第二章、研究區之水平衡及逕流量分析

第二章、研究區之水平衡及逕流量分析

第一節、基本氣候要素的歸納與分析

本節所分析的氣候要素僅止於氣象觀測站所觀測的基本氣候要素，如氣溫、降 水量、皿蒸發量、風速等的歸納與解讀。配合理論所轉換而得的氣候要素，如可能蒸 發散量、合理蒸發散量、氣候水平衡之分析則留待第二、三節說明。本文所使用之52 個氣候觀測站基本資料請參見附錄一

¹

圖2-1、本研究所使用之氣候觀測站分布圖

1用以繪製氣候資料等值線的氣候測站為 45 個（附錄(二)測站編號 1-45），加上用來作為求「標高—

逐月氣溫」直線迴歸式，所用之氣溫測站有 7 個（附錄(二)測站編號 46-52），共 52 個氣象觀測站。

21

一、氣溫

月均溫是本研究計算可能蒸發散量的基礎，由於研究區內附有氣溫觀測項目 ， 且觀測年份合於本研究的氣象測站僅有 11 個（參見附錄二），在計算上觀測密度 顯然不足，無法作為計算可能蒸發散量及氣候水平衡的依據，為解決此一問題的 方法，本研究是以這11 個氣象站加上與鄰區 5 個氣象測站氣溫資料作「標高與逐月 氣溫」對應的簡單相關與直線迴歸，再以所建立之「標高—逐月氣溫」迴歸方程式，

代入各雨量站的標高資料作月、年平均溫度之標高修正，求出各雨量站之月、年均 溫值。所建立之13 個「標高—氣溫」迴歸式的判別係數皆在 0.881-0.973 間。各迴歸 式均達到相當的顯著性（P＜0.0001）（表 2-1），16 個氣象站標高自 2 公尺到 2050 公尺皆有，尚能平均地涵蓋研究區各種標高的狀況，且大致平均分配於各種 地形區，故所建立之迴歸式可作為推估不同標高的氣溫及可能蒸發散量。

表2-1、研究區氣候觀測站所建立之「標高(ｘ)—逐月均溫(ｙ)」關係式 迴歸直線 判別係數 t 檢定 顯著性(p) 1 月 ｙ＝15.1027－0.4356 ｘ 0.973 22.15 ＜0.0001 2 月 ｙ＝15.0977－0.3991 ｘ 0.950 16.23 ＜0.0001 3 月 ｙ＝17.3295－0.2874 ｘ 0.881 10.17 ＜0.0001 4 月 ｙ＝21.3343－0.4439 ｘ 0.931 13.72 ＜0.0001 5 月 ｙ＝24.8094－0.5121 ｘ 0.952 16.73 ＜0.0001 6 月 ｙ＝27.3891－0.5963 ｘ 0.933 13.95 ＜0.0001 7 月 ｙ＝29.0957－0.5936 ｘ 0.961 18.63 ＜0.0001 8 月 ｙ＝28.8515－0.6086 ｘ 0.965 19.58 ＜0.0001 9 月 ｙ＝27.2757－0.6138 ｘ 0.970 21.22 ＜0.0001 10 月 ｙ＝24.2152－0.5324 ｘ 0.937 14.39 ＜0.0001 11 月 ｙ＝20.6147－0.4778 ｘ 0.943 15.17 ＜0.0001 12 月 ｙ＝16.8701－0.4640 ｘ 0.843 8.67 ＜0.0001 全年 ｙ＝22.3434－0.4786 ｘ 0.971 21.52 ＜0.0001

註ｘ之單位為100m；上述各直線迴歸式均只適用於ｘ≧0 時。

一般而言，氣溫有隨高度的增加而遞減的現象，此種特性應當也適用於研究區 氣溫由表2-2 可知研究區最冷月為 1 月，平均月均溫為 13.5℃，最暖月為 7 月，平 均月均溫為27.0℃；平均年均溫為 20.6℃，平均年溫差 13.5℃。平原區的年溫差大 過山地區，平原區的各測站之7 月均溫均在 28.5℃，沿海各測站的實測值均超過

