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中 華 大 學

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Academic year: 2022

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(1)

中 華 大 學 碩 士 論 文

題目:明德水庫集水區經營管理

系 所 別:土木與工程資訊學系碩士在職專班 學號姓名:E09404029 林清華

指導教授:林文欽博士

中華民國九十六年六月

(2)

摘要

水庫集水區為重要之水源涵養及水土保持地區,研擬明德水 庫集水區管理改進措施以維護水庫集水區及下游地區人民生命與 財產之安全,實為政府之職責。惟目前明德水庫集水區仍有濫墾、

濫葬等違規使用與土地超限利用等土地使用情形,上上之策當然 是依法徴收私有地,但因為數可觀,恐對政府財政造成龐大負擔,

但如久未徴收及補償,又有濫墾濫葬與要求變更使用之壓力,而 在保護區內的居民亦長期忍耐土地利用受到限制的不公平待遇,

以致抗爭事件迭起,造成社會不安與政府公信力的式微。因此,

研擬水庫集水區管理改善措施,以增進土地利用,維護水源,減 少淤積,延長水庫壽命為研究之主要目的。

水庫集水區的經營管理特質非常明確,不僅需掌握水資源的 調配與分項利用,而且為提升水庫使用年限與營運效率,必須加 強監控水質以及輸砂趨勢,以避免污染及蓄水區之淤積等。本研 究方法係以明德水庫「清淤工程」為主要研究對象,探討水庫淤 積問題,運用現有庫容及年清淤量4種方法,評估其壽命及清淤工 程最佳方案,給予水庫管理單位參考。

藉由本研究探討分析提出具體結論,明德水庫集水區管理亦 需著重於水庫清淤工程,如不考慮清淤,水庫壽命尚有63年,年 清淤量至少辦理20萬立方公尺,方能維持現有庫容,選擇清淤最 佳方案,設置大型沉砂池,對明德水庫壽命之延長,執行效果更 佳,雖然水庫清淤並不合乎經濟效益,但水庫容量降低,直接影 響水庫給水功能及水資源保育,並利於社會安定、環境保育及經 濟發展。此外,近年國人意識抬頭,將清淤工程納入本評估模式 中,希望藉由本研究計畫,達成明德水庫永續利用之目標。

關鍵字:水質保護、清淤工程

(3)

目錄

摘 要………Ⅰ

目錄……… Ⅱ

圖目錄……… Ⅶ

表目錄……… Ⅷ

第一章 緒論………1

1-1研究動機與目的……… 1

1-2研究範圍及內容……… 2

1-3研究架構與研究方法……… 6

第二章 文獻回顧……… 12

2-1政策及管理機構層級………12

2-2土地管制策略………12

2-3水質保護………14

2-4模式應用………17

第三章 舊有國內外水源區經營管理模式分析………18

3-1國內水源區經營管理………18

(4)

3-1-1政策及管理機構層級……… 18

3-1-2土地管制策略……… 19

3-1-3水質保護……… 19

3-1-4模式應用……… 20

3-1-4-1水庫保護區……… 20

3-1-4-2生態保護區……… 21

3-1-4-3保安保護區……… 22

3-2美國水源區經營管理……… 23

3-2-1政策及管理機構層級………22

3-2-2土地管制策略………24

3-2-3水質保護………25

3-2-4模式應用………26

3-3日本水源區經營管理………28

3-3-1政策及管理機構層級……… 28

3-3-2土地管制策略……… 28

3-3-3水質保護……… 29

(5)

3-3-4模式應用……… 30

第四章 清淤工程應用於明德水庫集水區經營效益分析……… 35

4-1清淤工程應用於明德水庫構想………35

4-2水庫營運壽命推估………35

4-3水歷次淤積成果分析比較………46

4-4成效評估………52

4-4-1清淤單價分析………52

4-4-2分析方法………55

4-4-2分析結果………56

4-5相關法律規章………60

4-6管理機關之組織、人力、經費及權責………69

4-7以往經營效益………70

4-7-1清淤工程………70

4-7-2土地使用分區………71

4-7-3經營管理………71

4-8綜效評估………74

(6)

第五章 研究分析與討論………77

5-1水質保護方面………77

5-1-1水質保護問題………77

5-1-2水質保護對策………77

5-2管理機關方面………78

5-2-1管理機關問題………79

5-2-2管理機關對策………79

5-3土地使用管制方面………80

5-3-1土地使用管制問題………80

5-3-2土地使用管制對策………81

5-4清淤方面………82

5-4-1清淤問題………82

5-4-2清淤對策………83

第六章結論與建議………87

6-1結論……… 87

6-2建議……… 88

(7)

參考文獻………89

(8)

圖目錄

圖1-1 地理位置圖………4

圖1-2 明德水庫水質水量保護區範圍…...………5

圖1-3 研究架構流程圖………7

圖3-1 日本水源地區對策…...……..………32

圖3-2 日本水源地區對策基金應用關係……… 34

圖4-1 明德水庫歷次淤積測量比較圖……… 51

圖4-2 明德水庫浚渫益本比單位成本變化……… 57

(9)

表目錄

表4-1明德水庫營運壽命推估表(不考慮清淤)……… 37

表4-2明德水庫營運壽命推估表(年清淤10萬立方公尺)… 40 表4-3明德水庫營運壽命推估表(年清淤20萬立方公尺)… 43 表4-4明德水庫營運壽命推估表(年清淤30萬立方公尺)… 45 表4-5 明德水庫歷次淤積測量比較表……… 49

表4-6 明德水庫歷次淤積測量成果分析表……… 50

表4-7 明德水庫淤積浚渫水力抽泥單價分析表……… 55

表4-8 明德水庫淤積浚渫經濟效益分析成果表……… 58

表4-9 明德水庫集水區經營管理相關法規……… 64

表4-10明德水庫各種壽命評估表……… 86

(10)

第一章 緒論

1-1研究動機與目的

水是人類賴以生存之最基本需求,水資源供應是否充沛及水 質之良窳,關係人類文化社會延續推演之原動力,如何研擬水庫 集水區管理改善措施,以增進土地利用,維護水資源之量豐與質 優,並達成社會公平正義,便至為重要。

台灣水庫集水區面積十分廣大,地狹人稠,近四十年來,由 於工商業快速發展,社會環境以及政治背景的變遷,教育及人民 生活水準的提昇,加上人口快速增加,使得土地資源大量開發利 用,致河川污染日益嚴重,而水資源亦因此日益短缺,為確保水 庫集水區水源、水質、水量之涵養與永續利用,因而有飲用水水 質、水量保護區之劃設,惟劃設方式大都以目的事業單位取水口 以上之集水區或水庫集水區為範圍,且以天然山脊陵線為界,加 以牽涉法令很多,無法提供集水區內正當開發行為之規範,以致 於水庫集水區內之居民乃感受自身權益被剝奪,而屢有抗爭情事 之發生,造成社會不安與政府公信力的式微。

明德水庫是苗栗農田水利會管理之機關,係屬自來水法之水 質、水量保護區,該區雖有完善之管理、治理規劃執行水質、水 量保護工作,惟其管理組織、人力、經費亦有不足;加以管理法 規龐雜,且需協調上游受限之居民與下游受益地區居民等權益衝 突問題,凡此種種亦均為台灣未來水資源經營管理將面對之問題。

為此,乃以明德水庫集水區作為研究目標,以明德水庫集水區 之管理制度及對策為主體,並同時配合國外(美國及日本)水庫集水 區經營管理之探討,提出研究之結論與建議,期能對台灣未來之水資

(11)

源保護工作能激起全民共識、政府重視,而有助於未來台灣水源保護 及永續利用政策之制定參考。

1-2 研究範圍及內容

明德水庫位於苗栗縣頭屋鄉,面積 60.68 平方公里,涵蓋苗栗縣 頭屋鄉之明德村及獅潭鄉之百壽、永興、新店、和興四村以及造橋與 頭屋鄉交界之一小部份(如圖 1-1)。本區東臨南庄鄉之南河、蓬萊,

