新進教師學術研究計畫報告
計畫名稱：
水文流制為基準之河川環境流量
主持人：蕭政宗 副教授
摘 要
水庫的主要功能為調節豐枯不均的河川流量，但也因蓄水及引水的功能而改變了水庫 下游的河川天然流制，進而影響河川生態系統的完整性及生物多樣性。由水庫放流環境流 量可維持適度的天然流制，惟可能增加缺水的風險，本研究針對此問題提出一考量水庫營 運與河川天然流制的多準則優選模式。本計畫為「水文流制為基準之河川環境流量」，本計 畫以新店溪流域的翡翠水庫為研究對象，所發展的模式包括(1)水庫系統模擬模式；(2)多層 次環境流量設定；(3)需求順位因子；(4)評估指標；(5)多準則優選模式。經以營運現況及四 種不同優選情況比較，本計畫所建議之方法可得到最佳的結果，即在增加最小的缺水情況 下獲得水庫下游天然流制的最大改善。 關鍵詞：環境流量、天然流制、水庫營運、多準則決策。ABSTRACT
The major function of reservoirs is to regulate fluctuating streamflows in order for the purposes of stable domestic water-supply and flood mitigation. Alterations of natural flow variability induced by reservoir regulation may lead to significant changes of physical, chemical, and biological processes and thus deteriorate riverine health and biodiversity of the downstream riverine ecosystems of dams. Releases of needed environmental flows, however, reduce water-supply reliability and increase water-shortage risk. To overcome such conflicting problem, a multi-criterion optimal reservoir operation model is developed in this study. This project is “Evaluation of environmental flows based on hydrologic flow regime”. The Feitsui reservoir located in the Hsintien Creek is selected as an example to illustrate the proposed methodology. The second-year project develops an optimal reservoir operation model consists of five parts, i.e., (1) a reservoir operation model, (2) a multiple level environmental flow releasing scheme, (3) a demand priority factor for determining releases of competing water demands, (4) evaluation indices for reservoir performance and hydrologic alteration, and (5) a multiple criterion decision making optimization framework. The obtained results demonstrate that the proposed method can effectively improve the altered natural flow regime at a cost of moderately deterioration of reservoir water-supply functions when comparing with the results of the current operation rule.
Key words: Environmental flow, Natural flow regime, Reservoir operation, Multiple criteria decision making.
一、前言
水庫的主要功能為調節河川豐枯懸殊的水流以提供人類社會穩定的水源供應灌溉、生 活、發電及工業用水，其庫容亦可降低洪水期間的洪峰流量。雖然水庫蓄豐濟枯的功能對 人類社會有益處，但水庫的興建與營運亦改變了水庫下游河川原有的天然流制(natural flow regime)，對原有水質及水溫的變化、河相的改變、河川底床泥砂的移動等會有實質的影響。 許多的研究均指出此類改變會造成河川生態環境的惡化，且對生態多樣性有不利的影響。 因此，改變現有水庫的營運規則以減緩河川所受到的衝擊是現今水資源工程規劃、設計、 營運與管理嚴峻的挑戰之ㄧ。 河川流量為影響河川水域生態歷程最重要的要素之一，雖有學者研究河川天然流制與 水域生物間之關係，但特定地區之預測模式並無法應用到其他地區，Jager 及 Smith (2008) 指出此一限制使得較難直接將生物目標整合於水庫優選模式中。相對的，以與生態環境有 關的水文指標評估河川天然流制受水庫營運的影響較易為水資源工程師所接受，因河川流 量資料在許多河川均有長期的記錄。因此許多研究均發展不同的水文指標以供評估之用， 例如 Richter 等(1996)所發展的水文改變指標(indicator of hydrologic alteration，簡稱為 IHA) 近年來廣被用於世界各地。河川的流量無可否認的是維持河川生態系統及生物多樣性最重要的因素之一，Poff 等 (1997)指出天然的流制(natural flow regime)應包括年際間及年內不同時距流量特性完全的 自然變化，即不同時間間距的流量特性需依循自然法則變化。因此許多研究均發展水文指 標以評估河川天然流制受到的影響，其中 Richter 等(1996、1997、1998)所發展的水文改變 指標(indicator of hydrologic alteration，簡稱為 IHA)近年來廣被用於世界各地，例如 Benjamin 及 Van Kirk(1999)、Galat 及 Lipkin(2000)、Maingi 及 Marsh(2002)、Koel 及 Sparks(2002)、 Irwin 及 Freeman(2002)、Taylor 等(2003)、Smakhtin 等(2006); Shiau 及 Wu(2004a、 2004b、 2006、2007a、2007b、2008、2009)。Richter 等(1996、1997、1998)所提出的 33 個 IHA 可 有 效 的 擷 取 河 川 流 量 變 化 的 特 性 ， 因 其 包 括 了 量 (magnitude) 、 時 間 (timing) 、 頻 率 (frequency)、延時(duration)、及變化率(rate of change)等的變化。Mathews 及 Richter(2007) 最近另增加 34 個參數，稱為環境流量要素(environmental flow components，簡稱為 EFC)以 涵蓋更廣的水文變異。Puckridge 等(1998)則考慮了包括月、年內及年際間不同時間尺度之 水文指標；Jowett 及 Biggs(2006)則指出洪水、尋常洪水、低流量、年流制及流量變異為影 響河川生態環境之重要因素；Olden 及 Poff (2003)曾檢測 171 種水文指標並提出若干選用水 文指標的原則。 