資料。其他條件如土壤特性（種類、深度）、地下水特 性（地下水面高度、地下水水質）、地形高程、集水區特性（如不透水面積、總排 水面積等）、可利用空間等。另外部分相關文獻特別指出選擇 LID 設施時須納入 當地的特殊考量，包含當地氣候特性、降雨、土石流風險、對人類健康的影響、公 共衛生及安全性、其他相關政策或規範等。綜合考量上述因子，Jia et al.（2013）
提出利用分數表評分，經過加權及加總後得到 LID 適合性的量化數值，惟這類給 分方式須依據前人研究之結果，由於每個研究的 LID 設施及其功能、場地條件因 子之分類方式不同，其中即存在相當之不確定性，且因過程較複雜費時、容易流於 主觀等缺點，因此其適用性仍有待進一步的評估。
在綠屋頂、雨水儲集系統、人工濕地、農田等方面之研究，國內外研究則多就 各項目獨立探討，如游保杉（2007）研究水稻田灌區旱情動態監測，吳瑞賢等（2007）
設計農業迴歸水再生利用，開發再生水源以解決供水之問題，吳瑞賢等（2011）針 對農業區地表水系統之模擬與推估進行研究。廖朝軒等（2001）分析雨水貯留之水 資源利用效益與策略，提出雨水在社區做為替代水資源之分析架構（Liaw, 2014a,b）。
Villarreal and Dixon（2005）分析雨水儲集系統做為住宅區民生用水供水來源之效 益，包含模式模擬及利用節水率指標做為評估依據；VanWoert 等人（2005）曾分 析屋頂特性及斜率與介質厚度後，提出土壤基質的種類與深度是影響綠屋頂儲水 與滯洪能力的主要因子而非植被種類；以及荊樹人（2007）針對農業產業型態社區 利用人工濕地進行污水自然處理之研究等，林裕彬與王咏潔（2009）利用系統動力 模型模擬表面流人工濕地營養物質循環。然而前述相關研究大多未考量其交互影 響，且無適當工具將各系統加以整合。
在模擬及評估LID 水文狀態的部分，Liao et al.（2013）、Qin et al.（2013）、
Lee et al.（2013）及叢翔宇等（2006）使用 SWMM 模擬 LID 設施對基地的減洪效 果，包括減少地表逕流量、降低尖峰流量等，其結果顯示草溝的減洪效果較差。Qin et al.（2013）模擬在深圳某城市 LID 設施對不同降雨型態之減洪量，發現不同設 施在不同降雨型態有不同的效能，LID 設施在短時間且強降雨的降雨型態中表現 得較佳，其中綠屋頂及透水舖面的減洪效果皆較草溝佳，而Liao et al.（2013）模 擬及比較上海某開發區在分別設置五種不同LID 設施的情境後，除了草溝其餘 LID 設施皆能削減約70%地表逕流量。另外，Qin et al.（2013）及 Lee et al.（2013）皆
指出不同LID 設施對減洪有不同的效能，同時結合不同 LID 設施是較佳的方法，
於高度都市化之城市同時佈置四種LID 設施，約可減少 55-66%之尖峰流量及 25- 125%之地表逕流量（Lee et al.，2013），可見聯合不同 LID 設施可達到較佳的減 洪效果。
2.5 社區供水調適選項
氣候變遷雖然牽涉到全球尺度的氣溫與降雨型態改變，但探討極端事件的影 響範圍仍多為區域或州、省尺度，或範圍更小的城市或社區尺度。氣候變遷對社區 的影響仍是有跡可循，根據IPCC AR5 中針對各領域及各地區之分析，氣候變遷下 社區尺度的關鍵脆弱度在於鄉村、偏遠甚至北極海附近低地都市社區，由於基礎設 施潛在損壞的可能性而導致受限的社區供水調適能力。關鍵風險為社區及公共衛 生基礎設施損壞而導致傳染性疾病蔓延或海水入侵。未來可能風險包含水質逐漸 惡化、水量不符需求而導致感染、其他醫療問題及收容問題。以衝擊分布比例而言，
弱勢民眾及社區受到的影響最大，其中水資源影響遍布全球，歐、亞、澳、中南美 洲皆積極累積相關調適經驗（Field et al., 2014）。在各面向的氣候變遷衝擊中，水 資源系統受到相當高的關注，各地發生的事件證實了氣候變遷造成的影響，根據 Warner and van der Geest（2013）研究說明氣候驅動力造成的結果主要是洪水或乾 旱，部分地區甚至同時受到洪水和乾旱衝擊。
聯合國環境規劃署（UNEP，2011）針對水資源領域建議了 6 種調適途徑與 11 種相對應的調適科技，包含增置地下水水井、海水淡化、居家水資源、增強水井抗 洪的回復力、提升人類用水效率、輸水管線健檢、區域水情掌控、地表雨水儲集、
屋頂雨水儲集、利用迴歸水資源、保全水資源計畫。而在社區水資源調適部分，美 國EPA（2015）的「社區氣候變遷調適」中，提到 2008 年愛荷華州水資源管理對 於氣候變遷調適。在洪災過後，社區致力於州與聯邦政府計畫重建河邊地區、促進 公平發展和處理氣候變遷挑戰，而該計畫稱為＂Riverfront Master Plan＂。該計畫 提出透過綠色公共建設（Green infrastructure），在河邊區域建立綠色緩衝區，並重 新規劃發展地區以避開洪災易發生地區降低未來洪災風險。在印度地區，R.