西接頭屋鄉、鳳鳴兩村,南止豐林、八卦力山界,北至錦水、大桃、

三洽坑。集水區下游水庫壩址位於老田寮溪上頭屋鄉明德村附近,即 位於苗栗市東北東方約 8 公里、竹南南方 12 公里處,距後龍溪出海 口直線距離約為 15 公里,屬一在槽水庫,且是政府公告之飲用水水 質、水量保護區之水源集水區(如圖 1-2)。

目前係由台灣省苗栗農田水利會負責管理之機關,管制範圍係以 土地使用管制為主,有關法令配合、人力、經費編列及業務執行運作 上,與其他水庫集水區明顯不同,因此特針對明德水庫集水區之管理 制度及對策進行研究。

另為獲取國內、外水庫集水區經營管理之經驗,透過國內相關集 水區與國外(美國及日本)集水區之管理模式分析進行探討,及利用 清淤工程應用於明德水庫集水區經營效益式分析,以獲取台灣未來之 水資源經營管理之建議。

本研究內容包括:

一、 台灣水資源經營管理相關文獻回顧與探討。

二、 舊有國內外水源區經營管理模式分析(包括:國內外水源區 經營管理、美國水源區經營管理、日本水源區經營管理)。

三、 清淤工程應用於明德水庫集水區經營效益式分析(包括:清 淤工程應用於明德水庫構想、相關法律規章、管理機關之組

(12)

織人力經費及權責、以往經營效益、綜效評估)。

四、 結論與建議。

(13)

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泰安鄉 南庄鄉

通霄鎮

大湖鄉

卓蘭鎮 銅鑼鄉

公館鄉

三義鄉

頭份鎮

頭屋鄉

獅潭鄉 後龍鎮

苑裡鎮

造橋鄉 三灣鄉

西湖鄉

竹南鎮

苗栗市

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®

Meters 02,5005,000 10,000 15,000 20,000

圖例

明德水庫

三灣鄉 三義鄉 公館鄉

卓蘭鎮 南庄鄉 大湖鄉 後龍鎮 泰安鄉 獅潭鄉

竹南鎮 苑裡鎮 苗栗市 西湖鄉 通霄鎮 造橋鄉 銅鑼鄉 頭份鎮 頭屋鄉

集水區範圍

集水區範圍

圖1-1 地理位置圖

(14)

圖1-2 明德水庫水質水量保護區範圍圖

(15)

1-3研究架構與研究方法

一、研究架構

本研究架構首先乃依據所彙整之台灣水資源管理文獻,依政 策及管理機構層級、土地管制策略、水質保護及清淤工程等四部 份做探討研究,並嘗試建立一最佳效益之評估模式。做為水庫應 否達到其應有效益之指標,以了解台灣水資源經營管理現況與缺 失。

再經由國內外參考文獻作比較分析,逐一探討,最後分析討 論結果,以獲致明德水庫經營管理之相關政策擬定及管理模式。

有關本研究架構流程如圖1-3:

(16)

文獻彙整

政 策 管 理 機 構 層 級

土 地 管 制 策 略

水 質 保 護

美 學 工 程

模式 應用

舊有國內外經 營管理模式分

國 內 水 源 區 經 營 管 理

美 國 水 源 區 經 營 管

日 本 水 源 區 經 營 管 理

清淤工程應用於明德水 庫集水區經營效益分析

清 淤 工 程 應 用 於 明 德 水 庫 構 想

相 關 法 律 規 章

管 理 機 關

綜 效 評 估

研 究 結 果

結 論 與 建 議

圖 1 - 3 研 究 架 構 流 程 圖 以 往 經 營 效 益

(17)

二、研究方法

本研究係以明德水庫「清淤工程」為主要研究對象,探討水 庫泥砂淤積,造成有效蓄水量減少,營運效率降,進而減短壽命 之主要原因。此為任何水庫所必須面對解決之問題,水庫泥砂之 產 源 來 自 集 水 區 內 之 地 表 沖 蝕 , 經 由 區 內 各 支 流 及 主 流 攜 入 庫 區,一般而言,造成集水區泥砂來源之原因,可能係不當之土地 開發、開路、採礦、伐木、社區及觀光旅遊區之開發等人為活動,

以及因崩塌、溪岸淘刷與湖波沖擊等之自然因素,本研究經實際 勘查結果,明德水庫泥砂來源係開闢道路、伐木及土地開發等因 素所造成為最嚴重。

為獲致相關資料,有關文獻資料彙整部份,主要以國內水源 水質水量之中央主管機關,如經濟部水利署、內政部營建署、環 保署及經建會等所辦理之研究計畫報告及各研討會議之總報告為 主,本研究方法以「清淤工程」應用於明德水庫構想,依明德水 庫營運壽命推估、經營效益分析、相關法律規章、管理機關、以 往經營效益及綜效評估為主要內容,以獲致水源保護措施之相關 研究為彙整對象。

明德水庫集水區之經營管理模式,主要特色為政策及管理機 構層級、土地管制策略、水質保護及清淤工程等;另為與國內參 考文獻作比較分析,故探討內容即針對上述特點配合相關文獻擬 定逐一探討,其中法律規章部份為免文獻之不足,另補以國內所 公佈施行之法律、辦法及命令等相關法規分類彙整。

明德水庫有效壽命(useful life)之估算,常因個種客觀因 素之變異影響,其中尤以集水區未來土地變遷等人為開發影響最

(18)

運用現有庫容不考慮清淤、年清淤10萬立方公尺、年清淤20萬立 方公尺及年清淤30萬立方公尺等4種方法,評估明德水庫營運壽命 及清淤工程最佳之經營方案,提供水庫管理單位經營管理之參考。

一、公式化

以下即水庫營運推估之計算公市式及計算因子說明:

C:水庫蓄水容量 I:年平均入流量

C/I:水庫蓄水容量/年平均入流量

囚砂率(B)=(C/I)Λ3/(0.00000102-0.00013*(C/I)+0.0206*

(C/I)Λ2+1.0266(C/I)Λ3)

淤積量(C1)=年流入水庫之泥砂量(C2)*囚砂率(B)

剩餘容量(C3)=水庫容量(C)-淤積量(C1)

以此公式計算出明水庫營運壽命。

本研究係依據明德水庫水位容量,年平均逕流量及囚砂率與 水庫容量逕流量比之計算,並參考水庫原規劃設計時估算水庫壽 命之標準,亦即採用泥砂淤至溢洪道頂時,作為壽命之終結,以 估算明德水庫有效壽命。

二、文獻搜集法

蒐集與本文有關之書籍、期刊、論文、民間智庫、政府出版品及 水利雜誌,以及官方網站所公布之資料等相關文獻,經整理、歸納後

(19)

進行分析水庫營運壽命等影響之關連性。

三、文獻分析法

羅致本文之相關資料,利用文獻分析法,探討其立論之焦點,或 比較分析其異同,採取次級資料分析法,蒐集相關議題的文件進行研 討,以增加本研究理論分析之準確性。

四、理論分析法

明德水庫自完工營運迄今,辦理 10 次淤積測量,本研究將歷次 淤積測量繪製成比較圖表,以便研究分析近幾年來淤泥疏浚及集水區 環境變化對水庫容積變化之影響及其變化趨勢。

五、比較研究法

為瞭解台灣水源區經營管理問題,故將國內水資源保護政策、經 營管理現況與國外先進國家之美國及國情相近之日本作一比較研究 分析,蒐集其資料以作為明德水庫集水區經營管理研究參考。

六、實務分析法

在水庫集水區經營方向之探討,係藉由各水庫管理單位目前已實 施之經營管理方案,檢討其經營管理,如經濟部水利署所管理之鯉魚 潭水庫、台灣自來水公司所管理之永和山水庫、嘉南農田水利會所管 理之白河水庫以及由台北市政府所管理之翡翠水庫,實務分析水庫管 理單位之問題。

七、成本分析法

本研究分析以一定之浚渫量及不同之單位浚渫成本來計

(20)