以優選方式決定環境流量或是改變水庫放水規則以改善水庫下游水域生態環境是目前 較少研究的主題，Harman 及 Stewardson (2005)曾指出此一現象。過去相關的研究在文獻中 有 Sale 等(1982)以最大化最小加權可用面積(weighted usable area，WUA)探討水庫營運對棲 地的改變；Cardwell 等(1996)則以最大化棲地容量及最小化缺水量之加權和探討水庫放水； Hughes 等(1997)則提出一方法將既定的生態流量需求(instream flow requirement，IFR)嵌入 水庫放水規則中；Hughes 及 Ziervogel (1998)另延伸為考量水庫供水及生態需求之水庫模 式；Hughes 及 Mallory(2008)將模式擴展為水庫即時操作形式；Harman 及 Stewardson (2005) 曾發展水庫營運模式將環境放流量視為水庫營運目標之ㄧ；Shiau 及 Wu(2006)曾以妥協規 劃(compromise programming)求解最小整體水文改變度及缺水率之最佳攔河堰營運策略； Suen 及 Eheart(2006)與 Shiau 及 Wu(2007)以多目標優選的 Pareto 最佳解探討水庫營運相互
衝突的營運目標。 本計畫以水文流制為基準制定河川所需的環境流量(environmental flow)，本計畫所稱之 環境流量定義為維持水域及溪濱生物於健康狀態所需保留的河川流量，而人類使用河川水 流不能損害此價值(Gordon 等，2004)。河川天然流制為河川固有的特性，但容易受到水庫 營運的影響，藉由改變水庫營運規則以改善水庫下游受影響之河川天然流制為本研究之重 點。由於水庫有其既有之營運目標，改變水庫放水規則無可避免的會降低水庫營運效率， 因此需同時建立評估河川天然流制與水庫營運效率的指標，以優選模式最小化對天然流制 與水庫營運的影響以評估改變水庫營運規則的可行性。本研究將以位於台灣北部淡水河流 域之翡翠水庫為例說明本研究之方法及研究成果。
二、研究方法
本計畫的研究目的為以水文流制為基準制定環境流量，因此計畫之研究內容為建立水 庫優選模式以評估改變水庫放水規則對下游天然流制的改善程度及對現有水庫營運目標的 影響，研究方法主要包括下列五部分： (1) 水庫系統模擬模式；(2) 多層次環境流量(multi-level environmental flow)設定； (3) 需求順位因子(demand priority factor)；
(4) 評估指標；
(5) 多準則優選模式(multi-criterion optimization model)； 詳細說明如下。 2.1. 水庫系統模擬模式 以翡翠水庫為主體之新店溪簡化水資源系統如圖 1 所示，翡翠水庫以供水為只要目的， 另有發電及防洪功能，本研究暫不考慮發電功能，但增加水庫下游環境流量的釋放，因此 翡翠水庫營運系統各變數需遵循水平衡方程式，如下： t t t D t EF t I t t E SP R R Q S S +1 = + − − − − (1) 其中 為 t 時刻翡翠水庫起始蓄水量； 為 t 時刻翡翠水庫入流量； 為 t 時刻翡翠水庫 環境流量放水量； 為 t 時刻翡翠水庫計畫供水量放水量； ：t 時刻翡翠水庫溢流量； t S QIt t EF R t D R SPt t E 為 t 時刻翡翠水庫蒸發量，為系統之損失量，可以下式推估：
(
1 2 1 + + = t t t t A A e E)
(2) 其中 t為 t 時刻水庫水面蒸發率(mm/day)； e At及 t+1 A 分別為 t 及 t+1 時刻之水庫水域面積。 演算過程中在 t 時刻時 t+1 A 仍為未知，因此在計算過程中需以(1)式及(2)式疊代方式進行演 算。(1)式中之翡翠水庫環境流量放水量 及計畫供水量放水量 為水庫營運之決策變 數，其設置方式及解法將於下節說明。 t EF R RDtA QIt Dt QtAD RtD St SPt 北勢溪 南勢溪 QNt TtEF QtT RtEF Et 翡翠水庫 新店溪 圖 1. 以翡翠水庫為主體之新店溪流域簡化系統架構圖 2.2. 多層次環境流量設定 類似於水庫供水給計畫生活需水量，本研究亦對翡翠水庫系統制定目標環境流量以決 定水庫該放流多少水量，惟此目標環境流量尚無法利用其他方法得知，因此在模式中為未 知，以最小化水庫營運及環境指標來決定此目標值。 為顧及水庫下游河川流量的天然流制，此目標環境流量的設定方式包括三部分：(1) 環 境最小流量(environmental minimum flow)；(2) 環境季節流量(environmental seasonal flow)； (3) 環境洪水流量(environmental flood flow)。各部分環境流量如圖 2 所示，其中環境最小流 量與環境季節流量為目標值，即水庫放水(包含南勢溪流量)應盡量滿足此一指標值，而洪水 流量水庫無法控制，因此以類似調節性放水的方式處理，環境洪水流量，即當水庫水位及 上游流量(水庫入流量與南勢溪流量)達到某門檻值後，即將該流量釋出而不蓄水，詳細說明 如下：
(1) 環境最小流量(environmental minimum flow)TM：為目標值，此最小流量的設定是為避免
河川流量全數被引用供水致無流量繼續流向下游，此目標值假設為定值(不隨時間變化) 並優先於其他需水量，但本研究對最小流量設有一上限以避免此數值過大，環境最小流
量的上限本研究取為Q95，實際上需保留多少環境最小流量將以優選模式決定。
(2) 環境季節流量(environmental seasonal flow) ：為目標值，且疊加於環境最小流量之上， 此部分環境流量的設定是希望下游流量仍保有季節性的變化，因此假設環境最小流量及 季節流量之和與記錄流量具有相同的月變化，且此部分環境流量須與計畫生活需水量競 爭河川剩餘(扣除環境最小流量)流量，此部分併需求順位因子說明，另由於各月份流量 之比例固定，因此決定 1 月份流量後即可得知其他月份流量，1 月份流量仍由優選模式 決定。 t S T
0 10 20 30 40 50 60 70 一月 二月 三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一月十二月
月份
流量
(m
3/s)
環境最小流量 環境季節流量 環境洪水流量 圖 2. 多層次環境流量設定示意圖 因此目標環境流量的設定可表為： t S M t EF T T T = + (3) (3) 環境洪水流量(environmental flood flow) TF：此部分環境流量是為營造水庫下游河段仍有洪水所設定，由於洪水無法由一般放水口放流，需利用排洪設施放流，因此環境洪水流 量的設定不同於環境最小流量與環境季節流量的設定為目標值，環境洪水流量的設定為 門檻值，即當上游入流量、南勢溪流量及水庫水位達到某門檻值即將洪水放流不蓄存， 此門檻值本研究假設與水庫調節性洩洪相同，亦需由優選模式決定。 水庫針對不同部分環境流量的放水規則於下節說明。 2.3. 需求順位因子 現行翡翠水庫的營運規則中並無環境流量的規範，因此水庫增加環境流量的放流即會 面臨到供水順序問題，本研究以需求順位因子整合原水庫計畫生活需水量與目標環境流量 以避免低流量時期某部分需求量無水供應。
本研究利用需求順位因子(demand priority factor)λ整合原計畫生活需水量與目標環境流 量成第一及第二順位需水量，如圖 3 所示並定義如下：
(
)
t S t t T D D1 =λ + 1−λ (4a)(
)
t S t D t T D D2 = 1−λ +λ (4b)生活需水量 t D 環境需水量 t D λ
(
)
t D λ − 1 t D λ(
)
t D λ − 1 第一順位需水量 第二順位需水量 t S T t S T λ(
)
t S T λ − 1 t S T λ(