Chakrabarti et al.（2015）提出在印度社區受氣候變遷影響而產生的主要問題主要有 三點：水資源缺乏增加、水質下降以及洪災風險增加，為了增進氣候變遷調適性，
開發AdaptCap 計畫增進調適方法並解決最迫切的水資源問題。AdaptCap 是印度政 府以社區為示範單位進行的氣候變遷調適與災害風險管理計畫，在計畫初期，總共 實施18 個示範地區，將調適、減緩氣候變遷與災害風險管理整合至地區性發展計 畫，例如：零排放調適（zero emission adaptation），並支持將科技轉移至地區。J.
L. Ivey and others（2004）整合水資源管理、陸地使用規劃和城市與鄉村利益關係 人辨識和參與，並實際於加拿大實施，得到三個結論：第一，跨部門合作氣候變遷 調適被政府及管理階層視為較低優先性；第二，有清晰及清楚定位的當地水資源管 理組織能提供顯而易見的合作重點內容；第三，短期內在 Credit River Basin 僅能 獲得有限的水文資料，造成資料不確定性無法降低。
受到氣候變遷影響，台灣農業問題日趨複雜，而水資源有限，對於農業政策必 須適時調整並進行前瞻性之規劃。農委會的因應策略主要可分為四個面向，包含
（1）推動農田水利設施更新改善：灌溉用水輸水途中可能因渠道破損而有滲漏情 形，其可能的原因為渠道的材質及狀態與輸水效率等等，因此辦理農田水利設施更 新改善工程，除維持設施功能外，更可有效降低輸水損失。農委會持續推動「加強 農田水利建設計畫」，每年補助各農田水利會辦理約300 公里之圳路更新改善，圳 路經更新改善後每公里約可減少 7 萬立方公尺之輸漏水損失，每年節水量約可達 2,100 萬立方公尺。經統計近期 97 年至 103 年，灌溉圳路累計更新改善 2,468 公 里，年節水量估計為 1.8 億噸；（2）推廣旱作管路灌溉：耐旱作物及高效用水灌 溉能夠有效節省灌溉用水量，農委會輔導農民施設省水、省工及兼具灌溉、施肥、
施藥等多目標管路灌溉設施，每公頃可較傳統漫灌或溝灌方式有效節省0.5 萬立方 公尺的灌溉用水，同時降低生產成本，提高生產競爭能力，增進水土資源有效利用。
農委會自民國72 年起補助各農田水利會辦理「推廣旱作管路灌溉計畫」，截至 104 年底約已補助4.5 公頃，總節水效益達 2.2 億噸；（3）建置自動水文測報及灌溉系 統：可即時獲取灌溉區域降雨及水文資訊，再以遠端遙控方式來控制水門開閉，有 效於枯旱時期提高灌溉區域管理效能，節省灌溉用水量及管理人力，在颱風豪雨期 間亦能迅速反應以減低災損，彰化農田水利會於莿仔埤圳建置自動化水文測報及 閘門遙控設施，掌握灌溉區域水文情勢以調配灌溉用水，估計可節省 20%之灌溉 用水量；（4）健全農田水利會抗旱應變機制：遇乾旱時期，灌溉水資源可因應缺 水率情形來加強灌溉管理措施甚至實施停灌，當缺水率低於 50%時，以加強灌溉 管理來克服缺水，但缺水率高於50%時，只能辦理停灌，目前已完成「農田水利會
在作物部分，耕種日期對於農業需水量有相當程度的影響，陳清田等（2014）
的研究成果顯示，當一期作水稻種植日期由1 月 16 日往後調整，水稻生長期距與 作物需水量及灌溉用水量皆呈遞減趨勢，在產量與節水效能之綜合評估，一期作水 稻種植日期由1 月 16 日調整至 2 月 16 日並於抽穗期實施 7 天之輪灌期距時，則 有23.3%~30.5%之節水成效，且對產量影響甚微（0.04%~3.9%），此稻作灌溉管理 策略可提升缺水期水資源之有效調配與利用，有效因應氣候變遷及春季之嚴重缺 水問題。廖芳瑾等（2015）則以台南市烏山頭水庫灌區水稻田的田間需水量為指標，