算浚渫後30年內之效益與成本。模擬水庫之餘留浚渫量,對應年 售水效益之現值由第一年度降至第30年度之總浚渫成本,益本比 隨單位浚渫成本之變化而不同,分析明德水庫在經濟上及經濟效 益等評估。

(21)

第二章 文獻回顧

為了瞭解集水區經營管理所牽涉之課題,本研究蒐集近年來重要 相關文獻,加以整理分析,並將有關相關資料分政策及管理機構層 級、土地管制策略、水質保護及清淤工程等四類,於下列各節進行相 關評述。

2-1 政策及管理機構層級

由所蒐集之國內水資源文獻顯示,有關水資源規劃、開發利用與 管理政策之擬定,可概由經濟部於 1989 年所舉辦之「全國水利會議」

【1】開始,當時所討論之議題主要為:「水資源規劃與開發利用、河 川管理與水質保育、節約用水與水資源調配、地下水利用與管制、水 災防護與河海整治、用地取得與管理、法規修訂與機構整合」等課題。

嗣後,於 1994 年再次舉行「全國水利會議」,而本次會議主題為:「水 資源基本政策與規劃、水源區治理保育與管理、地下水資源利用與管 制、水資源科技研究與人力」【2】等課題。

行政院經建會為整合國土與水資源問題,於 1998 年另舉辦之「全 國國土與水資源會議」,其討論主題為「永續之國土及水資源規劃、

國土經營管理、水資源經營管理、國土及水資源組織再造」【3】等課 題。

上述會議雖然將台灣水資源基本政策與規劃、水資源經營管理、

水資源管理法規及水資源組織再造等議題,經由學者、專家及機關代 表共同研討提出有關建議事項,惟歷經十餘年之推動,有關水資源政 策仍未明確指出,而水資源組織再造亦未完成。

2-2 土地管制策略

(22)

有關土地管制策略部份,主要由水資源相關機關:經濟部水利署、行 政院農業委員會、苗栗農田水利會等,就其權責事項及全國會議之結 論,辦理相關規劃計畫,茲概述如下:

一、 台灣省農林廳山地農牧局於 1971 年辦理「明德水庫上游集水區 水土保留初步勘查報告」【4】,主要內容包括調查內容及經過、

工作內容及調查方法、行政區域及人文交通、集水區概況、氣 象及水文、土地利用現況、農業經營現況、溪流調查、崩塌地 調查、集水區水土保持計劃、計劃效益及建議。

二、 台灣省水利局於 1990 年辦理「明德水庫集水區調查治理規劃報 告」【5】,主要內容包括自然環境、經營利用與治理現況、集水 區問題、治理對策與規劃、行政措施、砂源調查及推估、水庫 保護帶之設置及建議。

三、 苗栗農田水利會於 1999 年辦理「八十八年中小型水庫保育整體 計畫」集水區地層滑動與崩塌地調查治理工法研究計畫【6】, 主要內容包括試驗調查集水區概況、研究調查方法、執行結果 與討論。

四、 經濟部水利署於 2002 年辦理「水庫集水區水質調查及改善策略 之研擬」【7】,主要內容包括水庫集水區點污染源及非點污染源 調查評估,完成石門、白河、曾文、牡丹及鳳山水庫等五座水 庫資料庫之建立。

五、 經濟部水利署於 2002 年辦理「水庫整體保育計畫規範(草案)」

【8】,主要內容包括水庫整體保育計畫內容概要、基本資料、

土地利用調查計畫、水質保育及污染防制計畫、環境生態保育 計畫、溪流整治計畫、水土保持計畫、森林經營計畫、環境監 測計畫、壩體更新改善、水庫清淤防淤計畫、水庫保育分期分 級、計畫經費及執行、整體成效評估。

六、 苗栗農田水利會於 2003 年辦理「明德水庫集水區調查治理規劃

(23)

報告」【9】,主要內容包括整治調查成果、氣象水文、泥砂調查、

集水區治理依據、治理對策、集水區五年保育規劃、整體治理 計畫及預期效益評估。

七、 行政院農業委員會水土保持局於 2006 年辦理「明德水庫集水區 山坡地整體治理調查規劃報告」【10】,主要內容包括集水區概 況調查、水文泥砂資料蒐集、水理演算分析、空拍作業、集水 區問題分析與水土保持需求性、整體規劃治理對策、規劃重點 區段之河道縱橫斷面測量、治理計畫與管制事項、預期效益及 規劃設計成果模擬等。

八、 經濟部水利署中區水資源局於 2006 年辦理「鯉魚潭水庫及明德 水庫蓄水範圍與保護帶保育先期理規劃報告」【11】,主要內容 包括基本資料之蒐集、處理與分析、保護帶劃設範圍規劃、土 地利用現況實地查對及分析,蓄水範圍及保護帶之保育與治理 規劃概述及改善建議、既有方案檢討、保育治理對策及規劃與 設計。

上述水庫集水區經營整體規劃,主要包括水庫維護、河川治理及 水土保持等工程,以減少集水區、河川沖蝕及減緩水庫淤積,並延長 水庫壽命,目前尚經有關機關分年實施,至於集水區之管理則未提 出,對於人為之開發破壞行為,無法有效解決。

2-3 水質保護

有關管制策略文獻主要彙整水資源保護、管理相關措施及規劃研 究,經分析各計畫之委辦機關顯示,主要為水資源主管機關或相關管 理機關,茲概述如下:

一、 行政院環保署於 1992 年辦理「飲用水源水庫集水區保護管理策 略報告」【12】,主要內容包括水庫水質、淤積、管理組織現況

(24)

分析、集水區管理問題探討、管理策略擬定。

二、 行政院國科會於 1993 年辦理「台灣地區水庫集水區非點源污染 控制技術及策略之研究」【13】,主要內容包括國內外非點源污 染文獻資料彙整、非點源污染之定性定量分析、模式應用、控 制方法、法規、BMP 控制策略等。

三、 經濟部水資源局於 1997 年辦理「水庫集水區非點源污染控制手 冊及分級管理措施之研訂」【14】,主要內容包括探討台灣地區 水庫集水區非點源最佳管理作業之探討及編篡作業手冊。從水 質保護、土地管理之制度面、法律面研擬水庫集水區分級分區 管理措施。

四、 經濟部水資源局於 1998 年辦理「推動民眾參與水庫集水區管理 實施計畫」【15】,主要內容包括藉由專家學者組成專業團隊,

作為政府與集水區社區居民溝通之觸媒;利用各項活動,提供 民眾參與資訊與機會。

五、 行政院環保署於 1998 年辦理「非點源污染防治示範計畫」

【16】,主要內容包括建立非點源污染管制優先性原則及污染削 減策略,完成鯉魚潭水庫示範計畫,並辦理中美非點源污染控 制管理制度與技術之交流。

六、 行政院環保署於 1999 年辦理「淡水河系基隆河非點源污染分析 調查及整治規劃」【17】,主要內容包括基隆河流域非點源污染 分析調查,土地分區使用現況,建立模式以推估污染量。

七、 經濟部水資源局於 1999 年辦理「推動民眾參與水庫集水區管理 實施計畫(二)」【18】,主要內容包括結合不同領域的專家學者 組成工作團隊,作為繼續推動民眾參與水庫集水區管理之媒 介;並將觸角延伸至國際交流,以期達到「全球思考,草根行 動」的目標。

八、 行政院國家科學委員會於 1999 年辦理「推行集水區污染總量管

(25)

制策略之探討」【19】,主要內容包括台灣地區推行集水區污染 總量管制策略,根據集水區水質問題,應用整體性管理模式來 計算點源及非點源污染負荷量,以總量管制分析探討水質變化 之重要因素。

九、 台北市政府於 2000 年及 2001 年辦理「翡翠水庫集水區管理規 劃研究」【20】,主要內容包括集水區污染整體性管制策略,根 據集水區水質問題,應用整體性管理模式來計算點源及非點源 污染負荷量,以總量管制分析探討水質變化之重要因素。