)
t S T λ − 1 圖 3. 需求順位因子定義示意圖 其中 t及 分別代表第一及第二順位需水量；λ為需求順位因子，數值介於 0 與 1 之間， D1 D2t 數值愈大代表需優先供水較大部分之計畫需水量 ，愈低則表示需優先供水較大部分之計 畫環境流量 。當λ = 0 代表 為第一順位需水量，需優先滿足，之後才供應第二順位需水 量 ；反之，λ = 1 代表 為第一順位需水量， 為第二順位需水量，即滿足計畫需水量 後才供應環境流量。 t D t S T TSt t D Q Dt TSt 當λ不為 0 及 1 時，每一順位需水量均包括計畫需水量及目標環境流量，水源優先供應 第一順位需水量，滿足第一順位需水量後再供應第二順位需水量，如此可避免在水源不足 的情況下計畫需水量或目標環境流量無水供應的情況。若可供水量小於第一順位需水量則 依下列比例分配水量於計畫需水量及目標環境流量：(
)
(
(
)
)
t S t t S EF t S t t D T D T T D D λ λ λ λ λ λ λ λ − + − = − + = 1 1 , 1 1 1 (5a) 其中 及 分別代表可供水量小於第一順位需水量時供水給計畫需水量及目標環境流量 之比例。 1 D λ 1 EF λ 若可供水量滿足第一順位需水量，但不足供應第二順位需水量，則依下列比例分配扣 除第一順位需水量之剩餘流量於計畫需水量及目標環境流量：(
)
(
)
(
)
t S t t S EF t S t t D T D T T D D λ λ λ λ λ λ λ λ + − = + − − = 1 , 1 1 2 2 (5b) 其中 及 分別代表可供水量小於第二順位需水量時供水給計畫需水量及目標環境流量 之比例。 2 D λ 2 EF λ 制定多層次目標環境流量及以需求順位因子整合需水量後即可決定水庫供水規則，分 述如下： (1) 目標環境流量放水量： 環境最小流量TM因具有最優先供水順序，水庫放流供應環境最小流量僅在南勢溪流量 不足時，如下式所示：⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ≥ ≥ + < − < + = M t N M t I t N M t N t N M M t I t N t I t M T Q T Q Q T Q Q T T Q Q Q R if , 0 , if , if , (6) 至於環境季節流量因需與計畫生活用水量競爭剩餘流量，且不同剩餘流量有不同的分 配係數，因此其供水規則較為複雜，如下式所示：
(
)
{
}
{
}
(
)
(
)
{
}
{
}
(
)
{
}
(
)
{
}
{
}
(
)
{
}
{
}
⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ + ≥ − + ≥ − + + < − ≤ − − − − + < − + + < − ≤ − + ≥ − + < − − − + < − + ≤ < − − − + + − − < − + < − − = t t M t N t t M t I t N t t M t N t t M t N EF t EF t S t t M t I t N t t M t N t t M t I EF t t M t I t N t M t N M t N EF t S t t M t I t N t t M t N t M t I t N EF M t N t EF t M t I t N t M t N t M t I EF t S D D T Q D D T Q Q D D T Q D D T Q D T D D T Q Q D D T Q D R Q D D T Q Q D T Q T Q T D D T Q Q D D T Q D T Q Q T Q D D T Q Q D T Q R Q R 2 1 2 1 2 1 1 1 2 1 1 2 1 2 1 1 2 2 1 1 1 2 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 0 , max if , 0 and 0 , max if , 0 , max and 0 , max if , and 0 , max if , 0 , max and 0 , max if , 0 , max and 0 , max if , λ λ λ λ λ λ λ (7) 因此(1)式中之環境流量放流量 t 即為： EF R t S t M t EF R R R = + (8) (2) 計畫需水量供應量： 計畫需水量依水庫蓄水量所在規線位置決定供水量，如下式所示：{
}
(
)
(
)
{
}
{
}
{
}
(
)
(
{
}
)
(
)
{
}
{
}
{
}
⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ + ≥ − + < − ≤ − − + − − − − − < − − − + − − = 0 , max if 0, 0 , max if , , 0 , max 0 , max min 0 , max if , , 0 , max min 2 1 2 1 1 1 2 1 1 1 t t M t N t t M t N t D t EF t I t t M t N D M t N D t RC t M t N D t EF t I t M t N D t RC t D D D T Q D D T Q D S R Q S D T Q T Q D C D T Q S R Q S T Q D C R λ λ λ (9) 其中CRC為供水比例，介於 0 與 1 之間，1 代表全數供應，不發生缺水，小於 1 代表以 1−CRC 的比例折扣供水。 本研究將水庫運用規線間之供水比例係數視為變數，納入優選模式中決定，如下式所 示。 ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ < < ≤ < ≤ < ≤ ≥ = t t RC t t t RC t t t RC t t t RC t t RC RC RC S C RC S RC C RC S RC C RC S RC C RC S C C 4 5 3 4 4 2 3 3 1 2 2 1 1 , , , , , (10)(3) 水庫溢流量 t ： SP Q 水庫溢流量將包括三部分：(1)環境洪水流量；(2)調節性放流；(3)滿庫溢流，如下式所 示：
{
R Q}
{
S Q R R{
R Q}
C}
SPt =max Ft, FLt +max0, t + It − EFt − Dt −max Ft , FLt − (11) 其中環境洪水流量放流與調節性放流將採用相同的門檻值，惟環境洪水流量放流將多 考慮南勢溪流量，即啟動環境洪水放流的機制為水庫入流、南勢溪流量及水庫水位均超過 門檻值，如下式所示： ⎩ ⎨ ⎧ ≥ ≥ ≥ = otherwise , 0 , , if , It I tN N t EL t I t F T EL T Q T Q Q R (12) 而調節性放流僅考慮水庫入流及水庫水位超過門檻值，如下式所示： ⎩ ⎨ ⎧ ≥ ≥ = otherwise , 0 , if , It I t EL t FL T EL T Q FL Q (13) (4) 實際引水量 t ： AD Q
{
}
(
)
{
}
{
}
(
)
{
}
{
}
⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ + ≥ − + < − ≤ + − − + < − + − = t t M t N t t t M t N t t D t M t N D t D t M t N t D M t N D t AD D D T Q D D D T Q D R D T Q D D T Q R T Q Q 2 1 2 1 1 1 2 1 1 1 1 0 , max if , 0 , max if , 0 , max 0 , max if , 0 , max λ λ λ (14) (5) 河道下游剩餘流量 t ： T Q t AD t t D t EF t N t T Q R R SP Q Q = + + + − (15) 2.4. 評估指標 翡翠水庫系統的評估指標包括水庫營運及河川天然流制二部分，其評估指標分別說明 如下： (1) 水庫營運指標：本研究考慮翡翠水庫的功能有給水與防洪，因此有 3 指標用於評估給水 (缺水率、年均缺水日數、日最大缺水率)，而有 1 指標用於評估防洪(洪水削減)，分述如下：{
}
% 100 0 , min 1 1 × − =∑
∑
= = N t t N t t t AD D D Q SR (16) Y N i ADt t t t AD N D Q D Q SRD∑
= ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ≥ < = 1 0 ,if if , 1 (17){
}
⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ × − =max min 0, t 100% D t D t AD t Q Q Q MSR (18){
t t}
I t Q SP FA= max − (19) 其中N為總演算日數；NY為年數。 (2) 天然流制指標：對水庫下游河道天然流制改變的評估以 4 種與棲地有關之河川環境流量 因子所選定的水文參數為主要評估指標，說明如下：(a) 洪水(large flood)：復現期為 5 年的洪水，代表渠道維持流量(channel maintenance
flow)。首先分別計算天然流量( )及改變流量( )的年最大一日流量以代表該年之洪 水，再以頻率分析方法決定天然流量及改變流量之 5 年的洪水，以改變流量 5 年洪水偏離 天然流量 5 年洪水來定義天然流制改變度，如下： t I t N Q Q + QTt 5 5 5 QN QA FLD = − (20) 其中 及 分別代表天然流量及受改變流量之 5 年洪水。 5 N Q 5 A Q (b) 低流量(low flow)：以演算期間內每年最小 7 日流量之平均值來代表。首先分別計 算天然流量( )及改變流量( )的各年年最小 7 日流量，分別計算改變流量各年年最 小 7 日流量偏離天然流量後再計算其平均值以代表天然流制改變度，如下： t I t N Q Q + QTt
∑
= − = Y i i N i A N Y LF LF N LF 1 1 (21) 其中NY為分析年數；LFNi及LFAi分別代表第i年天然流量及受改變流量之年最小 7 日流量。(c) 年流制(annual flow regime)：以各年各月平均流量歷線(hydrograph)為代表；首先分 別計算天然流量及改變流量在演算期間各年的各月平均流量，而後計算同一年內改變流量 各月平均流量偏離天然流量的平均值代表該年流量歷線的偏離量，再以演算期間各年月平 均流量歷線偏離量的平均值代表整體天然流制改變度，計算方式如下：
∑∑
= = − = Y j i j i N i j A N Y Q Q N HYG 1 12 1 , , 1 (22) 其中 及 分別代表天然流量及受改變流量第 i 年第 j 年月之月流量。 j i N Q , QAi,j(5) 流量變異(flow variability)：以各年日流量之變異係數(coefficient of variation)為代 表，變異係數定義為該年日流量之標準偏差除以平均值。首先分別計算天然流量及改變流 量在演算期間各年日流量的變異係數，而後改變流量變異係數偏離天然流量的量，再以演 算期間的平均值代表整體天然流制改變度，計算方式如下：
∑
= − = Y i i N i A N Y CV CV N COV 1 1 (23) 其中 及 分別代表天然流量及受改變流量第 i 年之日流量變異係數。 i N CV i A CV 2.5. 多準則優選模式 本研究以水庫營運 4 項及生態需求 4 項共 8 項指標評估水庫營運對河川天然流制的影 響，目標函數可表為： COV HYG LF FLD FA MSR SRDSR,min ,min ,max ,min ,min ,min ,min
min 5 (24) 其中洪水削減 FA 為最大化，其餘指標均為最小化。由於各指標數值範圍均不同，因此將所 有指標常態化，若指標為最小化則以下列方式常態化：
( )
( )
i( )
i i i i OF OF OF OF OF min max min ' − − = (25a)其中OFi及OF′i代表第i項指標之原值及常態化值；max(OFi)及min(OFi)為OFi之最大值及最 小值。 若指標為最大化則改以下列方式常態化：
)
( )
( )
i(
i i i i OF OF OF OF OF min max max ' − − = (25b) 上述常態化後之值皆介於 0 與 1 之間，且不論指標是最小化或是最大化，其最佳常態 化值均為 0，最壞常態化值均為 1，因此目標函數可改寫為： ' min , ' min , ' min , ' min , ' min , ' min , ' min , 'minSR SRD MSR FA FLD5 LF HYG COV (26)
本研究以 TOPSIS(Technique for Order Performance by Similarity to Ideal Solution)來決定 最佳水庫放水策略，此法的原理為最佳方案應為距離正理想解(positive ideal solution，PIS) 最近且距離負理想解(negative ideal solution，NIS)最遠的方案，其計算式分別為：
(
∑
= + = 8 − 1 2 0 ' i i i OF w D)
)
(27a)(
∑
= − = 8 − 1 2 1 ' i i i OF w D (27b) 其中wi 代表第i項指標的權重值，且∑
=1 =1 m i wi 。 則最佳方案可以下式決定 − + − + = D D D C* max max (28)三、研究區域概述
本研究計畫以新店溪流域為研究對象，新店溪水資源開發甚早，流域內有許多水利設 施提供水力發電及生活用水，目前主要的水利設施包括大壩一座(翡翠水庫)及較小型之堰壩 6 座(阿玉壩、羅好壩、桂山壩、粗坑壩、直潭壩、青潭堰)，本年度研究重點主要以翡翠水 庫為主，探討水庫營運對下游河段天然流制的影響、及改變水庫放水規則對下游天然流制 的改善及對現有水庫營運目標的影響。 翡翠水庫位於新店溪支流北勢溪，於 1979 年動工，1987 年完工，主要功能為公共給 水，翡翠水庫發電後的尾水經下游河道至直潭壩、青潭堰後供應至大台北地區，翡翠電廠 目前裝置容量 70 MW。翡翠水庫庫容目前為 3.85 億立方公尺，呆容量為 0.49 億立方公尺。 各月份計畫需水量如表 1 所列，平均日需水量約為 309 萬立方公尺(=35.8 m3 /s)，此需水量 先由南勢溪流量供應，不足量再由水庫供水。 表 1 翡翠水庫各月份計畫需水量 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 計畫供水量(106 m3) 93.4 84.5 94.0 91.6 94.7 96.9 99.8 99.3 95.8 93.7 90.9 94.2 計畫供水量(m3 /s) 34.9 34.9 35.1 35.3 35.3 37.4 37.3 37.1 37.0 35.0 35.1 35.2 翡翠水庫供水依水庫蓄水量位於運用規線位置來決定，翡翠水庫運用規線如圖 3 所 示，目前現況供水為蓄水量位於下限之上則依計畫需水量供水，蓄水量位於下限與嚴重下 限之間則以計畫需水量之 90%供水，若蓄水量位於嚴重下限之下則以計畫需水量之 70%供 水。