研究人員: 陳樹群, 何智武

研究性質: 水利署委託研究計畫. 2002.12

機構: 中興大學水土保持系

研究方法:土砂沖蝕指標化, SDR理論整理, 崩塌理論分析應用, 數值模擬, 歷年資料整理

研究成果:

1. 這篇研究有其重要性, 因為其成果往往被官方引用來證明集水區整治有其成效 (當然這本來就是當初委託研究的目的), 比方水保局在石門水庫整治計畫中提出其集水區整治的預期效益時, 基本上就引用這個研究的架構.

2. 這個研究首先提出"整治率"的概念來評估集水區整治的成效. 整治率基本上是實際防治土砂量與計畫治理土砂量兩相比較而得. 整治率的計算公式如下:

整治率 CR =(Qso-Qs)/(Qso-Qsp) 其中Qso為整治前泥砂產量, Qs 為整治後泥沙產量, Qsp 為合理泥砂產量 (p. 3-5)

其中治理後泥砂產量Qs 可以由實際淤積值算出, 而整治前泥砂產量Qso 當然是個假定值, 需要由治理後泥砂產量加上所防制的土砂量推估出來. 因此這個研究的主要的目的便是計算合理的泥砂產量 Qsp 以及所防制的泥砂量以推算Qso, 再利用這些數據所算出的整治率高低來評估石門, 曾文和德基水庫的集水區整治成效.

3. 為了計算合理泥砂產量 Qsp, 算出土壤沖蝕指標(依土壤, 降雨, 地形, 覆蓋, 土地利用情形訂出), 並且畫出這些土壤沖蝕指標在各集水區的分佈, 可模擬出自然沖蝕量. 而最小自然崩塌量則利用雨量的分佈, 配合與臨界降雨量相關的崩塌潛勢分析.最小沖蝕量加上最小自然崩塌量乘上集水區的泥砂遞移率就可以得到所謂的合理泥砂產量. 以石門水庫為例作者算出合理的泥砂產量為0.24*10^6立方公尺. 不過這個合理的泥砂產量只是假設天下太平時, 集水區所會產生出來的泥砂, 它不能解釋為何可以視颱風或者豪雨下的山崩為不合理的產砂, 也沒有考慮下游所需的土砂的補充量, 更沒有考慮水庫去淤能力. 假設在有水力排砂的情況, 水庫排淤能力大增, 所謂合理的產砂量當然就要做調整才是.

4. 接著是這篇研究最有趣的地方, 在計算整治前產砂量時, 作者突然不管他作了半天的模擬, 直接就用未整治前的等效含砂濃度再乘各年的逕流量當成所謂的Qso, 這種做法其實和把未大量整治前的淤積量和整治後的淤積量相比差不了多少 (只是多年逕流量的正規化, 但其實淤積大部分是暴雨時期帶進來, 和年逕流量沒有直接關係, 這樣做反而更扭曲數據), 這種做法假如未整治前的時期夠長, 情況夠具代表性, 再去求平均等效含砂濃度, 這樣也許也不是很大的問題. 但就石門水庫的情形而言, 在葛樂禮後連接幾次大颱風後就開始積極整治. 因此當時的等效含砂濃度並不是合理值. 用這個值來評估會相當的高估整治的效率.這就好像在艾利和瑪莎颱風過後, 用其等效含沙濃度去當整治後的產砂量Qs, 再把曲線回遡, 結果當然會得到全部的整治行動都是在製造淤積(意即整治後泥砂產量 Qs 還大於整治前的泥砂產量 Qso)," 本害比"絕對大於1. 更重要的是, 即使是這樣子誇大整治成效, 其結果也只是得到每年減少1,650,057立方公尺的土砂, 然而這並沒有把艾利颱風造成的淤積扣回來, 假如扣回的話則每年平均減少不到100萬立方公尺的淤積, 而依據北水局在石門水庫及其集水區整治計畫(95~96年)執行成果研討會中的資料顯示, 只要將電廠和永久河道排放口改善, 就可以增加107萬立方公尺淤砂的排放量, 而其花費也不過十億出頭, 比起上游集水區歷年來投入數百億的經費不可同日而語. 在第二期整治計畫中排洪隧道改造後, 其排砂量就可以大幅超過上游集水區昂貴又傷害生態的整治方式的效果.

5. 其實作者也實際計算了石門水庫歷年防治措施中數不盡的防砂工程, 溪流整治, 崩塌地治理所能防制的土砂-- 要是有人不瞭解"數不盡"的意義, 只要看看在溪流整治中石門水庫第二階段治理(這是在特別條例前的整治) 中的工程內容: 安全排水50,032公尺; 跌水843座; 蝕溝控制140處; 蝕溝治理長度26,651公尺; 防砂壩 91座--大概就可以有些概念了. 但是這些工程可以減少的土砂量,只有每年524,650立方公尺(p. 7-6). 這個值當然遠小於用所謂的等效含砂濃度所推算出來的1百65萬立方公尺, 也小於交大防災中心去除洪颱所做歷年平均淤積差異的80萬立方公尺, 但和我們認為交大的推估值也是高估的見解相符. 其實以每年50萬立方公尺的差異, 甚至只要在水庫抽泥清淤都比在集水區大做工程成本還低, 更何況在有水力排砂的情況下, 上游集水區的防砂工程不可能有任何比較上的效益.

6. 諷刺的是, 這個研究中, 依其估評, 整治最有成效的無非就是石門水庫了, 但是在艾利風災後, 石門水庫卻彷彿是病入膏肓, 成為最急需整治的水庫. 整治成效評估的困難可見一斑.