地為多，而雨日有降低氣溫的作用有關，因此，冬夏氣候乾濕的對比較為明顯。各 月均溫的相對變異程度（變異係數），以12-1 月份最為明顯。

表2-2、研究區的年、月均溫的基本統計量結果（單位：℃）

月份 平均溫度 標準差 變異係數

％

全距 最小值 最大值

一月 13.5 2.0 14.8 8.6 6.8 15.4 二月 13.7 1.8 13.1 8.1 7.7 15.8 三月 16.2 1.4 8.6 10.7 11.2 17.9 四月 19.7 2.1 10.7 9.2 12.2 21.4 五月 22.9 2.4 10.5 11.3 14.4 25.3 六月 25.3 2.7 10.7 12.2 16.0 28.2 七月 27.0 2.8 10.4 12.5 17.5 30.0 八月 26.7 2.8 10.5 12.5 17.0 29.5 九月 24.2 3.2 13.2 12.8 14.9 27.7 十月 22.3 2.5 11.2 9.7 13.6 24.9 十一月 18.9 2.2 11.6 9.5 11.5 21.0 十二月 15.2 2.3 15.1 10.7 8.1 18.8 全年 20.6 2.2 10.7 9.7 13.0 22.7

資料來源：整理自《氣候資料年報(地面部份)》與《台灣地區各河川月雨量記錄》

二、降水量分析

作者將研究區的降水資料歸納整理成表2-3，並繪製成 1、3、5、7、9、11 月份及 年平均等雨量線（圖2-2～圖 2-8）。綜合數據的統計及主題圖的解讀，將研究區的 降水特性作如下的分析：

1.降水型態顯示出過渡色彩

以個別月份來觀察全區概觀的降水時間分配：全區降水最少的月份為11 月，

平均值為49.8mm，月平均降水量低於 100mm 的月份有 10、11、12、1 月。最多的月 份為8 月，平均值為 331.2mm；平均月降水量超過 200mm 的月份有 3、5、6、7、8、9 月，整體呈現秋冬少雨，春夏多雨降水型態，但早春的2-3 月份降雨偏多（高過研 究區全年單月降水量的平均值），其偏多的趨勢高於臺北地區。事實上，這兩個月 的降水量和也不比臺北地區少

²

對比臺灣其他區域降水季節的特性，夏半年（5-10 月）高於冬半年（11-4 月），夏半年之降水量約為全年之65.8%，集中程度略高於北部地區的 63%，與北

2

=731.3mm，佔全年降水量的 19.5％；臺北站 2、3 月份之降水量和=345.7mm，佔全年的 14.9％；新 竹 新 站 2、3 月份之降水量 和 =349.0mm ，佔全年的 19.6％，新竹舊 站 2、3 月份之降水量 和

=313.1mm，佔全年的 17.8％；臺中站 2、3 月份之降水量和=181.8mm，佔全年的 11.1％。（《氣候資 料年報(地面部份)》及《中央氣象局資訊服務網站》(2003.04.10)）

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部地區的降水季節分布型態類似，低於中部地區（78%）

³

研究區的年降水量的平均值，以流域加權平均值為2147mm（以算數平均數計 算所得的數值為2134mm〔表 2-3 所示〕

⁴

從月均溫變化、可能蒸發散量、合理蒸發散量、降水量等氣候要素的特性顯示：

研究區的氣候呈現出介於北部地區到中部地區的過渡性色彩，從年降水總量來看，

較接近中部地區；從降水季節分配趨勢來看，則反而較接近北部地區。

表2-3、研究區的年、月平均降水量的基本統計量（單位：mm/月）

月份 平均雨量 標準差 變異係數

％

全距 最小值 最大值

一月 90.1 60.2 66.8 400.3 46.2 446.5 二月 159.0 34.4 21.6 220.4 40.5 260.9 三月 207.1 40.2 19.4 239.1 134.6 373.7 四月 178.1 29.1 16.3 144.8 113.5 258.3 五月 263.4 39.7 15.1 206.9 198.7 405.6 六月 313.1 64.4 20.6 324.3 211.7 536.0 七月 212.2 60.3 28.4 241.3 93.0 334.3 八月 331.2 113.4 34.2 463.3 59.1 522.4 九月 209.6 87.6 41.8 303.2 74.0 377.2 十月 74.9 44.4 59.3 169.7 14.0 183.7 十一月 49.8 13.4 26.9 54.3 26.3 80.6 十二月 57.7 21.3 36.9 126.1 20.8 146.9