調整水稻最適插秧日期，並利用DSSAT 模式進行水稻產量的模擬，以了解在 RCP 2.6 以及 RCP 8.5 情境，近世紀、遠世紀的 HadGEM2-AO 模式之下，調整水稻插 秧日期對水稻田間需水量與產量的影響，結果顯示一期作插秧日提前10 至 20 天，
田間需水量有顯著的下降，二期作則差異不大，水稻產量則無明顯差異。吳瑞賢等
（2015）利用 CROPWAT 模式估算石門水庫供水區的桃園農田水利會與石門農田 水利會之灌溉水量，模擬未來農業用水量的變化，以調整耕期為近未來氣項與水文 條件變化的因應措施，利用CROPWAT 模式模擬未來農業用水量的變化，由於耕 期調整主要目的在於減少枯水期的用水量，其結果顯示枯水期用水量佔期作總水 量的比例在正常耕期時為59%，若延後一旬則降為 51%，延後二旬降為 41%，顯 示耕期調整對枯水期的水庫用水調度有明顯助益。
2.6 調適路經相關文獻
在氣候變遷的相關研究中，面對未來不確定性，需要完整的強健系統來因應多 變的未來。調適路徑圖提供不同路徑供使用者選擇，根據使用者的目標來提供調適 行動執行計畫。調適路徑相關研究起源於荷蘭及英國，Haasnoot et al.（2013）提出 利用調適路徑的相關概念找出較強健的決策，以解決荷蘭萊茵河三角洲於氣候變 遷衝擊下面臨水資源過剩或不足的問題。英國泰晤士河口治理計畫（London TE2100 project）中分析了門檻（thresholds）、決策生效所需時間（lead time）及決 策時機點（triggers）等發展調適路徑時會遇到的問題，並分別建立短、中、長期因 應暴潮洪水之調適路徑。倫敦市的調適策略則著重於更多不同面向，包含洪水、缺 水、熱浪風險、空氣汙染、地下水議題及其他跨領域問題，然而其計畫中對於調適 路徑如何應用並無進一步的說明。
Moffat et al.（2014）回顧有關彈性式調適路徑（flexible adaptation pathway）之 應用，其中包含美國、澳洲及紐西蘭的案例。受到泰晤士河計畫的啟發，紐約州及 紐約市也應用調適路徑於調適計畫中，然而關於臨界點（tipping points）及觸發點
（triggers）的判定方式目前仍未有明確的定義。大洋洲許多區域在其調適計畫中也 提到調適路徑，如昆士蘭、維多利亞等地，其中澳洲Turners Beach and Leith 地區 的調適路徑最明確，共分為3 種路徑：撤退、同時維持目前發展與自然價值、維護 目前及未來發展，該行動計畫中除了策略以外也針對未來短、中期情境描述了可能 的調適選項、相對的責任歸屬及每個選項的成本，其調適路徑為條列式（Barnett et al., 2014）。
在規劃調適路徑時，需要量化調適選項的價值，才能排出調適選項的優先順序。
曹榮軒（2017）提出以 Black-Scholes 選擇權定價模型來評估調適選項的價值，量 化每個調適選項在不同時間點下，不同的調適價值，即可分析調適選項之時間價值 與未來不確定性。以 Black-Scholes 選擇權定價模型建構調適路徑的最大精神，在 於每一個調適選項的價值應隨著現有資訊以及不同的時間點而變化，故由調適選
在建置氣候變遷調適路徑時，首先面臨調適路徑圖的縱軸與橫軸定義，縱軸多 以調適策略為主（Haasnoot, 2013），可以清楚的讓決策者或利害相關者了解可行 之調適策略，此外，也可以調適行動方案作為調適路徑圖的縱軸，比起調適策略，
