1、應用SWAT模式推估來社溪集水區之泥砂沖蝕量,授課教授:宋國彰 教授指導教授:林俐玲 教授學生:鍾閔光,前言文獻回顧材料與方法結果與討論,大綱,前言,研究動機 台灣地區地形破碎、山陡流急，且位屬高溫多雨的亞熱帶氣候，近年來氣候變遷劇烈、經濟蓬勃發展、坡地開發的人為破壞，使得土壤沖蝕之情形甚為嚴重。 98年8月莫拉克颱風期間，造成屏東縣來社溪集水區內多處大規模崩塌，大量土石堆積溪床，近年來每逢豪大雨，土砂沖刷淤積導致溪床壅高，危及下游聚落與交通設施。沖蝕之土壤不僅造成地表直接受到破壞，也因土壤顆粒的運移導致養分流失、土地生產力下降，更經常造成水庫、河道淤塞，致生許多災害。為有效瞭解沖蝕產生的影響
2、，土壤沖蝕量之量測預估與控制便成為目前極度重要的課題。,來社溪上游岸坡大崩坍面積約50公頃,堤防及臨溪房舍均遭洪水土石沖毀,來社溪,前言,研究目的 目前分析模擬土壤沖蝕量之工具及方法甚多，本研究主要以SWAT(Soil Water Assessment Tool)，模擬屏東縣來社溪集水區內之泥砂沖蝕量。有鑑於SWAT在台灣使用情形並不普遍，本研究以方便使用、正確性高及適用性廣為目的，期能作為後續來社溪集水區管理及防災計畫之參考。,研究流程,前言,文獻回顧,SWAT模式 SWAT模式於1990年初由美國農業部之農業研究中心(USDA-ARS)Jeff Arnold博士所領導之團隊所研發，其前身為
3、SWRRB(Simulator for Water Resources in Rural Basins) 模式。 為一可推測土地利用、土壤性質對水質、逕流量、泥沙產量、污染物傳遞之影響等，並可配合實際土壤、土地利用及管理方式的污染模擬模式，結合了許多美國農業研究中心歷年所研發的模式。,(1)Bingner, R.L. (1996)以美國密西西比州方的Goodwin Creek 集水區為研究區域，收集各子集水區測站的逕實測值及包括氣象、水文與地文等資，結合地資訊系統（GIS）將集水區劃分為多個子集水區，進行日與為時間單位的逕模擬。研究結果表示SWAT模式能運用在原始林居多之集水區。,文獻回顧,(
4、2)Spruill, C.A., Workman, S.R., Taraba, J.L. (2000)以美國肯塔基州中央的一個小型集水區為研究區，收集氣象、實測資，進以日和月為時間單位的模擬。研究結表示SWAT 模式能有效地模擬小型集水區的河川。,文獻回顧,(3)Santhi, C., Arnold, J.G., Williams, J.R., Dugas, W.A., Srinivasan, R., Hauck,L.M. (2001) 以美國德州的Bosque 河域為研究區域，於同時間及同測站進、砂和營養鹽的檢定與驗證，模擬於大型域的點源與非點源污染。研究結表示SWAT 模式能成功的模擬、砂
5、和營養鹽。,文獻回顧,(4)朱子偉, Shirmohammadi, A. (2004)以美國馬州中山麓地形為主的集水區為研究區域，收集6 的水文資進檢定與驗證，模擬地表水與地下水的能。研究結表示SWAT 模式於長時間的水文模擬結果為想且可被接受的。,文獻回顧,(5)陳宗, 朱子偉 (2009)以台灣的翡翠水庫集水區為研究區域，進、砂和營養鹽以月為時間單位之模擬。研究結表示SWAT 模式能適用於國內集水區模擬、砂和營養鹽，並標定集水區中總氮與總磷承載較嚴重的關鍵區域。,文獻回顧,(6)Shen, Z. Y., Y. W. Gong, Y. H. Li, Q. Hong, L. Xu and R.