全年 2134.0 397.2 18.6 1600.0 1373.4 2973.4

資料來源：整理自《氣候資料年報(地面部份)》與《台灣地區各河川月雨量記錄》

2.研究區降水的季節分布特性：秋冬少雨、有兩個降水高峰期

以全區概觀，研究區的乾季為10 月至翌年 1 月，這 4 個月的各月降水量均不 到100mm，4 個月降水量總和約佔全年降水量的 12.8%（僅及月降水量期望值的 38.4％）。若以個別測站來代表各區域的降水狀況，由沿海向內陸：編號 16 畜產試 驗所所新竹分所農業氣象站（標高 60m）10-1 月份的降水量總和，約佔全年降水 量的8.7%；編號 13 新竹氣象舊站（標高 34m）的為 12.0%；編號 22 臺電公司竹東

（標高255m）的為 14.7％，臺電軟橋雨量站的為 12.2％，編號 23 竹南臺糖畜產研 究所農業氣象站（標高50m）的為 10.6％（相關數據均詳見附錄二）。因此，研究 區秋冬少雨，全區是一致性的現象，但略有從內陸向沿海，以及東北向西南增加 的現象，由此可知，研究區秋冬少雨應係受地勢高低以及位於東北季風之背風側 的影響。

研究區的降水有兩個大高峰期和一個小高峰期（參見表2-3），兩個大高峰期，

一在5-6 月份、一在 7-9 月份，前者的降水來源應是梅雨，後者應屬颱風降雨；另 一小降水高峰期在3 月份，應是春雨滯留鋒面所帶來的降水。

3.降水量具有由沿海向內陸遞增的空間特性

以個別月份來觀察全區概觀的月平均降水量的空間差異（圖2-2～圖 2-7）：1 月份之月降水量以沿海（尤其是新竹平原沿海）最低，不足50mm，漸次遞增到山 地的 100-200mm；降水量最高者為頭前溪支流油羅溪上游之鳥嘴山一帶（約 446.5mm）。另有二個降水小中心的，一是頭前溪支流上坪溪下游的軟橋一帶（約 103.6mm ）；另一是中港溪 上游支流大東河與上坪溪的分水 嶺一帶（約 100- 200mm）（圖 2-2）。

3 月份之月降水量在空間分布上頗為平均，大致為 200mm 左右，只有上坪溪 上游的霞喀羅溪流域（參見圖2-3）月降水量可達 300mm。

5 月份之月降水量在空間分布上也頗為平均，大致為 250mm 左右，霞喀羅溪 流域月降水量則可達350-400mm（圖 2-4）。

7 月 份 之 月 降 水 量 在 空 間 分 布 由 沿 海 的 100-150mm 遞 增 到 山 地 的 250- 300mm，所出現的數個降水中心均在地形轉換的遷急點附近（均非高山地區），

反映地形對氣流抬昇而致凝結降雨的作用（圖2-5）。

9 月份之月降水量在空間分布由沿海的 100mm 遞增到山地的 250-300mm，降 水中心位於東部與大漢溪的分水嶺附近（圖2-6）。

11 月份之月降水量最少，在空間分布上相當均一，約為 50mm 上下，只有楊 梅及龍潭兩地稍高（約70-78mm 間）（圖 2-7）。

研究區平均年降水量大致是由海岸地區的1400-1500mm，遞增到關西—竹東

—北埔—南庄—三灣一線（約為500m 等高線），即達 2000mm；到各大河川源流 區（約為1500m 等高線）附近，即達 2500mm 上下。以及等雨量線大致與地形走向 平行（大致為東北北—西南南）的空間規律性至為清晰（圖2-8），各月份的等雨 量線也大致呈現類似的趨勢。

研究區之降水隨高度遞增，由西部平原的1500mm 向東逐次遞增，中港溪與 大安溪分水嶺附近達到2900mm，以此計算（2900mm-1500mm／2000m），研究 區年降水量以約70mm／100m 的梯度由西向東遞增，這種遞增趨勢應是受地形抬 昇氣流效應的影響。這種特徵在10 月至翌年 3 月間尤為明顯，10-3 月份東北季風

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由內陸吹向沿海，沿海地區處於氣流下沈帶，降水受到抑制；夏季因地勢的急速 拉高，西南季風及颱風受地形的抬昇作用，故山地的降水量高於沿海甚多。4-6 月 份春季的春雨與梅雨鋒面分布範圍廣泛，內陸及沿海的降水量無太大的差異，5 月 份是研究區沿海地區降水量最多，也是海、陸間降水空間分布最平均的月份。（參 見圖2-2～圖 2-7）