依據(10)式所定義之係數，現況供水係數為C1RC =CRC2 =CRC3 =1.0,CRC4 =0.9,CRC5 =0.7。翡翠水庫入流量以 1988 年至 2007 年間之日入流量來代表，各月份平均流量列於表 2， 日平均流量為 31.6 m3 /s。南勢溪流量則以桂山壩之入流量來代表，其 1988 年至 2007 年之 月平均流量亦列於表 2，此期間之日平均流量為 38.0 m3 /s。此二流量記錄將代表未受水庫 營運影響之天然流量。 表 2 翡翠水庫及南勢溪各月份平均流量 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 翡翠水庫(m3 /s) 22.6 26.0 19.5 18.8 23.7 31.2 22.5 36.4 66.1 51.8 36.2 25.2 南勢溪(m3 /s) 21.2 24.6 20.5 19.6 23.1 33.3 33.4 60.3 84.8 65.4 40.9 28.4 110 120 130 140 150 160 170 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 旬 水位 (m) 上限 中限 下限 嚴重下限 385.0 (336.2) 298.4 (249.6) 223.9 (175.2) 163.0 (114.3) 115.0 (66.3) 76.9 (28.2) 48.7 (0.0) 總容量 (有效容量 ) (10 6 m 3 ) 圖 3. 翡翠水庫運用規線 翡翠水庫蓄水高程-容積-面積關係曲線如圖 4 所示。 翡翠水庫各月份平均日蒸發量則列於表 3。 表 3 翡翠水庫各月份平均日蒸發量 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 日蒸發率 (mm/day) 1.05 1.30 1.85 2.71 3.02 3.21 4.67 4.62 3.46 2.16 1.33 1.04
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 50 100 150 200 250 300 350 400
容積 (10
6m
3)
高程
(m)
0 2 4 6 8 10 12面積
(km
2)
高程-容積 容積-面積 圖 4. 蓄水高程-容積-面積曲線四、結果與討論
4.1 天然流制 以 1988 年至 2007 年間之翡翠水庫入流量與南勢溪流量之和代表新店溪河段(圖 1 之A 點)之天然流量，評估天然流制受到水庫營運及引水影響需先建立天然流制各指標值的變化 情況。圖 5 所示為用於決定 5 年頻率洪水之年最大 1 日流量系列，經頻率分析得 5 年頻率 洪水為 2562.9 m3 /s。圖 6 所示為年最小 7 日流量系列，平均值為 13.9 m3/s。圖 7 所示為平 均月流量歷線圖。圖 8 所示為日流量變異係數系列，平均值為 1.834。0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
年
年1
日最大流量
(m
3/s)
天然流制 營運現況 Optimal I Optimal IIOptimal I' Optimal II'
圖 5. 不同狀況年最大 1 日流量系列比較 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
年
年
7
日最小流量
(m
3/s)
天然流制 營運現況 Optimal I Optimal IIOptimal I' Optimal II'
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
月份
流量
(m
3/s)
天然流制 營運現況 Optimal I Optimal IIOptimal I' Optimal II'
圖 7. 不同狀況月流量歷線比較 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
年
日流量變異係數
天然流制 營運現況 Optimal I Optimal IIOptimal II' Optimal II'
4.2 翡翠水庫現況營運現況 水庫現況營運策略以前述模式的變數來表示，分別為：(1)目標環境流量：TM = 0 m3/s、 = 0 m t S T 3/s；(2)水庫防洪：TN無設定、TI = 1000 m3/s、TEL = 165 m、FL = 500 m3/s；(3)需求 順位因子：λ = 1；(4)供水比例： 。演算結果列於 表 4，說明如下。 7 . 0 , 9 . 0 , 0 . 1 4 5 3 2 1 = = = = = RC RC RC RC RC C C C C C 由於無環境流量的放流，因此水庫營運指標普遍較佳，例如缺水率SR = 0.2% (SR′ = 0)， 年缺水日數SRD = 12.4 日/年(SRD′ = 0.03)，日最大缺水率MSR = 23.8% (MSR′ = 0.23)，洪水 消減FA = 885.3 m3 /s (FA′ = 0.46)。但相對的，生態指標則不佳，例如LF = 0 m3/s (LF′ = 1)，
月流量歷線HYG′ = 1，日流量變異係數COV=2.07 (COV′ = 0.48)，僅 5 年頻率洪水為 2572.1
m3/s (FLD5′ = 0.03)。相關生態指標之年系列亦示於圖 5~8 以供比較，其中年 1 日流量改變 不大，原因為水庫庫容相對於流量並非很大，因此無法調節較大之洪水，也導致洪水指標 非常接近於天然流制；低流量則有很大的改變，因無環境流量的放流，因此各年年 7 日最 小流量均為 0；因各月份引水供生活用水量差距不大，因此，月流量歷線形狀與天然流制 相似；另日流量變異係數增大。 表 4. 不同決策變數狀況之目標函數值
Cases Current Optimal I Optimal II Optimal I’ Optimal II’
C 0.5596 0.6437 0.6413 0.6240 0.5759
Items OF OF’ OF OF’ OF OF’ OF OF’ OF OF’ SR (%) 0.22 0.00 8.01 0.08 7.62 0.08 9.69 0.10 1.66 0.02 SRD (d/yr) 12.4 0.03 82.5 0.23 80.2 0.22 90.8 0.25 34.2 0.09 MSR (%) 23.8 0.23 47.0 0.47 47.0 0.47 53.6 0.53 25.9 0.25 Reservoir indices FA (m3/s) 885.3 0.46 1060.3 0.35 1060.3 0.35 1060.3 0.35 1060.3 0.35 FLD5 (m3/s) 35.8 0.03 35.6 0.03 35.6 0.03 35.6 0.03 35.8 0.03 LF (m3/s) 13.9 1.00 3.3 0.24 3.8 0.27 5.5 0.39 13.9 1.00 HYG (m3/s) 432.7 1.00 398.7 0.92 400.3 0.92 391.4 0.90 426.1 0.98 Ecological indices COV 2.066 0.48 0.801 0.19 0.783 0.18 0.674 0.16 1.376 0.32 TM (m3/s) 0.0 10.4 10.3 a0.0 a0.0 TS (m3/s) 0.0 0.8 7.7 9.7 32.2 TI (m3/s) 1000.0 1140.0 1140.0 1070.0 1370.0 TN (m3/s) - 1380.0 1370.0 1360.0 1250.0 TEL (m) 165.0 166.4 166.6 168.5 168.5 FL (m3/s) 500.0 420.0 750.0 380.0 290.0 λ 1.0 0.14 a1.0 0.02 a1.0 C1RC 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 C2RC 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 C3RC 1.0 0.60 0.60 0.60 1.0 C4RC 0.9 0.53 0.53 0.47 0.69 Decision variables C5RC 0.7 0.53 0.53 0.46 0.69 a：設定值，非由模式優選得出。 4.3 水庫最佳營運(Optimal I) 前述建立之翡翠水庫營運系統待決定的變數包括： (1) 目標環境流量：TM及 ，共 2 個變數； t S T (2) 水庫防洪：TI、TN、TEL、FL，共 4 個變數； (3) 需求順位因子：λ，共 1 個變數；