6、 M. Liu (2009)使用兩個模式WEPP (Water Erosion Prediction Project) 和SWAT (Soil and Water Assessment Tool)，於中國三峽大壩內的Zhangjiachong集水區進行逕流及泥砂產量之模擬。SWAT 及WEPP可適當應用於評估中國三峽大壩Zhangjiachong集水區內的逕流量及土壤流失量。,文獻回顧,(7) Tibebe, D. and W. Bewket (2011)利用SWAT模式推估非洲一小型集水區(埃塞俄比亞的 Awash River流域) 之地表逕流量及土壤流失率。以月為單位用模式來率定及驗證，模
7、擬之土壤沖蝕量與降雨量及地表逕流量有顯著關係。本研究顯示SWAT為一有效的工具，可利用於評估埃塞俄比亞地區集水區之土壤沖蝕量，並提供適當的土地利用管理方式。,文獻回顧,模式介紹 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模式本身係以物性描述為基礎，僅需要輸入相關資即可進模擬並驗證，無須定，此亦為本模式特點之一，與一般須以輸入變與輸出變建迴歸關係作為模擬依據之模式有所同。 SWAT在模擬時間上是具有續性，屬於長時期模擬之模式，並適用於事件式洪水的模擬。以日為基本時間單位模擬水文、砂、作物生長、營養鹽的循環及農藥傳輸，評估集水區在同土地用與土壤性質的管作業下對水文、砂
8、、營養鹽及農藥承載之影響。,材料與方法,SWAT模式中水的移動過程圖資料來源:(Arnold et al.,2005),材料與方法,材料與方法,材料與方法,材料與方法,材料與方法,材料與方法,氮模組 SWAT模式對於氮之模擬分為土壤、水中傳輸及河道演算三部份，始於土壤中的氮，以礦化、硝化、脫氮及固氮作用形成之循環；藉由地表逕、地表下側向動與滲中傳輸之硝酸鹽，以及地表逕挾帶砂所附著之有機氮進入河道之中；在河道中的氮則以四種型態的氮相互轉換而形成氮之循環，其包括有機氮、氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽。,材料與方法,磷模組 模式將磷分為土壤、水中傳輸及河道演算三部分，以模擬磷在土壤和水中的傳輸與循環過程。土
9、壤中的磷，主要有礦化作用、分解作用和吸附作用；水傳輸中的磷，有地表逕、側向動與滲中傳輸的溶解性磷，以及地表逕挾帶砂所附著的有機磷和無機磷；而河道中的磷，則包含有機磷、無機磷及溶解性磷的轉換。,材料與方法,研究區域 研究區位為屏東縣之來社溪集水區，面積約4424公頃，其集水區包括義林集水區、來義集水區、來社溪集水區。地區屬於山丘地帶，為熱帶季風氣候；山坡地為1615.89公頃，林班地為208.36公頃，主要由主流來社溪及南側的內社溪支流所構成。,材料與方法,土地利用比例統計表,材料與方法,研究方法 本研究使用的SWAT模式為2011推出之Arc SWAT 2009.93.7b for ArcGI
10、S9.3 SP2版本，是SWAT結合了地理資訊系統 ArcGIS 為介面之模式，具有詳細的地理資訊分析功能，使模式能更精確的模擬集水區之土砂沖蝕情形。,材料與方法,材料與方法,模式主要所需數據,DEM-watershed delineator,材料與方法,Land Use/soil/Slope Definition,材料與方法,Weather Data Definition,材料與方法,結果與討論,結果與討論,結果與討論,提高SWAT適用性之建議土壤數據方面，目前台灣地區之土壤性質資料年代較久遠，若要達到較精確之模擬，需要進行土壤調查，以更新較為老舊之資料，模式在建立土壤數據庫時分為物理性質及化學性質。由於水在土壤中之傳遞主要影響因子為物理性質，若缺乏完整的土壤資料，化學性質部分可選擇略過。,土地利用方面，需取得集水區之主要植被種類，主要搭配USLE公式之C值，選取數據庫內C值類似之北美植物種類以進行模擬。氣象數據方面，主要需要集水區氣象站之地理座標、每日最高和最低溫，以及每日或每小時的降雨量資料，其餘相對溼度、風速等較不易取得之資料可由模式內氣象模組進行模擬。期望藉由此研究提供一個良好的集水區管理規劃及防災參考，並推廣利用SWAT模式推估台灣集水區沖蝕量之使用普及率。,簡報結束 敬請指教,