調適行動方案能夠提供更明確的訊息，但是在目前調適路徑的相關研究上，常常會 出現策略與行動方案兩者交互出現的情形，縱軸定義不夠明確，容易造成實際執行 上的混淆（Haasnoot, 2012；Siebentritt, 2014）。在橫軸的設計上，則可以採用時間 或是氣候相關參數，以時間作為橫軸的優點在於可以明確對應轉乘的時間，如圖 2-1，圖中橫軸為時間，縱軸列出不同的調適行動，每個行動之有效期可以由專家 討論或模式評估；黑色垂直短線代表該調適行動之失效點，代表實施一段特定時間 後，系統不能維持在可接受的風險內；圓圈代表切換至其他調適行動之可行性，也 就是轉乘點。但是在有關於氣候變遷模擬得到的結果，多是以未來一段時間的平均 情形來呈現，縱使藉由大氣環流模式模式有提供逐年的資料，但是這些資料在這樣 的時間尺度下有極高的不確定性，這是以時間作為橫軸時會面臨到的最大挑戰。若 是以氣候相關參數作為橫軸（Werners, 2013；Maru, 2014），則是以可以描述系統 風險最主要的狀態變數，如海平面上升高度、洪水回歸頻率、熱浪發生頻率、供水 系統乘載力，此類參數型的橫軸利於描述系統的狀態，可與監測系統結合，在調適 路徑的規劃上達到預警以及修正的效果。
圖2-1 調適路徑圖示意圖（Haasnoot et al., 2013）
Haasnoot（2012）藉由模擬各種不同的情境配合不同的調適選項，得到系統的 表現，並將系統的表現分為可以接受、中等和不可接受的狀態，當某個調適選項讓 系統表現達到不可接受狀態的時間點，就可稱為系統的臨界點，從開始評估的起點 到達臨界點的時間，就是該調適選項的有效期。將這樣的觀念進一步延伸，當某一 個調適選項到達臨界點，就可以視為該調適路徑上的轉乘點，代表該路徑已經沒有 辦法讓系統維持可接受的狀態到達終點，所以必須要選擇其他的路徑。當把所有可 能的調適路徑描繪出來後，可以更進一步地就每一條可行的路徑進行評估，這其中 包括所花費的經費以及造成其他領域的副作用，讓最後選擇調適路徑的決策者或 是利害相關者獲得足夠的資訊，選擇其中一條調適路徑做為面對氣候變遷調適未 來的方針。
調適路徑分析可依循3 個步驟：1.找出不同的調適路徑組合；2.找出候選調適 路徑；3.選擇最適合的調適路徑做為調適行動之依據。不同的調適路徑組合可以近 似地圖的概念呈現，地圖的縱軸可能為調適策略、調適行動組合或單一調適行動，
而橫軸則通常為時間、氣候變數的數值或待補足的系統服務水準缺口，若調適路徑 組合之組合數目不多，或針對較小尺度的研究區域如社區等，調適路徑圖的縱軸使 用單一調適行動或許較適合，可以更詳細探討每個調適行動的執行影響及適當行 動時機。最後，應該將調適路徑視為整體氣候變遷規劃中的一個環節，從評估現況 決定調適路徑的起點，模擬未來決定調適路徑的終點，界定調適選項決定可能的縱 軸，最後進入利害相關者討論決定路徑後，輔以監測與修正。
研究方法
本研究應用調適能力建構流程於韌性社區供水系統，首先建構社區供水系統 模式，模擬社區內民生與農業之水資源情形。接著根據社區供水風險評估方法，分 析社區供水之現況與未來風險，方法中包含社區水資源評估指標系統和低頻率氣 象合成模式。並以選擇權定價模型量化韌性社區供水調適選項，建立韌性社區供水 調適路徑圖。後續監測與檢覈調適路徑，在調適路徑偏離原本規劃路線時，提出調 適路徑修正計畫。
3.1 應用氣候調適六步驟於社區供水調適