(5) 權重因子：wi，共 8 個變數。 上述變數中的權重因子將以指定方式尋求其他變數之最佳解，本研究以 TOPSIS 結合 遺傳演算法(GA)推求各變數之最佳解，在計算前須先求取各指標之最大及最小值以便以(25) 式常態化各指標，各指標之最大及最小值如表 5 所列。 表 5. 各指標之最大及最小值 SR SRD MSR FA FLD5 LF HYG COV 最大值 100 365.25 100 1631.1 1309.4 13.9 433.6 4.271 最小值 0.04 0.25 0.86 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 在所有指標具有相同權重(wi = 0.125)的情況下，所得之最佳決策變數、指標值及相對 應之常態化指標值列於表 4，各生態指標之時間系列亦示於圖 5 至圖 7 以供比較。 所得之最佳決策變數如下：(1)目標環境流量：TM = 10.4 m3/s、TSt = 0.8 m 3 /s (此值為 1 月份流量)；(2)水庫防洪：TN = 1380.8 m3/s、TI = 1140.0 m3/s、TEL = 166.4 m、FL = 420.0 m3/s； (3)需求順位因子：λ = 0.14；(4)供水比例： 。最 佳目標環境流量(最低流量及季節流量)的設定如圖 9 所示，約介於 11.1~13.8 m 53 . 0 , 60 . 0 , 0 . 1 3 4 5 2 1 = = = = = RC RC RC RC RC C C C C C 3 /s之間。 若與現況營運比較，水庫營運很明顯的受到影響，例如缺水率SR由 0.2%增至 8.0% (SR′ = 0.08)，年缺水日數SRD由 12.4 日/年增至 82.5 日/年(SRD′ = 0.23)，日最大缺水率MSR 由 23.8%增至 47.0% (MSR′ = 0.47)，僅洪水消減指標獲得改善，FA 由 885.3 m3/s增至 1060.3 m3/s (FA′ = 0.35)，主要原因為因放流環境流量而有較大之庫容貯蓄洪水。但相對的，生態指標 則改善甚多，例如年最小 7 日流量平均值由 0 m3 /s增至 10.6 m3/s (LF′ 由 1 降至 0.24)，月流 量歷線HYG′ 由 1 降至 0.92，日流量變異係數COV′ 由 0.48 降至 0.19，5 年頻率洪水為 2527.3 m3/s (FLD5′ = 0.03)未進一步改善。 由以上分析可知保留環境流量對改善生態指標甚有幫助，特別是低流量及日流量變異 係數指標，月流量歷線的改善幅度相對較小，5 年頻率洪水原本即未偏離天然流制甚多， 因此未因保留環境流量而有進一步的改善。相對的，保留環境流量對水庫給水指標有負面 的影響，但對洪水消減有正面的效果，原因為水庫需放流部分環境流量，因此有較大的庫 容降低洪峰。需求順位因子λ的設定是為避免某一需水量因供水順序低於其他需水量而於低 流量時期無法獲得任何水量供應，而環境最小流量因預先保留給環境流量，雖然其值訂有 上限，但會抵消λ的功能，底下另探討無λ時的情況。 4.4 水庫最佳營運(Optimal II) 翡翠水庫原本無釋放環境流量的營運目標，因此生活供水順序優先於環境流量，但為 維護下游低流量特性，仍保留環境最小流量。因此供水順序依序為環境最小流量、生活用 水量、環境季節流量，即在上述模式中將λ的值設為 1，再優選其他的變數值，此演算結果 列於表 4，並稱為 Optimal II，各生態指標之時間系列亦示於圖 5 至圖 8 以供比較。 演算所得之最佳決策變數如下：(1)目標環境流量：TM = 10.3 m3/s、 = 7.7 m t S T 3/s (此值 為 1 月份流量)；(2)水庫防洪：TN = 1370.8 m3/s、TI = 1140.0 m3/s、TEL = 166.6 m、FL = 750.0 m3/s；(3)供水比例： 。最佳目標環境流量(最低 流量及季節流量)的設定如圖 9 所示，約介於 16.8~42.7 m 53 . 0 , 60 . 0 , 0 . 1 3 4 5 2 1 = = = = = RC RC RC RC RC C C C C C 3 /s之間。 雖然生活用水量供水順序較環境季節流量為優先，但在低流量時期，環境最小流量仍 優先於生活用水量，因此對水庫營運指標無甚改善，與 Optimal I 的結果比較僅年缺水日數 SRD′ 由 0.23 降至 0.22。相對的，環境指標也未大幅度的惡化，僅低流量指標 LF′ 由 0.24
0 20 40 60 80 100 120
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
月份
環境流量
(m
3/s)
Optimal I Optimal II Optimal I' Optimal II' 圖 9. 最佳目標環境流量(不包含環境洪水流量) 4.5 水庫最佳營運(Optimal I′) 由以上分析可知有最先供水順序的環境最小流量對低流量環境指標有甚大的改善，相 對於其他指標較難有大幅度的改善，因此能改善低流量指標即對整體目標函數有很大的幫 助。底下將討論無環境最小流量的設定對最佳解的影響。 目標環境流量僅有環境季節流量 t，即 S T TM =0，因此(3)式所定義之目標環境流量修改 為下式： t S t EF T T = (29) 此環境流量需與生活用水量以需求順位因子λ決定不同水源情況之供水係數，因此原(7) 式之水庫環境流量放流量需改為：{
}
{
}
(
)
(
)
{
}
{
}
(
)
{
}
{
}
{
}
(
)
{
}
{
}
⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ + ≥ + ≥ + + < ≤ − − − + < + + < ≤ + ≥ + < − + < + ≤ < − + + − < + < = t t t N t t t I t N t t t N t t t N EF t EF t S t t t I t N t t t N t t I EF t t t I t N t t N t N EF t S t t t I t N t t t N t t I t N EF t N t EF t t I t N t t N t I EF t S D D Q D D Q Q D D Q D D Q D T D D Q Q D D Q D Q D D Q Q D Q Q T D D Q Q D D Q D Q Q Q D D Q Q D Q Q R 2 1 2 1 2 1 1 1 2 1 1 2 1 2 1 1 2 2 1 1 1 2 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 0 , max if , 0 and 0 , max if , 0 , max and 0 , max if , and 0 , max if , 0 , max and 0 , max if , 0 , max and 0 , max if , λ λ λ λ λ λ λ (30) 水庫之環境流量放流量 t 僅有一項： EF R t S t EF R R = (31) 原(9)式之水庫生活用水放流量亦需改為：{