十、 行政院環保署於 2000 年辦理「流域集水區非點源最佳管理措施 之研究」【21】,主要內容包括流域集水區非點源污染分析調查,

土地分區使用現況,建立模式以推估污染量。

十一、行政院國家科學委員會於 2001 年辦理「集水區非點源污染模 式分析及驗證之研究」【22】,主要內容包括非點源污染模式之推 估方法,藉由地理資訊系統分析(GIS)、全球衛星定位系統(GPS)

及遙感探測(RS)技術進行資料輸入及推估。

十二、行政院國家科學委員會於 2001 年辦理「集水區水質總量管理 模式與控制技術之研究」【23】,主要內容包括集水區上游非點源 污染為造成地面水體水質不良之主因,控制措施-最佳管理作業

(BMPs)之規劃與執行,以魚溪為研究樣區。

綜合上述管制策略顯示,對於集水區經營管理,已有「以土地 分級分區管制替代全面管制」之規劃思考,對於集水區中較大部份區 非點源污染則引進國外 BMP(最佳管理措施),並推動結合不同領域的 專家學者組成工作團隊,作為繼續推動民眾參與水庫集水區管理之媒 介;並將觸角延伸至國際交流,以期有效保育集水區。至於集水區管 理組織整合尚未落實,回饋制度則進入起步中。

(26)

2-4 模式應用

有關模式應用,主要係將明德水庫營運壽命推估,由明德水庫淤 積測量結果、歷年淤積量、布倫式囚砂率,推估明德水庫使用壽命及 效益分析,有關各機關辦理情形概述如下:

一、 苗栗農田水利會於 1999 年辦理「八十八年中小型水庫保育整體 計畫」成效評估【24】,主要內容包括明德、大埔水庫淤積測量、

淤砂採樣與來源分析兩大項。

二、 苗栗農田水利會於 2003 年辦理「明德、大埔水庫淤積測量計畫」

【25】,主要內容包括淤積測量、試淤砂採樣與來源分析、清淤 計畫、土資場調查及建議。

三、 苗栗農田水利會於 2007 年辦理「明德、大埔水庫淤積測量計畫」

【26】,主要內容包括淤積現況測量、清淤採樣分析、清淤環境 影響評估及分析、清淤之時機、方法及斷面最佳方案研擬、土 資場調查及建議。

綜合上述各研究,有關集水區之經營管理已有以地理資料系統 及各數學模式之研究,以協助解決分析與改進參考,惟目前仍只於研 究階段,尚無用於實際管理決策之分析。

(27)

第三章 舊有國內外水源區經營管理模式分析

為瞭解台灣水源區經營管理問題,故將國內水資源保護政策、經 營管理現況與國外先進國家之美國及國情相近之日本作一比較,以獲 致台灣水源區經營管理之參考。

經彙整有關資料顯示,無論是台灣或是美國、日本,有關水源區 經營管理,均以水質保護為主體,且其成效常與管理機關、土地使用 管制等有極為密切關係,故有關國內外水源區經營管理乃以上述分作 為敘論主題。

3-1 國內水源區經營管理

3-1-1 政策及管理機關層級

由水利法規定,水利主管機關-經濟部,僅執行經濟發展所需求 之水量開發,至於自來水事業及農田水利單位則僅著重於水量之應 用,對於水源水質之保護均以本身不具權責而推給環保機關查處。

另水源水質保護之污染管制程序則係由中央主管機關-環保署訂 定全國一般性的管制規範、放流水標準與分類水質標準及施行細則,

以做為地方主關機關-縣市環保局之管制依據。

由於各法執行層面並未有效溝通協調,因而縣市環保局之污染 管制並常無法符合水利單位需求;而水利單位因只重水源水量開發,

對於水源區管理之經營管理及保護,又以非其權責而未予重視,故常 致水利單位由水源區開發出足夠之水量,供自來水事業、工業用水、

農田用水,奈因欠缺專責管理,而使水源水質變劣,如此惡性循環,

致水源保護區愈劃愈多,而水源水質逐日轉劣。

(28)

3-1-2 土地管制策略

依上述各法內容規定,有關水源區土地利用之管制,除自來水事業單 位得依自來水法第十一條規定,視其實際需要申請主管機關會商有關 機關公布劃定「水源、水質、水量保護區」,以禁止重大土地開發行

為及一切貽害水源、水質之行為外,其餘各法並未規範。

由於目前水資源保護權責機關對於水源區水源水質水量保護事項並 未於政策上定位,亦未列為重要施政事項,一旦與土地開發衝突時,

又常棄守水源區保護原則,致水源保護成效不彰,故 1994 年「全國 水利會議」【2】乃將水資源政策定位、水質保護法令之一致性、水源 管理機關整合、水源管理制度等問題之檢討改進,列為一後續推動事 項,惟目前仍未有具體成效【27】。

3-1-3 水質保護

台灣地區由於人口的增加與工業化的發展,不僅對水的需求日益 增加,又因廢污水的排放問題,使的水體水質逐漸惡化,故僅以 1942 年公布施行以興辦防洪、灌溉、保土、蓄水…等水利事項之「水利法」

已無法符合水質需求。

1965 年 4 月美國伊利諾州衛生處總工程師柯蘭生長(C.W.Klassen) 針對台灣當時狀況,曾提出「台灣省水污染防治計劃研究報告」,可 說是當時水質政策的重要指標,其重要建議包括有:【28】

(一)訂定全國性防治水污染的方法。(二)成立省級性的水污染防治機 構。(三)要求現有工廠進行廠內改善減低廢水排放及做廢水處理。(四) 工廠需要求有合乎標準的廢水處理設備。(五)遷移台灣自來水廠水源 取水口至上游地區避免原水受污染。

(29)

「自來水法」於 1966 年發布實施,賦予自來水事業單位得依自來水 法第十一條規定,視其實際需要申請主管機關會商有關機關公布劃定

「水源、水質、水量保護區」,並訂定管制事項,禁止一切貽害水源、

水質之行為。1971 年初期,由於工業、經濟更快速的成長,人口亦 向都市集中,政府為防制水污染確保水資源之潔淨,維護生活環境,

增進國民健康,乃再於 1974 年公佈「水污染防治法」、1975 年公佈

「水污染防治法施行細則」、1976 年訂定「工廠礦場放流水標準」、「河 川水體分類及水質標準」、1984 年訂定「下水道法」,據以推動實施 台灣之水資源水質保護【30】。

3-1-4 模式應用

水源區之劃設,其範圍遼闊,土地面積廣大,若僅因水源保 護之需求而將土地完全禁止使用,事實上不可能,且在執行時必 招致當地居民之反抗,因此明德水庫特定計畫區土地使用區分,

乃在不影響水源保護目標下,依據各地區不同程度發展需求,而 給予適當之住宅區、商業區及農業區之劃設,其餘土地則依據不 同之目的及生態需求而劃為「水庫保護區」、「生態保護區」、

「保安保護區」予以管制,有關集水區範圍內皆屬非都市土地,

依 據 內 政 部 市 鄉 規 劃 局 之 用 地 編 定 以 農 業 用 地 為 主 , 面 積 約 5593.346公頃,佔集水區面積92.183%,水利用地次之,面積約 296.985公頃,佔集水區面積4.895%,再其次為遊憩用地面積 65.928公頃,佔集水區面積1.087%【10】。

3-1-4-1 水庫保護區

一、目的與範圍

設立水庫保護區,係基於水庫週邊之人為破壞,直接影響水庫之

(30)

安全與壽命,因此水庫滿水位以上一定範圍內,應予嚴格禁止各項活 動,包括居住、墾殖、開路及其他破壞性活動,均應禁止。

保護區範圍大小之決定,需基於法令,並衡量政府與社會環境及 土地資源效用等因素,綜合評估後而劃定。

二、管理原則與方法

(一)水庫保護區即為保護水庫所需而劃定,宜由水庫營運管理單位 統一管理,以達事權一元化,提升管理效果。

(二)區內土地之使用,除與水庫保護所需有關者外,均應嚴格禁止 並全面實施造林,以達水土保持,涵養水源之積極效果。

(三)區內土地均應收歸國有,置於水庫管理營運機關控制下,以 利管理目的之實現;為實現此一目標應採行下列措施:

1.區內私有土地為數不多,應先行協議收購,無法協議時則予徵收 或嚴格管制使用。

2.公有土地則由水庫管理機關依法撥用或由原土地管理機關委託 水庫管理機關為代管機關。

3.公有土地己有租約者,補償後收回,濫墾者給予補償或救濟後收 回。

4.區內土地一律實施造林,並編為保安林不予採伐。

5.所需經費由目的事業主管機關編列支應。

3-1-4-2 生態保護區 一、目的與範圍

(31)

動物、植物與環境三者,透過自然運作過程,構成生態體系;為 維護人類生存環境、生態體系之平衡異常重要。

集水區內若交通便利,土地資源大量開發,野生動物植物生存空 間大量被侵奪,因此稀有動植物以近絕滅邊緣,故該屬稀有動植物,

彌足珍貴,為保存生存基因,以供學術研究,該區域應劃為生態保護 區。

二、管理原則與方法

(一)生態體系之保護,貴在自然環境之維持,因此以原有狀態之保持 列為首要工作,區內土地不做任何方式之利用。

(二)區內除學術研究需要及稀有動植物保護工作外,禁止一切人為活 動與作為。

(三)生態基因之保存為高度專業性、技術性工作、調查、保護工作,

應為同專業機構辦理。

(四)本項為長期性工作,水源區管理初期,以取締破壞為主,所需經 費在經常費內支應,以管理有具體成效後,會商專業機構擬定專 案計畫,辦理保護研究工作。

3-1-4-3 保安保護區 一、目的與範圍

集水區因水源保護需要而全部禁止使用,事實上不可能,亦有為 都市計畫法之分區做不同程度發展,以獲取土地資源最佳有效利用之 立法本意,因此在土地為租放利用狀態下者,限制其過度發展,已達 水質、水量保護之目的,乃有劃定保護區之必要,經劃定為保安保護

(32)

區之土地多屬不適於發展之坡地、河川、崩塌地等。

二、管理原則與方法

保安保護區之土地,除在限制發展利用,以消極防止利用之危害 外,另有積極經營造林,提升水庫集水區水源涵養能力之意義,在此 前提下,土地之經營管理,可循下述原則進行:

(一) 國有事業林之經營政策應予變更,今後以造林、護林為主,即 成林木不予砍伐;為實驗此一政策目標,集水區內國有林班地 得由集水區主管機關向林業主管機關提出申請,編為保安林,

依森林法予以合理經營、撫育、更新,並以擇伐為主。

(二) 已有之保安林地加強管制,防止為侵占之利用。

(三) 租地造林工作流弊過大,應予停止辦理,已放租者,逐步收回。

(四) 區內私有土地,維持原來之使用,依山坡地保育利用條例區分 為宜農地者,應加強水土保持工作,區分為林地者,應作造林 使用並予嚴格審查伐木計畫,加強管制違規超限利用。

(五) 嚴格禁止建築使用,舊有房屋,確實依水源區土地管理規定管 理修建、增建、改建等。

(六) 嚴格禁止地形、地貌之變更。

(七) 區內公共工程之興辦,一律由水庫管理單位嚴格審查,非經核 准,不得興辦。

(八) 重大措施依實際需要提專案計畫,籌列經費辦理。

3-2 美國水源區經營管理

在水資源保護較台灣先進之國家中,美國與日本是較常被參考之 國家,其中美國地理環境係屬地大人稀之大陸型國家,由於早期台灣 水資源保護相關法令與制度大部分參考該國之法令與制度,故該國之

(33)

經驗足可供台灣借鏡。

3-2-1 政策及管理機關層級

依美國法令結構的層次,各法之管理機關層級依序為:聯邦政 府、州政府、區域性組織與地方政府。

一般而言,州政府與地方政府仍依照聯邦法作為水質管理的依 據,但亦有因各州特殊情況而有不同的管理法令,例如北卡州即自行 制定有「供水集水區保護法」來執行其州內集水區的保護工作。

3-2-2 土地管制策略

美國對於水源區土地使用管制,主要係在聯邦政府主要法案下,

授權州政府及地方政府進行土地使用分區管制,將土地劃分為容許或 不容許的使用分區,並賦予各分區特定之法規以控制土地之利用及防 止不適當之土地開發案件;而對於土地使用管制辦法之原則,大部分 係依不同地區訂定嚴格土地使用辦法,另隨著距離之增加,管制也隨 之放鬆。

同時為避免民眾反對即不公平,其各項水源保護具體方案均根 據水體特性、公眾需求、科學(數學模式)、生態及法規指導原則,邀 集公眾參與,以建立因地制宜的目標及管制方式,其方式如下:

一、最小基地限制:主要限制住宅區密度。

二、浮動分區(Floating Zones):無法明確劃分水源保護區時,

則採用浮動分區,開發業者必須證明其案件不會影響水資源,使 得開發。

三、容積獎勵(Incentive Zoning):以給予容積獎勵,以鼓勵開

(34)

發業者設計提供特殊污染防治設備。

四、重或疊式分區間(Overlap Zoning):於現有分區上,另外給 予水資源環境保護目的之特別管制分區,管理時則依較嚴格之規 定管制。

五、績效標準:規定容許砍伐之植被量、容許改變之地表逕流量、變 動土方量、土壤流失量等,以作為土地使用之科學標準。

3-2-3 水質保護

就水質保護而言,美國主要的法律包括「聯邦水污染防治法」、「清 潔水法」與「安全飲用水法」,美國在 1972 年以前,對於水質保護的 立法要求皆以所謂「最佳水質取向」為依歸,先決定某水域各項水質 的基準然後要求各事業排放污染必須符合其所設立的標準。這所謂

「最佳水質取向」的立法精神與出發點甚佳,卻無法成功的達到水質 保護的目的,且其合理性亦受到懷疑。主要的原因是:(一)最佳水質 的認定很難,也不能確定。(二)最佳水質的控制需借重模式的運用,

但應用數值模式卻很難精確的掌握自然變化中的水質狀況。(三)模式 運用即使精準,惟如何公平分配污染源的排放量仍極為棘手。(四) 相同污染量的排放者,將會因所處排放水體位置的不同而有不同的限 制標準。

基於上述原因,美國國會於 1972 年重新檢討了水污染防治的策 略,而採取了以「可行技術為取向」的水質保護管理策略,擬定了一 個全國皆同的污染排放標準,並以技術的可行性為依據,逐漸達到所 謂“零排放”的目標。

就排放的污染源管制而言,美國對於點源污染和非點源污染亦有 不同的管制法令系統,點源污染的管制主要是由聯邦水污染防治法為

(35)

主軸並訂定全國一般性的放流標準與分類水質標準,作為水質管制的 依據,這些法令與我國和日本目前的管制系統相近似,加上所謂「全 國污染物排放削減系統」的許可制度,構成了點源污染排放管制的主 要法令體系。

非點源污染的管制,主要是透過聯邦「清潔水法」中的非點源控 制系統來控制,非點源污染管制的主要項目包括農業、畜殖廢水、礦 業、都市暴雨逕流,建築物侵蝕,掩埋場滲出水,林業,水文變化,

和化糞池溢出水等,其因應對策即所謂「最佳管理方法」(BMP),主 要項目包括非結構性和結構性兩種管理策略。

所謂非結構性管理策略如對土地使用的規劃、農藥肥料使用的控 制、營養鹽的管理、改變農耕方式等,結構性的管理策略則有滯留池、

下滲溝、透水性路面、植物緩衝帶等等的設施。

非結構性的方法主要關係到土地管理利用和人類行為習慣,難有 立竿見影的效果,需要靠長時期的教育宣導方能收效。結構性的方法 則利用人為結構設施來達到汙染控制的目的,能較迅速的達到汙染去 除的目標。

美國於 1987 年修訂的清潔水法中增加了第 319 節,即專為 非點源污染的控制而設立的,其中指定各州政府為負責控制非點 源污染的主要機構,負責準備及提送該州非點源污染的預估及管 理策略的擬定,送交美國聯邦環境保護署(USEPA),其中主要的 非點源污染管理亦以「最佳管理方法」為藍本【31】【32】【33】