科技部氣候變遷調適科技整合研究計畫以 IPCC 第五版評估報告書對於風險 的定義為核心基礎，彙整國際間與國內氣候變遷調適步驟，包含聯合國氣候變遷調 適政策綱領（UNDP APF）、英國氣候衝擊計畫的調適精靈（UKCIP Adaptation Wizard）、歐洲氣候調適平台的調適支援工具（CLIMATE-ADAPT Adaptation Support Tool），同時參考我國氣候變遷地方調適計畫，建立 TaiCCAT 氣候調適六 步驟，以幫助組織制定調適策略或政策。本研究以社區水資源觀點，應用氣候調適 六步驟：（1）界定社區供水問題與設定目標；（2）評估與分析社區供水現況風險；
（3）評估與分析社區供水未來風險；（4）界定與評估社區供水調適選項；（5）
規劃與執行社區供水調適路徑；（6）監測與修正社區供水調適路徑。在評估資料 分析工具的建立上，除了針對上述六大步驟的流程進行定義外，亦針對了上述步驟 所包含的次步驟、細部工作項目進行檢核，如表3-1。並對各步驟中所需使用到的 資料、工具或程序、產出，進行整理以提供上述六大步驟調適流程詳細資訊，以利 調適計畫之建構與執行，並作為滾動修正時，重新確認調適流程與資料、工具產出 完整性之檢核用途。氣候調適六步驟主要目的在於建立考量氣候變遷風險來源之 調適決策步驟之執行程序，以提供決策者、一般民眾與執行團隊等了解氣候變遷調 適能力建構應有之步驟，同時可做為檢核氣候變遷調適工作之參考依據。
表3-1 韌性社區供水系統之氣候調適六步驟工作表單
主步驟 次步驟 工作項目 檢核
一、界定問題與設定目標
1.1 氣候變遷調適專門委員會之組成
1.1.1 確立地方政府部門與承辦人 1.1.2 組成負責之專業團隊
1.1.3 組成參與的社區利害關係人 1.1.4 確立調適專門委員會之運作方式
1.2 關鍵議題之界定
1.2.1 蒐集國內外氣候變遷之社區水資源議題 1.2.2 社區在地問題分析
1.2.3 界定擬解決的社區水資源議題及系統範圍 1.3 跨領域關聯分析 1.3.1 界定社區水資源議題之跨領域影響範圍
1.3.2 檢討調適專門委員會之組成
1.4 目標之設定
1.4.1 分析及檢討與社區水資源相關之原有策略目標
1.4.2 建立策略目標之評估項目
1.4.3 確定目標
二、評估與分析現況風險
2.1 歷史事件之風險分析 2.1.1 蒐集社區水資源相關之歷史事件風險評估結果
2.1.2 鑑別熱點及風險成因
2.2 評估模式之驗證 2.2.1 水資源系統模式檢定 2.2.2 水資源系統模式驗證
2.3 利用現況氣象資料進行風險評估
2.3.1 定義社區水資源評估指標
2.3.2 輸入歷史資料進行模擬與分析
2.3.3 鑑別熱點及風險成因
三、評估與分析未來風險
3.1 情境設定 3.1.1 設定氣候情境
3.1.2 設定社會經濟情境
3.2 評估基期風險 3.2.1 合成基期氣象資料
3.2.2 進行基期風險模擬與分析
主步驟 次步驟 工作項目 檢核
3.3 評估未來風險 3.3.1 合成未來氣象資料
3.3.2 進行未來風險模擬與分析
3.4 比較基期與未來之風險差異 3.4.1 鑑別基期與未來風險差異與成因
四、界定與評估調適選項
4.1 界定調適選項
4.1.1 針對社區水資源風險來源蒐集可能的調適選項 4.1.2 蒐集社區智慧調適選項
4.1.3 彙整社區水資源調適選項
4.2 評估調適選項
4.2.1 擬定社區水資源調適選項評估準則 4.2.2 決定社區水資源調適選項評估準則之權重
4.2.3 依據各準則評估社區水資源調適選項組合 4.2.4 產出策略行動計畫
五、規劃與執行調適路徑 5.1 規劃調適路徑 5.1.1 制定社區供水調適路徑圖
5.1.2 制定社區供水調適路徑
5.2 制定調適路徑執行計畫 5.2.1 確定分工與執行單位
六、監測與修正調適路徑
6.1 制定調適路徑監測計畫 6.1.1 決定監測指標