4.地形影響降水量的多寡

研究區平均年降水量最少的區域為新竹平原沿海，其次為竹南平原，兩處之 各月份等雨量線及年平均等雨量線均有向內陸凹陷的狀況，顯示這種「河谷平原」

地形與氣候的對應上，處於降水較少的雨影(Rain shadow)區位。

年等雨量線的輻合中心有兩處，一是位於頭前溪與大漢溪的分水嶺附近，輻 合的降水中心為鳥嘴山一帶（編號19 水利局鳥嘴山雨量站（標高 770m）之平均年 降水量高達3127.1mm）；一是位於中港溪與頭前溪支流上坪溪的分水嶺附近（編 號 39 林務局竹東林管處的南庄橫屏雨量站（標高 688m）之平均年降水量為 2930.2mm；觀霧站之平均年降水量則為 3055.3mm。這兩處突出的山體具有抬昇氣 流的效應，冬、夏氣流順著四周的河谷向上爬升，氣流輻合成為低壓中心而凝結致 雨。後者的地勢較高，地形更為突出，這種氣流輻合效應更為顯著，成為研究區年 降水最多的地區。頭前溪上游兩大支流油羅溪與上坪溪間的分水嶺兩側河谷反成為 山地相對少雨區域，可能是位於東北季風與西南季風冬夏雙重背風的影響，既缺 東北季風滋潤，亦乏西南季風洗禮，水汽相對較少。

此外，以平均年降水量而言，另有二個小降水中心，一是新竹氣象舊站（觀 測所位於一個小獨立山頭，稱為枕頭山，背後有高約100-130m 的十八尖山）一帶 另一是竹南到頭份間的崎頂臺地（編號21 水利局大埔雨量站及編號 20 崎頂旱作灌 溉實驗區農業氣象站）。這兩處降水中心的海拔高度均不高，前者標高為34m，後 者標高分別為42m 及 40m，似乎顯示平原及臺地地區的突出高地，即使是標高在 百餘公尺以下的突出高地，對降水量的增加也有所貢獻；其次，大漢溪上游谷地 相較於相鄰的鳳山溪、頭前溪及中港溪上游地區，年降水量少了200-500mm，而減 少的月份以3、7 月較為明顯，顯見大漢溪上游的冬夏雙重背風特性。

表2-3 中 6-9 月份的降水量、全距、標準差大於其他季節，顯示夏季可能受到夏 季降水量比其他季節來得高的影響所致；此外，1 月份降水量的變異係數為全年單 月中最大，表示1 月的降水量有明顯的空間差異。整體而言，地形對降水量的影響 隨著季節性降水型態轉換而有所差異，則是可以肯定的。

27

29

31

33

三、皿蒸發量、風速的分析

研究區內同時有風速、皿蒸發量觀測資料的氣象站僅有新竹氣象站（本處包括 舊站與新站）及水利局所屬南寮氣象站（已廢）及崎頂灌區氣象站 4 個，將 4 個氣 象站長期氣候平均值加以對照比較，以明瞭沿海與內陸氣候條件的空間差異。由表 2-4 可以很清楚的看到，就平均風速、最暖月氣溫、降水量等氣候要素的比較上，研 究區由內陸越向海岸越不利。位居內陸的新埔、竹東等地的河谷平原，由受地形屏 障，具有遮蔽東北季風的效果，春耕時間較沿海地區提前約 15-20 日（吳聲淼，

1996），加上水源由東向西是先上游後下游分配的運作規律影響，位於風頭水尾 的沿海地區，地面水資源量不及內陸地區，此一特性必然會影響研究區內不同自 然區位的水資源量型態，即是位於研究區西半部的臺地及平原地區，人口稠密，

產業發達，用水量大，但水資源的天賦條件卻遠遠不及人煙稀少的山地區，所以上 下游水資源的調配，地面水及地下水的聯合使用，是維持水資源穩定供應的基本 前提。

表2-4、研究區 4 個氣象站長期氣候要素之比較 年平均風速

(m/sec) 年平均皿蒸

發量(mm) 年平均降水

量(mm) 7 月均溫年平

均值(℃) 1 月均溫年平

均值(℃)