【34】。

3-2-4 模式應用

就水質保護而言,美國最主要的法令依據是「聯邦水污染防治

(36)

法」、「清潔水法」與「安全飲用水法」。各州政府再依某地域性上的 需要各自訂定法令來保護其水資源。依現有立法精神而言,雖訂定 有與我國類似的「放流水標準」但其主要的著眼點仍是所謂的「零 污染」的最終目的。

另美國因為土地範圍廣大,一般而言較常採用的水質保護的手 段主要是依靠排放許可申請以及非點源控制的經營規劃。目前對非 點源污染,除以法律要求之外,並指定運用「最佳管理方法」作為 非點源污染的控制手段。由於美國對於水質保護常以整個集水區做 為考量,而集水區域的管理又因有地域性的使用限制,乃由州政府 以聯邦法令自行訂定管理策略,故更能適切利用土地資源,並能以 實際水質的需要,訂出適當的水質保護政策。

綜觀美國之水源保護管理機關,主要以州政府為主體,且水源保 護係以整體集水區為規劃,故問題較少。

美國對於水源區土地使用管制,主要係在聯邦政府主要法案下,授權 州政府及地方政府進行土地使用分區管制,將土地劃分為容許或不 容許的使用分區,並賦予各分區特定之法規以控制土地之利用及防 止不適當之土地開發案件;而對於土地使用管制辦法之原則,大部 分係依不同地區訂定嚴格土地使用辦法,另隨著距離之增加,管制 也隨之放鬆。

同時未避免民眾反對及不公平,其各項水源保護具體方案均根 據水體特性、公眾需求、科學(數學模式)、生態及法規指導原則,

邀集公眾參與,以建立因地制宜的目標及管制方式,其中較具特色 之措施包括:容積獎勵(Incentive Zoning)、重或疊式分區

(Overlap Zoning)(於現有分區上,另外給予水資源環境保護目的 之特別管制分區,管理時則依較嚴格之規定管制)及績效管制等是

(37)

值得參考之處。

基本上美國法律並無回饋補償規定,惟為達成保護自然資源目 的,故該國乃採用非立法手段來誘導土地所有權人及開發者維持土 地之原來使用,其方式包括:

一、 公共設施計畫:誘導開發案件遠離水源區 二、 收購私有土地。

三、 購買土地發展權:將土地所有者之權利讓度給州政府或保守 團體。

四、 收取土地衝擊費。

減免土地稅捐:誘導土地所有權人維持土地之原來使用

3-3 日本水源區經營管理

日本與台灣均屬地狹人稠之海島型國家,國情相近,且台灣 部份水資源保護法令亦參考該國之相關法規,故有關該國水資源 保護政策亦為探討對象【29】。

3-3-1 政策及管理機關層級

依日本法令沿革顯示,有關水源保護責任為政府、自來水事 業單位及住民共同之責任義務,其中中央各省係負責法規及標準 之訂定,地方政府為水源保護對策訂定及實施者,自來水事業單 位必須執行維護水源水質,而住民則對於政府實施對策必須給予 協助。

3-3-2 土地管制策略

日本在水源土地使用管制主要開始於厚生省、建設省及通產

(38)

省等三省於 1954 年共同提出之「水道法」案中「水源保護地域」

制度,並規定達成自來水水質基準為自來水事業責任,惟因自來 水水源保全大部份皆由河川管理機關負責,且當時未進一步提出 解決方案,故對公共水域保護問題並未落實執行。

1977 年「水道法」修正增加第 2 條與第 43 條之水源保護法 條,其中第 43 條規定「自來水事業於必要時,得向相關之行政 機關首長提出水源污染意見以及適當措施」,近年來日本地方政 府有鑑於日本水源保護法令之不足,各地多制定具當地特色之水 源保全對策,其基本內容概述如下:

(一) 水源保護責任:為政府、自來水事業單位及住民共同之責 任義務,地方政府為水源保護對策訂定及實施者,自來水 事業單位執行維護水源水質,而住民則對於政府實施對策 必須給予協助。

(二) 水源保護地域指定:指定前需聽取當地自來水水源保護審 議會之意見再做決定,且指定事項必須公開。

(三) 管制設置的事業:一般包括高爾夫球場、休閒遊憩相關事 業、砂石採取業、觀光農園、飯店、旅館、別墅、廢棄物 處理…等。

(四) 水源保護廣域合作:要求水源臨接之市町村互相合作以保 護廣域水源。

設置自來水水源保護審議會:審議調查地方自來水水源重要相關 事項。

3-3-3 水質保護

日本於二次世界大戰後,致力於工業之復興建設,由於經濟 之快速起飛結果,隨著產生之污染情形亦十分嚴重,為解決日益

(39)

嚴重之水質污染,乃於 1945 年制定「地方政府之工廠公害防治 條例」,1958 年訂立「公共水域水質保全法」,「工廠排水管制法」

及「下水道法」等,惟仍無法促使政府及民眾深切關注並克服嚴 重之水污染情況。

1967 年制定了「公害對策防治法」開啟了公害防治法之起 端,1970 年日本內閣決議訂定「水質環境基準」,同年又通過「公 害對策基本法修正案」、「下水道法修正案」、「公害防治事業者負 擔法」、「海洋污染防治法」、「人之健康與公害犯罪處罰關係法」、

「農藥取締法修正案」、「農地土壤污染防治法」、「水污染防治法」

等多種水污染防治相關法令之制定與修正,水污染防治法令體系 始告周詳完備。

就日本的水質保護政策執行過程而言,自 1970 年制定及施 行水污染防治法,1978 年則引入總量管制制度後,日本水質政策 執行程序仍係對高污染、有害性之廢水先行管制並配合政策上需 要保護之行業採較寬之暫定標準並給予限期上的展延,此外尚包 括土地適當利用、環境影響評估、水質監測體系之整備、無過失 損害賠償責任及加強公害防治之獎勵。至於對水質的要求,則係

「水質環境基準」,訂定要求標的基準,進而推行水質保護工作。

3-3-4 模式應用

就日本訂定水污染防治法規的次序來看,其對事業廢水之管 制,採分階段重點管制事業類別。以高污染性及有害性者為先行 管制對象,並對擬保護之事業,則延長其較寬之暫定放流水標準 並視情況需要給予延長之,一般而言日本之水質保護情形與台灣 差異不大。

(40)

定水區之水源保護責任為地方政府、自來水事業單位及住民共 同之責任義務,且亦要求水源保護廣域合作(即:要求水源臨接 之市町村互相合作以保護廣域水源。),故運作有據而問題亦相 對減少。

日本在水源土地使用管制主要以「水道法」案中「水源保護地 域」制度開始,並規定「自來水事業於必要時,得向相關之行政機 關首長提出防治水質污染意見以及適當措施」,此部份與台灣類 似,惟台灣自來水事業單位得依自來水法第十一條規定,視其實際 需要申請主管機關會商有關機關公布劃定「水源、水質、水量保護 區」,以禁止重大土地開發行為及一切貽害水源、水質之行為,日 本則無。

另日本鑒於中央水源保護法令之不足,故由各地地方政府制定 具當地特色之水源保全對策,並明定水源保護責任為政府、自來水 事業單位及住民共同之責任義務,此為台灣所欠缺。

為消除集水區居民對於土地使用管制之不滿與不安情緒,日本 對於水源地區之回饋補償制定了「水源地區對策」,以降低對水 源區居民生活之衝擊。

有關水源地區對策主要分為:補償方法、水源地區對策特別 法(以下簡稱「水特法」)及水源地區對策基金等三方面【29】【35】

【36】(如圖 3-1)。

(41)

水源地區對策

補償方法 水特法 水源地區對策基金

一般補償 公共補償 整頓計劃事業的補償 生活再建方法實施 關聯公共事業的實施根據地方公共團體等

土地改良、治山、治水、道路、簡易水道、

下水道、林道、義務教育等事業的實施 圖 3-1 日本水源地區對策

一、 補償方法:分為一般補償及公共補償。

(一) 一般補償:因水庫建造取得私人土地而發生之損失。

(二) 公共補償:因公共設施取得土地所發生之損失。

(三) 補償基準:依各自的補償基準要綱來制定補償基準及實施補償 事宜。

一、 水特法

(42)