6.1.2 決定監測方式
6.2 制定調適路徑執行檢覈計畫 6.2.1 決定檢覈指標
6.2.2 決定檢覈方式
6.3 制定調適路徑修正計畫 6.3.1 制定修正計畫
3.1.1 界定社區供水問題與設定目標
步驟一主要目的在於界定氣候變遷下社區水資源之關鍵議題（圖3-1），並設 定社區調適目標，其下又細分為四個次步驟，依序為：1.氣候變遷調適專門委員會 之組成；2.關鍵議題之界定；3.跨領域關聯分析；4.目標之設定。本研究以專業團 隊角色切入，進行後續之調適工作，故不組成氣候變遷調適專門委員會，而本研究 範疇為社區水資源系統，跨領域關聯分析為後續研究之討論範圍。本步驟從關鍵議 題之界定開始著手，並設定研究目標，表3-2 為各次步驟及其工作項目之資料、工 具或程序、產出。蒐集國內外氣候變遷之社區水資源相關文獻，並藉由歷史氣候災 害資料庫，對應IPCC AR5 之風險定義，以社區為治理觀點找出氣候變遷關鍵議題 與原有規劃內容與目標，透過工作會議來決定調適關鍵議題與系統範圍，並探討關 鍵議題之狀態與影響因子。接下來專業團隊分析及探討社區水資源原有之策略目 標，提出建議之調適目標，並進一步建議評估項目與系統範圍，最後決定調適目標 年與調適目標年。調適目標年之設定，將影響後續調適路徑之期程安排，同時也會 影響步驟三進行未來風險評估時，系統風險之模擬時期，以及步驟四調適選項之挑 選結果，為相當重要之工作項目，建議由利害關係人會議討論後設定，而本研究以 社區為案例，以專業團隊角度切入，因此省略利害關係人會議。
圖3-1 步驟一：界定問題與設定目標
表3-2 氣候調適步驟一之資料、工具與產出表
次步驟 工作項目 資料 工具或程序 產出
關鍵議題之界 定
蒐集國內外氣 候變遷之社區 水資源關鍵議 題
歷史氣候災害 資料庫
IPCC AR5 風 險定義
社區水資源之 氣候變遷關鍵 議題
界定擬解決的 社區水資源關 鍵議題及系統 範圍
氣候變遷水資 源關鍵議題之 文獻
由專業團隊決 定擬解決之關 鍵議題
關鍵議題之狀 態與影響因子
目標之設定
分析及檢討與 關鍵議題相關 之原有策略目 標
水資源規劃報 告
分析水資源之 原有規劃內容 與目標
專業團隊建議 之調適目標 建立策略目標
之評估項目
專業團隊建議 之調適目標
根據調適目標 訂定評估項目
調適之評估項 目與系統範圍 確定目標 專業團隊建議
之調適目標
利害關係人會 議
調適目標、調 適目標年
3.1.2 評估與分析社區供水現況風險
步驟二為評估與分析現況風險，其主要目的是利用歷史資料與模式現況模擬 結果，評估系統目前面臨之風險，並探討風險來源為何（圖3-2）。本步驟分為三 個次步驟，分別為：1.歷史事件之風險分析；2.評估模擬模式之驗證；3.利用現況 氣象資料進行風險模擬。本研究建構之社區供水系統模式為水平衡模式，其參數由 相關文獻提供，故省略模式之檢定驗證。本步驟評估與分析社區供水系統之現況風 險，表3-3 為各次步驟及其工作項目之資料、工具或程序、產出。彙整歷史極端氣 候事件與災害事件之空間分布或影響程度，再針對風險來源屬性為危害、暴露、與 脆弱度進行分類，以彙整出歷史事件之風險成因。整理模擬模式所需之歷史觀測資 料，如氣象、水文、土地利用、經驗參數以及其他所需資料，以建構風險評估所需 之社區供水系統模式。並根據步驟一設定之評估目標，建立社區水資源評估指標系 統，以做為現況、基期與未來風險評估之分析指標，以利後續比較基期和未來風險 差異。透過輸入歷史氣象資料，由社區供水系統模式進行模擬與分析，根據輸出結 果計算評估指標值，並分析風險成因。
圖3-2 步驟二：評估與分析現況風險