新竹舊站* 3.05 1374.5 1761.0 28.5 14.9

新竹新站 2.95 1328.3 1782.7 28.8 15.1

南寮測站 4.50 1550.8 1521.0 29.1 15.1

崎頂測站 3.40 1178.8 1894.1 29.1 14.9

*中央氣象局新竹氣象站，原有的舊氣象站位於新竹市博愛路，民國 79 年 7 月以後遷至竹 北市（新竹縣政府旁），是為新站。本處所用之舊站資料為 1990 年（含）以前的歷年平均 值

；新站之資料為 1991-2000 年 10 年平均值。

資料來源：整理自歷年《海岸水文年報》、《氣候年報(地面部份)》、《中央氣象局資訊服務網 站》

第二節、可能蒸發散量及合理蒸發散量的推估與分析

一、各種蒸發散量的推估方法及討論

降水、蒸發和逕流是瞭解水文量的三大要素，「降水量＝蒸發散量＋逕流量」為

降水觀測站密度，已經可以得到合理的面積降水量(areal precipitation)

⁵

1.逕流量的觀測

一般河川流量之觀測值誤差10％為常事，事實上，在下雨後，雨水有被地面 吸收和蒸發而消失、形成漫地流(overland flow)、入滲(infiltration)、在不飽和帶中流 動，並匯集成飽和區(saturated area)，或下滲(percolation)到飽和帶形成地下水逕流，

其間的滯留時間相差非常大，河川流量觀測不可能測到真正因下雨所形成的各種 逕流（楊萬全，1998）。在研究區根本缺乏適當可用的河川流量資料，試圖用這種 研究途徑來推估研究區各集水區的逕流量，或者由逕流量反推實際蒸發散量，在 目前可以說仍是可望不可及的。

2.各種蒸發量或蒸發散量的觀測與計算

常用的總蒸發量(total evaporation)或蒸發散量(evapotranspitation ET)包括：皿 蒸發量(pan evaporation Ep)、水面蒸發量(water surface evaporation Ew)、可能蒸發散 量(ETp)、實際（合理）蒸發散量(ETa)、真正蒸發散量(real or true evapotranspitation ETr)。皿蒸發量的觀測最容易，然而所觀測的數值會因蒸發皿的規格而有所差異

（楊萬全，1988），而且其數值不能反映自然界的真實狀況，故僅能作為相對定 性比較，無法作為推估「真正蒸發散量」的參數。水面蒸發量在觀測與使用上與皿蒸 發量類似。可能蒸發散量是在土壤水分保持田間容量(field capacity)狀態下所測得的 蒸發散量，反映的是土壤在充分給水下的最大蒸發散潛能。可能蒸發散量可用蒸發 散儀(evapotranspirometer)觀測，但長期及全面性的觀測也不可得，故多以經驗公式 推估，以桑士偉法及彭門公式(Penman equation)最為重要（楊萬全，1993）。真正 蒸發散量理論上可用測滲儀(lysimeter)觀測，但其在觀測及觀測數據解釋上所面臨 的困難尤甚於可能蒸發散量。楊萬全(1998)認為：

真正的蒸發散量資料不易取得，或根本沒有此項資料時，通常以桑士偉法推 估，所得數值稱為actual evapotranspitation（ETa），ETa 與真正的蒸發散量尚有一 段距離，稱為實際蒸發散量並不適宜，主張將計算所得之ETa 稱為合理蒸發散量 才不會被誤用。

故本文亦將ETa 以「合理蒸發散量」稱之。

二、以桑士偉法推估可能蒸發散量及合理蒸發散量

1.桑士偉法所用的相關參數及關係式：

i＝(T／5)

^1.514

^1.514

5

35

a＝(0.675×I

³

²

^﹣6

^a

i：月熱能指數（1~12 月）

I：年熱能指數（0～160 間）

a：月可能蒸發散量（未修正）計算用係數（0～4.25 之間）

T＝月均溫（℃）（1~12 月）

ETp 單位：mm/month，為各月未修正之月可能蒸發散量。

2.桑士偉法的計算步驟

(1)步驟一：桑士偉法計算可能蒸發散量均僅需各測站的各月均溫資料即可，

然而，研究區附有氣溫觀測項目，且觀測年份合於本研究的氣象測站僅 有9 個，故其餘 36 個測站（共 45 個測站）的月均溫資料係以本章第一節 所建立的「標高—氣溫」迴歸式轉推而得。