適用對象是以淹水規範的水域而定,大體以因集水而被淹 沒戶數達 20 戶以上,且被水淹沒面積達 20 公頃以上的水域皆 可引用之。

有關水源地區的指定和水源地區整備計畫的決定,都道府 縣和各事業所涉及的省廳、國土廳、水庫建造業者,地方市町 村,利水關係者,及被淹水關係者須進行協調溝通。

水特法兩個主要執行方向一是所謂整頓計劃事業,一則是 生活再建對策。所謂「整頓計劃事業」乃是針對水源區的社會,

經濟的現況,將來的目標及整頓後的目標等等加以考慮。指定 水庫整頓事業內容廣泛,主要包括:土地改良利用、治山、治 水、建路整頓、水道整治、下水道整治、義務教育設施及醫療 設施等。

所謂的「生活再建對策」主要是幫助水源區內居民所受到 生活的安全損失並為受害者作妥善安排,包括的補償方式有提 升適當之住宅、農地、職業介紹、金錢補償等。

三、水源地域對策基金

所謂水源地域對策基金其目的主要是以受害對象為資金援助的 目標,並藉以促進上下游關係的發展。其間的互動關係則顯示(如圖 3-2)【29】【35】【36】。

(43)

圖 3-2 日本水源地區對策基金應用關係

(44)

第四章清淤工程應用於明德水庫經營效益分析

4-1 清淤工程應用於明德水庫構想

近數十年來,水庫蓄水容量的維護與恢復,已成為新水源開發之 一替代方案,部分原因是由於社會對水需求量的增加、適當壩址的減 少、以及大意識到水庫對環境潛在衝擊之影響。截至目前為止,已有 許多不同的方法用於維護及恢復水庫蓄水容量。近數十年來,更利用 現代的水利科技於淤泥輸送理論發展出新方法,明德水庫之適當清淤 方式包括陸面機械開挖與水力抽泥,陸面機械開挖宜應用於上游段庫 區;水力抽泥可應用於中下游段庫區,可全年進行。水力抽泥除了維 持(及恢復)庫容外,也俱有挖掘主槽以在枯水季連通陸面開挖區與 下游段庫區之功能。減少水庫中之淤泥,主要有兩種方法,一是在上 游集水區實施水土保持措施和完善的集水區管理,以控制土壤沖蝕而 減少水庫中之泥沙;另一個方法是減少淤泥在水庫中落淤及清除水庫 中已淤積之泥沙。

4-2 水庫營運壽命推估

水庫剩餘壽命之推估常因個種客觀因素之變異影響,其中尤以集 水區未來土地變遷等人為開發影響最大,水庫壽命(useful life)

之估算,可作為未來水庫集水區經營管理成效之參考。

A.不考慮清淤工程

由明德水庫 96 年度淤積測量結果,水庫蓄水容量 1,214.50 萬立 方公尺,歷年平均淤積量為 20.36 萬立方公尺,年入流量係採 80 年 至 94 年營運資料之平均入流量 10,652.50 萬立方公尺。因此平均年 流入水庫之泥沙為 25.39 萬立方公尺(平均淤積量為 20.36 萬立方公 尺除囚砂率 0.80187)。明德水庫壽命之推估尚有 63 年,壽命可至民

(45)

國 158 年。

剩餘壽命計算方法

水庫蓄水容量(C)=1,214.50 萬立方公尺(96 年度淤積測量結果)

年平均入流量(I)=10,652.50 萬立方公尺(80 年至 94 年營運資料 之平均入流量)

C/I=1,214.5/10,652.5=0.114

囚砂率(B)=(C/I)Λ3/(0.00000102-0.00013*(C/I)+0.0206*

(C/I)Λ2+1.0266(C/I)Λ3)=(0.114)Λ3/(0.00000102-0.00013*

(0.114)+0.0206*(0.114)Λ2+1.0266(0.114)Λ3)=0.80187

∴淤積量(C1)=年流入水庫之泥砂量(C2)*囚砂率(B)

=25.39*0.80187=20.359

剩餘容量(C3)=水庫容量(C)-淤積量(C1)=1214.5-20.359=1194.141 以此公式類推(表 4-1),計算出明水庫營運壽命。

當累計使用壽命 1 年時,明德水庫剩餘容量 1,194.141 萬立方公尺。

當累計使用壽命 11 年時,明德水庫剩餘容量 991.134 萬立方公尺。

當累計使用壽命 21 年時,明德水庫剩餘容量 794.988 萬立方公尺。

當累計使用壽命 31 年時,明德水庫剩餘容量 607.854 萬立方公尺。

當累計使用壽命 41 年時,明德水庫剩餘容量 432.909 萬立方公尺。

當累計使用壽命 51 年時,明德水庫剩餘容量 274.989 萬立方公尺。

(46)

當累計使用壽命 61 年時,明德水庫剩餘容量 141.761 萬立方公尺。

當累計使用壽命 63 年時,明德水庫剩餘容量 122.890 萬立方公尺。

表 4-1 明德水庫壽命之推估表(不考慮清淤)

單位:萬立方公尺

累計使

用壽命

水庫容量

(C)

年入流量

(I)

C/I 囚砂率 淤積量 剩餘容量

1 96 1,214.50 10,652.50 0.114 0.80187 20.359 1,194.141 11 106 1,194.14 10,652.50 0.112 0.79955 203.006 991.134 21 116 991.13 10,652.50 0.093 0.77253 196.146 794.988 31 126 794.98 10,652.50 0.075 0.73740 187.134 607.854 41 136 607.84 10,652.50 0.057 0.689903 174.945 432.909 51 146 432.89 10,652.50 0.041 0.622198 157.920 274.989 61 156 274.97 10,652.50 0.026 0.52473 133.229 141.761 63 158 141.74 10,652.50 0.013 0.37114 18.850 122.890

水庫總容量 10%=121.45M3

囚砂率B: (C/I)

Λ

3/(0.00000102-0.00013*(C/I)+0.0206*(C/I)

Λ

2+1.0266(C/I)

Λ

3)

淤積量=年平衡淤砂量*

囚砂率

剩餘容量=水庫容量-淤積量

(47)

B.年清淤 10 萬立方公尺

明德水庫每年清淤 10 萬立方公尺,水庫蓄水容量 1,214.50 萬立 方公尺,歷年平均淤積量為 20.36 萬立方公尺,年入流量係採 80 年 至 94 年營運資料之平均入流量 10,652.50 萬立方公尺。因此平均年 流入水庫之泥沙為 25.39 萬立方公尺(平均淤積量為 20.36 萬立方公 尺除囚砂率 0.8007)。明德水庫經 101 年後,水庫剩餘容量 370.209 萬立方公尺。

剩餘壽命計算方法

水庫蓄水容量(C)=1,214.50 萬立方公尺(96 年度淤積測量結果)

年平均入流量(I)=10,652.50 萬立方公尺(80 年至 94 年營運資料 之平均入流量)

以累計 11 年為例

C/I=1,214.5/10,652.5=0.114

囚砂率(B)=(C/I)Λ3/(0.00000102-0.00013*(C/I)+0.0206*

(C/I)Λ2+1.0266(C/I)Λ3)=(0.113)Λ3/(0.00000102-0.00013*

(0.113)+0.0206*(0.113)Λ2+1.0266(0.113)Λ3)=0.8007

∴淤積量(C1)=(年流入水庫之泥砂量 C2*囚砂率 B)*10-清淤量

=25.39*0.8007*10-100=103.297

剩餘容量=水庫容量-淤積量=1,214.141-103.297=1,110.844 以此公式類推(表 4-2),計算出明水庫營運壽命維持。

(48)