}
(
)
(
)
{
}
{
}
{
}
(
)
(
{
}
)
(
)
{
}
{
}
{
}
⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ + ≥ + < ≤ − − + − − − < − − − + − = 0 , max if 0, 0 , max if , , 0 , max 0 , max min 0 , max if , , 0 , max min 2 1 2 1 1 1 2 1 1 1 t t t N t t t N t D t EF t I t t t N D t N D t RC t M t N D t EF t I t t N D t RC t D D D Q D D Q D S R Q S D Q Q D C D T Q S R Q S Q D C R λ λ λ (32) 原(15)式之實際引水量 t 亦需改為： AD Q{
}
(
)
{
}
{
}
(
)
{
}
{
}
⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ + ≥ + < ≤ + − + < + = t t t N t t t t N t t D t t N D t D t t N t D t N D t AD D D Q D D D Q D R D Q D D Q R Q Q 2 1 2 1 1 1 2 1 1 1 1 0 , max if , 0 , max if , 0 , max 0 , max if , 0 , max λ λ λ (33) 依據上式所得演算結果列於表 4，稱為Optimal I′，各生態指標之時間系列亦示於圖 5 至圖 8 以供比較。最佳決策變數如下：(1)目標環境流量： = 9.7 mt S T 3/s (此值為 1 月份流量)； (2)水庫防洪：TN = 1360.0 m3/s、TI = 1070.0 m3/s、TEL = 168.5 m、FL = 380.0 m3/s；(3)需求 順位因子：λ = 0.02；(4)供水比例： 。最佳 目標環境流量(最低流量及季節流量)的設定如圖 9 所示，約介於 8.5~33.5 m 46 . 0 , 47 . 0 , 60 . 0 , 0 . 1 3 4 5 2 1 = = = = = RC RC RC RC RC C C C C C 3 /s之間。 取消環境最小流量很明顯的使低流量指標 LF 變壞，與 Optimal I 及 II 的結果比較，LF′ 由 0.24 與 0.27 增加至 0.39，但流量歷線及變異係數指標略有改善，HYG′ 由 0.92 降至 0.90， 日流量變異係數 COV′ 由 0.19 及 0.18 降至 0.16。水庫營運指標則變壞，例如缺水率 SR′由 0.08 增至 0.10，年缺水日數 SRD′由 0.23 及 0.22 增至 0.25，日最大缺水率 MSR′由 0.47 增至 0.53。整體而言(以目標函數值 C*評估)，Optimal I′(0.6240)略遜於 Optimal I (0.6437)及 Optimal II (0.6413)。 取消環境最小流量仍無法使水庫營運指標比 Optimal I 及 Optimal II 為佳的原因為λ = 0.02，過小的λ值代表大部分的目標環境流量置於第一順位，因此無法改善水庫營運。若保 留其他的決策變數值，而將λ微增至 0.05，所得之水庫營運指標有微幅改善(SR′=0.09、 SRD′=0.24) ， 但 環 境 指 標 微 幅 變 壞 (FL′=0.41 、 HYG′=0.91) ， 整 體 目 標 函 數 值 略 降 至 C=0.6231。若將λ增至 0.1，則整體目標函數值更降至 C*=0.6210。 4.6 水庫最佳營運(Optimal II′) 仿照Optimal I′，探討取消環境最小流量並將生活用水置於最優先供水順序(λ=1)對最佳 解的影響，稱為Optimal II′。演算結果列於表 4，各生態指標之時間系列亦示於圖 5 至圖 8 以供比較。最佳決策變數如下：(1)目標環境流量：TSt = 32.2 m3/s (此值為 1 月份流量)；(2) 水庫防洪：TN = 1250.0 m3/s、TI = 1370.0 m3/s、TEL = 168.5 m、FL = 290.0 m3/s；(4)供水比 例： 。最佳目標環境流量(最低流量及季節流量)的設 定如圖 9 所示，約介於 28.3~111.1 m 69 . 0 , 0 . 1 4 5 3 2 1 = = = = = RC RC RC RC RC C C C C C 3 /s之間。 取消環境最小流量且將生活用水置於最優先供水，供水順序成為生活用水先，而環境 季節用水後的情況，因此與前述 Optimal I, I′, II 比較，Optimal II′的水庫營運指標是最佳的， 缺水率 SR′=0.02，年缺水日數 SRD′=0.09，日最大缺水率 MSR′=0.25。但相對的，環境指標 是最壞的，低流量指標 LF′ =1、月流量歷線 HYG′ =0.98、變異係數 COV′ =0.32，僅略優於五、結論
1. 本計畫建立考慮水庫營運與下游河川天然流制之水庫營運多準則優選模式，並應用於位 在台灣北部新店溪流域之翡翠水庫。 2. 為維護水庫下游的河川天然流制，本計畫建議以多層次環境流量設定作為水庫放流的目 標，多層次環境流量包括三部分，(1)環境最小流量：為定值；(2)環境季節流量：與環 境最小流量之和具天然流量之月變化；(3)環境洪水流量：當水庫入流量及蓄水量同時超 越門檻值時即放流洪水。 3. 環境流量與計畫供水量之供水順序本計畫以需求順位因子來決定，即以需求順位因子將 環境流量與計畫供水量整合成第一及第二順位需水量，當水源不足時即可依比例供水， 而不會造成某一目標無水供應的情況。 4. 評估水庫最佳營運策略的指標包括水庫營運供水及防洪的 4 個指標，及考慮天然流制的 洪水、低流量、年流制及流量變異 4 個指標，此 8 指標以多準則決策中的 TOPSIS 法整 合成單一目標函數，並以遺傳演算法(GA)求解最佳解。 5. 經以營運現況及四種不同優選情況比較，本計畫所建議之方法可得到最佳的結果，即在 增加最小的缺水情況下獲得水庫下游天然流制的最大改善。參考文獻
Benjamin, L., and R. W. Van Kirk (1999), Assessing instream flows and reservoir operations on an eastern Idaho river, Journal of the American Water Resources Association, 35(4), 899−909. Cardwell, H., H. I. Jager, and M. J. Sale (1996), Designing instream flows to satisfy fish and
human water needs, Journal of Water Resources Planning and Management, 122(5), 356−363. Galat, D. L., and R. Lipkin (2000), Restoring ecological integrity of great rivers: Historical
hydrographs aid in defining reference conditions for the Missouri River, Hodrobiologia,
422-423(0), 29−48.