(2)步驟二：計算月熱能指數及年熱能指數。將月均溫資料代入上述之(1)及 (2)式中，以 SPSS

^x

(3)步驟三：求未修正 ETp。將步驟二所得之 I 代入上述之(3)及(4)式中，以 SPSS

^x

(4)步驟四：依各緯度（本研究區≒24.75

^o

(5)步驟五：計算土壤水份變化量。月平均雨量與已修正 ETp 比較，計算水份 變化和土壤有效水份。楊萬全認為本法在計算臺灣地區的土壤有效水份變 化時，土壤水份之最大值以 100mm 為宜，本研究採用的土壤有效水分之 最大值設定為100mm

⁶

(6)步驟六：計算合理蒸發散量。ETa 考慮該月 ETp、降雨量和前一個月的土 壤有效水份，當可能蒸發散量大於降水量而前一個月的土壤有效水份為 0 時，ETa 最多只等於降水量，以最後不足和過剩水量探討水平衡。

前四個步驟用以計算可能蒸發散量：第五、六步驟可計算合理蒸發散量與水平 衡（楊萬全，1993；1998）。

三、研究區年平均可能蒸發散量的空間分布特性

由於可能蒸發散量係以月均溫資料為推估的基礎，大部分測站的月均溫又是 以標高推估，故研究區內各測站的可能蒸發散量基本上是反映季節及高度的變化。

研究區內年平均可能蒸發散量超過1200mm 的有編號 16 畜產試驗所香山分所站的 1230.7mm、編號 20 崎頂站的 1225.5mm、編號 23 臺糖畜產所站的 1203.5mm 及編號 9 水利局南寮站的 1201.7mm，除了南寮站之外，其餘三處均是位於離海有一段距 離的高地上。年平均可能蒸發散量最低的是水利局觀霧站的685.7mm，其次為編號 42 石管局白石站的 728.9mm 及石管局鞍部站的 756.5mm，是本研究所用之氣象站 中標高最高的三個，其標高分別為2050m、1620m 及 1450m，均屬中海拔山區。

平原、臺地及丘陵區間的絕對高度與相對高度變化不大，從圖2-9 觀察可能蒸 發散量無太明顯的空間變化，主要反映地勢高低及距海的遠近，等值線呈東北—

西南走向，即由東南向西北遞增。斷層連線以東的山地區，受高度較大及地勢起伏 變化的影響，可能蒸發散量亦隨之波動，1100mm 等可能蒸發散量線約相當於 500 公尺等高線，900mm 等可能蒸發散量線約相當於 1000 公尺等高線，研究區東南隅 的標高最高，年平均可能蒸發散量已降至700mm 以下，整體而言，研究區可能蒸 發散量由西向東遞減率約為22.5mm／100m。以方格加權，研究區全域之年平均可 能蒸發散量為1074mm。

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四、合理蒸發散量及氣候水平衡的分析

1.研究區年平均合理蒸發散量的空間分布特性

合理蒸發散量(ETa)和可能蒸發散量(ETp)、降水量(P)、土壤有效水分(So)的關係 有以下四種：

(1)當P≧ETp時，則該月的ETa＝ETp，而剩餘的降水量補充至土壤中。當So上 升至100mm時，多餘的降水量轉成逕流，屬於雨水有剩餘(water surplus)的 狀況。

(2)當P＜ETp時，且(P+So)≧ETp，則該月的ETa＝ETp，開始借用上一個月份 土壤有效水份。該月份剩餘的土壤有效水份＝(P+So)－ETp，屬於耗用土壤 水(storage withdrawal)的狀況。

(3)當P＜ETp時，且(P+So)＜ETp，則該月的ETa＝(P+So)。該月土壤剩餘的有 效水份＝0，屬於土壤水份不足(water shortage)的狀況。

(4)當(P+So)＝0 時，ETa＝0

以臺灣各地長期氣候的平均值而言，(4)的情況在臺灣各地均不會發生。研究區 山地區（約標高200-500m 以上地區），由於地勢較高，氣溫較低，降水又充沛，

各月的合理蒸發散量不是屬於(1)的情況，就是屬於(2)的情況，所以其年平均合理 蒸發散量線的空間變化趨勢等同於可能蒸發散量線，合理蒸發散量大致由東南向 西北遞增。隨著地勢降低，秋冬少雨的現象發生，研究區的丘陵、臺地及平原地區 秋冬月份屬於(3)的情況，越靠海越明顯，故年平均合理蒸發散量反而呈現由東向 西遞減的趨勢，但遞減趨勢的梯度不大。