當累計使用壽命 1 年時,明德水庫剩餘容量 1,204.141 萬立方公尺。

當累計使用壽命 11 年時,明德水庫剩餘容量 1,100.844 萬立方公尺。

當累計使用壽命 21 年時,明德水庫剩餘容量 1,000.746 萬立方公尺。

當累計使用壽命 31 年時,明德水庫剩餘容量 904.227 萬立方公尺。

當累計使用壽命 41 年時,明德水庫剩餘容量 811.715 萬立方公尺。

當累計使用壽命 51 年時,明德水庫剩餘容量 723.690 萬立方公尺。

當累計使用壽命 61 年時,明德水庫剩餘容量 640.678 萬立方公尺。

當累計使用壽命 71 年時,明德水庫剩餘容量 563.247 萬立方公尺。

當累計使用壽命 81 年時,明德水庫剩餘容量 491.984 萬立方公尺。

當累計使用壽命 91 年時,明德水庫剩餘容量 427.465 萬立方公尺。

當累計使用壽命 101 年時,明德水庫剩餘容量 370.209 萬立方公尺。

(49)

表 4-2 明德水庫壽命之推估表(年清淤 10 萬立方公尺)

單位:萬立方公尺

累計使 用壽命

水庫容量

(C)

年入流量

(I)

C/I 囚砂率 淤積量 剩餘容量

1 96 1,214.50 10,652.50 0.114 0.80187 10.359 1,204.141 11 106 1,204.141 10,652.50 0.113 0.8007 103.297 1,100.844 21 116 1,100.844 10,652.50 0.103 0.7881 100.098 1,000.746 31 126 1,000.746 10,652.50 0.094 0.774 96.519 904.227 41 136 904.227 10,652.50 0.085 0.75822 92.512 811.715 51 146 811.715 10,652.50 0.076 0.74055 88.025 723.690 61 156 723.690 10,652.50 0.068 0.7208 83.012 640.678 71 166 640.678 10,652.50 0.060 0.69882 77.432 563.247 81 176 563.247 10,652.50 0.053 0.67453 71.263 491.984 91 186 491.984 10,652.50 0.046 0.64796 64.518 427.465 101 196 427.465 10,652.50 0.040 0.61936 57.256 370.209

囚砂率B: (C/I)

Λ

3/(0.00000102-0.00013*(C/I)+0.0206*(C/I)

Λ

2+1.0266(C/I)

Λ

3)

淤積量=年平衡淤砂量*

囚砂率

剩餘容量=水庫容量-淤積量

(50)

C.年清淤 20 萬立方公尺

明德水庫每年清淤 20 萬立方公尺,水庫蓄水容量 1,214.50 萬立 方公尺,歷年平均淤積量為 20.36 萬立方公尺,年入流量係採 80 年 至 94 年營運資料之平均入流量 10,652.50 萬立方公尺。因此平均年 流入水庫之泥沙為 25.39 萬立方公尺(平均淤積量為 20.36 萬立方公 尺除囚砂率 0.80183)。明德水庫經 101 年後,水庫淤積僅增加 9.13 萬立方公尺,壽命可維持現狀。

剩餘壽命計算方法

水庫蓄水容量(C)=1,214.50 萬立方公尺(96 年度淤積測量結果)

年平均入流量(I)=10,652.50 萬立方公尺(80 年至 94 年營運資料 之平均入流量)

以累計 11 年為例

C/I=1,214.5/10,652.5=0.114

囚砂率=(C/I)Λ3/(0.00000102-0.00013*(C/I)+0.0206*(C/I)

Λ2+1.0266(C/I)Λ3)=(0.114)Λ3/(0.00000102-0.00013*(0.114)

+0.0206*(0.114)Λ2+1.0266(0.114)Λ3)=0.80183

∴淤積量(C1)=(年流入水庫之泥砂量 C2*囚砂率 B)*10-清淤量

=25.39*0.80183*10-200=3.584 剩餘容量(C3)=水庫容量(C)-淤積量(C1)

=1,214.141-3.584=1,210.557

以此公式類推(表 4-3),計算出明水庫營運壽命維持。

(51)

當累計使用壽命 1 年時,明德水庫剩餘容量 1,214.141 萬立方公尺。

當累計使用壽命 11 年時,明德水庫剩餘容量 1,210.557 萬立方公尺。

當累計使用壽命 21 年時,明德水庫剩餘容量 1,207.075 萬立方公尺。

當累計使用壽命 31 年時,明德水庫剩餘容量 1,203.694 萬立方公尺。

當累計使用壽命 41 年時,明德水庫剩餘容量 1,200.410 萬立方公尺。

當累計使用壽命 51 年時,明德水庫剩餘容量 1,197.221 萬立方公尺。

當累計使用壽命 61 年時,明德水庫剩餘容量 1,194.125 萬立方公尺。

當累計使用壽命 71 年時,明德水庫剩餘容量 1,191.119 萬立方公尺。

當累計使用壽命 81 年時,明德水庫剩餘容量 1,188.201 萬立方公尺。

當累計使用壽命 91 年時,明德水庫剩餘容量 1,185.369 萬立方公尺。

當累計使用壽命 101 年時,明德水庫剩餘容量 1,182.621 萬立方公尺。

(52)

表 4-3 明德水庫壽命之推估表(年清淤 20 萬立方公尺)

單位:萬立方公尺

累計使 用壽命

水庫容量

(C)

年入流量

(I)

C/I 囚砂率 淤積量 剩餘容量

1 96 1,214.50 10,652.50 0.114 0.80187 0.359 1,214.141 11 106 1,214.141 10,652.50 0.114 0.80183 3.584 1,210.557 21 116 1,210.557 10,652.50 0.114 0.80142 3.481 1,207.075 31 126 1,207.075 10,652.50 0.113 0.80103 3.382 1,203.694 41 136 1,203.694 10,652.50 0.113 0.80065 3.284 1,200.410 51 146 1,200.410 10,652.50 0.113 0.80027 3.189 1,197.221 61 156 1,197.221 10,652.50 0.112 0.79991 3.096 1,194.125 71 166 1,194.125 10,652.50 0.112 0.79955 3.006 1,191.119 81 176 1,191.119 10,652.50 0.112 0.79920 2.918 1,188.201 91 186 1,188.201 10,652.50 0.112 0.79887 2.832 1,185.369 101 196 1,185.369 10,652.50 0.112 0.79854 2.748 1,182.621

囚砂率B: (C/I)

Λ

3/(0.00000102-0.00013*(C/I)+0.0206*(C/I)

Λ

2+1.0266(C/I)

Λ

3)

淤積量=年平衡淤砂量*

囚砂率

剩餘容量=水庫容量-淤積量

(53)

D.

年清淤 30 萬立方公尺

明德水庫每年清淤 30 萬立方公尺,水庫蓄水容量 1,214.50 萬立 方公尺,歷年平均淤積量為 20.36 萬立方公尺,年入流量係採 80 年 至 94 年營運資料之平均入流量 10,652.50 萬立方公尺。因此平均年 流入水庫之泥沙為 25.39 萬立方公尺(平均淤積量為 20.36 萬立方公 尺除囚砂率 0.80294)。明德水庫壽命之推估,經 61 年每年清淤 30 萬立方公尺,至民國 156 年恢復原有庫容。

剩餘壽命計算方法

水庫蓄水容量(C)=1,214.50 萬立方公尺(96 年度淤積測量結果)

年平均入流量(I)=10,652.50 萬立方公尺(80 年至 94 年營運資料 之平均入流量)

以累計 11 年為例

C/I=1,224.141/10,652.5=0.115

囚砂率(B)=(C/I)Λ3/(0.00000102-0.00013*(C/I)+0.0206*

(C/I)Λ2+1.0266(C/I)Λ3)=(0.115)Λ3/(0.00000102-0.00013*

(0.115)+0.0206*(0.115)Λ2+1.0266(0.115)Λ3)=0.80294

∴淤積量(C1)=(年流入水庫之泥砂量 C2*囚砂率 B)*10-清淤量

=25.39*0.80294*10-300=-96.133

剩餘容量(C3)=水庫容量(C)-淤積量(C1)=1224.141-(-96.133)

=1,320.274

以此公式類推(表 4-4),計算出明水庫營運壽命維持。

參考文獻

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