Gordon, N. D., T. A. McMahon, B. L. Finlayson, C. J. Gippel, and R. J. Nathan (2004), Stream
Hydrology: An Introduction for Ecologists, Wiley, Chichester.
Harman, C., and M. Stewardson (2005), Optimizing dam release rules to meet environmental flow targets, River Research and Applications, 21(2-3), 113−129.
Hughes, D. A., J. O’Keeffe, V. Smakhtin, and J. King (1997), Development of an operating rule model to simulate time series of reservoir releases for instream flow requirements, Water SA,
23(1), 21−30.
Hughes, D. A., and G. Ziervogel (1998), The inclusion of operating rule in a daily reservoir simulation model to determine ecological reserve releases for river maintenance, Water SA,
24(4), 293−302.
Hughes, D. A., and S. J. L. Mallory (2008), Including environmental requirements as part of real-time water resources managements, River Research and Applications, 24(6), 852−861. Hwang, C. L., and K. Yoon (1981), Multiple Attributes Decision Making Methods and
Applications, Springer, Berlin, Heidelberg.
integrity in a regulated segment of the Tallapoosa River, Alabama, USA, Conservation Biology,
16(5), 1212−1222.
Jager, H. I., and B. T. Smith (2008), Sustainable reservoir operation: Can we generate hydropower and preserve ecosystem values, River Research and Applications, 24(3), 340−352. Jowett, I. G., and B. J. F. Biggs (2006), Flow regime requirements and the biological effectives of habit-based minimum flow assessments for six rivers, International Journal of River Basin
Management, 4(3), 179−189.
Koel, T. M., and R. E. Sparks (2002), Historical patterns of river stage and fish communities as criteria for operations of dams on the Illinois River, River Research and Applications, 18(1), 3−19.
Maingi, J. K., and S. E. Marsh (2002), Quantifying hydrologic impacts following dam construction along the Tana River, Kenya, Journal of Arid Environments, 50(1), 53−79.
Mathews, R., and B. D. Richter (2007), Application of the indicators of hydrologic alteration software in environmental flow setting, Journal of the American Water Resources Association,
43(6), 1400−1413.
Olden, J. D., and N. L. Poff (2003), Redundancy and the choice of hydrologic indices for characterizing streamflow regimes, River Research and Applications, 19(2), 101−121.
Poff, N. L., J. D. Allan, M. B. Bain, J. R. Karr, K. L. Prestegaard, B. D. Richter, R. E. Sparks, J. C. Stromberg (1997), The natural flow regime: A paradigm for river conservation and restoration,
Bioscience, 47(11), 769−784.
Puckridge, J. T., F. Sheldon, K. F. Walker, and A. J. Boulton (1998), Flow variability and the ecology of large rivers, Marine and Freshwater Research, 49(1), 55−72.
Richter, B. D., J. V. Baumgartner, J. Powell, and D. P. Braun (1996), A method for assessing hydrologic alteration within ecosystems, Conservation Biology, 10(4), 1163−1174.
Richter, B. D., J. V. Baumgartner, R. Wigington, and D. P. Braun (1997), How much water does a river need, Freshwater Biology, 37(1), 231−249.
Richter, B. D., J. V. Baumgartner, D. P. Braun, and J. Powell (1998), A spatial assessment of hydrologic alteration within a river network, Regulated Rivers: Research and Management,
14(4), 329−340.
Sale, M. J., E. D. Brill, and E. E. Herricks (1982), An approach to optimizing reservoir operation for downstream aquatic resources, Rater Resources Research, 18(4), 705−712.
Shiau, J. T., and F. C. Wu (2004a), Assessment of hydrologic alterations caused by Chi-Chi diversion weir in Chou-Shui Creek, Taiwan: Opportunities for restoring natural flow conditions, River Research and Applications, 20(4), 401−412.
Shiau, J. T., and F. C. Wu (2004b), Feasible diversion and instream flow release using range of variability approach. Journal of Water Resources Planning and Management, 130(5), 395−404.
Shiau, J. T., and F. C. Wu (2006), Compromise programming methodology for determining instream flow under multiobjective water allocation criteria, Journal of the American Water
Resources Association, 42(5), 1179−1191.
instream flow releases for optimal weir operation: Comparing three indices of overall hydrologic alteration, River Research and Applications, 23(1), 35−53.
Shiau, J. T., and F. C. Wu (2007b), Pareto-optimal solutions for environmental flow schemes incorporating the intra- and inter-annual variability of the natural flow regime, Water
Resources Research, 43(6), W06433, doi:10.1029/2006WR005523.
Shiau, J. T., and F. C. Wu (2008), A histogram matching approach for assessment of flow regime alteration: Application to environmental flow optimization, River Research and Applications,
24(7), 914−928.
Shiau, J. T., and F. C. Wu (2009), Regionalization of natural flow regime: Application to environmental flow optimization at ungauged sites, River Research and Applications, (in press).
Smakhtin, V. U., R. L. Shilpakar, and D. A. Hughes (2006), Hydrology-based assessment of environmental flows: An example from Nepal, Hydrological Sciences Journal, 51(2), 207−222.
Suen, J. P., and J. W. Eheart (2006), Reservoir management to balance ecosystem and human needs: Incorporating the paradigm of the ecological flow regime, Water Resources Research,
42(3), W03417, doi:10.1029/2005WR004314.
Taylor, V., R. Schulze, and G. Jewitt (2003), Application of the indicators of hydrological alteration method to the Mkomazi River, KwaZulu-Natal, South Africa, African Journal of