年平均合理蒸發散量趨勢的轉折連線大致是 1150mm 等合理蒸發散量線的位 置（圖2-10）。以方格加權，研究區全域之年平均合理蒸發散量為 1052mm，僅略 低於可能蒸發散量。

2.氣候水平衡分析

透過桑士偉法計算所得到的研究區各月份及全年的合理蒸發散量、土壤有效水 分、水分過剩和不足情形，是水平衡分析的基礎（詳細數據請參閱附錄二）。根據

「雨水有剩餘」、「耗用土壤水」、「土壤水不足」三個指標（楊萬全，1998），作者將 研究區氣候水平衡類型區分為：即全年水過剩、無缺水但秋冬耗用土壤水、秋冬有 土壤水份不足象三種，為了能更細緻地觀察研究區水平衡的空間分布特性，上述 三個氣候區之下又各區分出2 個亞區（圖 2-11）：

(1)全年水過剩（I 區）：分為全年水過剩＞2000mm（Ia）、全年水過剩介於 2000-1500mm（Ib）兩個亞區。

(2)無缺水但秋冬耗用土壤水（II 區）：分為秋冬耗用土壤水在 0-3 個月之間

（IIa）；秋冬耗用土壤水介於 3-6 個月之間（IIb）兩個亞區。

(3)秋冬土壤水份不足（III 區）：分為秋冬土壤水分不足＜3 個月（IIIa）；

秋冬土壤水份不足介於3-6 個月之間（IIIb）兩個亞區。

39

I、II、III 三區中以 II 區所佔的面積比例最大（約佔整個研究區的 60％），I、III 兩區比例相當，II 區各測站的全年水過剩介於 500-1500mm，IIa 與 IIb 亞區的分界 線則大致相當於全年水過剩1000mm 的等值線。I 區位於鳳山溪、頭前溪及中港溪三 水系的上游地區；IIa 則介於 500-1500m 之間的山地；IIb 區大致相當於丘陵及臺地 分布範圍；III 區大致相當於新竹平原西半部、竹東丘陵西半部、竹南平原及竹南丘 陵的範圍。

以水平衡論研究區的水資源條件：在降水量正常的年份，因拜2-3 月份降水偏 多之故，這兩個月全區的水平衡大致呈現雨水過剩狀態，十分有利於春耕大量耗 水；有土壤水份不足的區域，只有III 區的 11、12 月份。然而，以桑士偉法所求得的 ETp 及 ETa 數值，套用到研究區，本來就有高估的狀況，所以「土壤水份不足」的 月份，應更為縮減。故以氣候水平衡的角度而言，研究區的水資源條件，雖不能說 是得天獨厚，但至少是差強人意的。

若要應付新竹科學園區高科技產業日益增加的用水需求，則仍必須使水資源 在時、空間的調配上，截長補短，如將8-9 月份颱風季節的過剩雨水想辦法留存，

以備「秋旱」；各重要河川上游，尤其是中港溪流域、頭前溪支流上坪溪流域，有研 究區全年最多過剩的水，應設法將之以地面水或轉成地下水的形式留存，可備旱 年之需。進一步思考提高水資源的使用效率，在春旱年份（如 2001 年）休耕第一 期稻作，則是有效解決工業用水吃緊的非常手段。

其次，研究區的內陸地區（如關西、竹東、新埔等地）因冬春季節較為避風，

加上位於「水頭」地位，故插秧時程（約在 2 月下旬）較沿海地區（約在 3 月中 旬）早約15-20 日，故當遇春旱必須採用休耕手段時，作者認為休耕通知應從內陸 分區次第向沿海發佈。若3 月份降雨充足，下游地區即無須休耕，一則可減少農業 休耕補償的費用；一則可減低農業減產的損失，也可減輕因休耕農業人口閒置所 引發的社會問題，這是配合研究區氣候及水資源特性，所採取較為有效的水資源 管理策略。

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第三節、逕流量之估算

一、河川水文基本量

研究區內流域面積大於100 平方公里的地面水系有：鳳山溪、頭前溪、中港溪 三大流域，流域面積大於10 平方公里的水系有：客雅溪、三姓公溪（水平衡計算 併入客雅溪流域）、鹽港溪及竹篙厝溪水系（水平衡計算併入中港溪）。此外，尚 有獨流入海的大庄溪水系（水平衡計算併入客雅溪）、頂寮溪水系（水平衡計算併 入鹽港溪）；汫水港溪水系、海山川水系（水平衡計算併入鹽港溪）。

經圖面資料的計算及參考《臺灣地區七十六條重要河川理論水力蘊藏量及地表 逕流係數研究總報告》(石再添等，1994)，所得研究區各重要河川基本數據資料如 表2-5：

表2-5、研究區各重要河川數據資料 流域別 流域面積

(km

²

河長(km) 發源地高 度(m)

平均高度 (m)

平均坡度 (

^o

平均相對 高度(m)

河流等級 (Strahler) 鳳山溪 259 44.00 1200 209 10

^o

^o

^o

^o

^o

資料來源：石再添等(1994)

二、河川逕流量的推估

1.資料的計算

研究區之河川分為，鳳山溪、頭前溪、客雅溪（合併香山北半部諸水系）、鹽港 溪（合併香山南部諸水系港）、中港溪（合併竹篙厝溪）等流域，經以「方格法」計 算而得。各別流域與全區降雨量(P)係以等雨量用方格法加權而得；ETp 係先以 SPSS

^X

研究區之河川流量係採用桑士偉法計算之數值反推，經簡化之水平衡關係式 為：逕流量(RO)＝降水量(P)－蒸發散量(ETr)，式中 ETr 為真正的蒸發散量。本研 究 所 計 算 之 ETp 值 與 ETa 值 十 分 接 近 ， 均 可 乘 以 0.7 （ ETr ＝ ETp×0.7≒ETa×0.7），故直接採用 ETr＝ETp×0.7 上述作為水平衡關係式中的蒸發 散量值

⁷

7ETr＝ETp×0.7 關係式係依據楊萬全(1998)的觀點。

43

故（圖2-8），研究區降水量的高度遞增率約為 70mm／100m，故理論上所推估的 各水系逕流量及逕流係數的可靠性應高於表2-7，對應到各水系的降水量、逕流量、

逕流係數上，表2-7 的各種參數的估算應有偏高的狀況，故逕流量之討論以表 2-6 為準。

2.全區的水平衡與河川逕流量的推估

研 究 區 全 區 面 積 為 1412.51km

²

²

各流域間的比較可以明顯地發現：比流量（單位面積流量）及逕流係數與河 川流域及長度有關，此係因河川愈長，則上游愈深入山地；其次愈深入山地，地 勢愈高，降水量愈豐富，而蒸發散量反而降低之故，導致水平衡計算時，愈深入 山地，呈現「剩餘水量」愈多的狀況。因此，從比流量、逕流係數及總逕流量來看，

未來具有調配水資源效用之流域，概將以鳳山溪、頭前溪、中港溪三條河川為主，

其重要性依序為：頭前溪、中港溪、鳳山溪。若再細緻分析，則以頭前溪支流上坪溪 集水區及中港溪主流集水區的水資源條件最優越（圖2-11）。

表2-6、研究區各集水區的水平衡（一）

相關參數

水系別 A(km

²

ET(mm/yr) RO

ETp ETr* mm/yr ¹⁰

⁶

³

^CMS

100km

頭前溪 565.79 2300 982 688 1612 912.05 28.92 5.11 0.701 客雅溪 68.46 1671 1207 845 826 56.55 1.79 2.26 0.494 鹽港溪 52.26 1646 1221 855 791 41.34 1.31 2.51 0.481 中港溪 467.00 2139 1115 781 1358 634.19 20.11 4.31 0.635

合計 1412.51 1970.45 62.48

全區加權平均 ^{2147 1074 752 1395 4.42 0.650}

*ETp×0.7＝ETr；

**逕流係數＝（逕流水深）／(降水量) 資料來源：韋煙灶、楊萬全(1997)

表 2-7、研究區各集水區的水平衡（二）

相關參數

水系別 (km2)^A

P (mm/yr)

ETr (mm/yr)

RO

mm/yr 10

⁶

³

鳳山溪 259.00 2033 925 1108 286.97 9.10

全區加權平 均

2011 877 1134

資料來源：石再添等(1994)

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