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研究生: 王奕傑
Wang, Yi-Jie
論文名稱: 臺灣地區降雨量與降雨沖蝕指數時間與空間之變化
Temporal and Spatial Variations of Rainfall and Rainfall Erosivity in Taiwan
指導教授: 李明熹
Lee, Ming-Hsi
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 水土保持系所
Department of Soil and Water Conservation
畢業學年度: 108
語文別: 中文
論文頁數: 121
中文關鍵詞: 降雨沖蝕指數時間變化空間變化
外文關鍵詞: Rainfall erosivity, Temporal variation, Spatial variation
DOI URL: http://doi.org/10.6346/NPUST202000500
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  • 近年來臺灣極端降雨事件發生頻繁,有累積雨量變高、降雨延時更長及區域性降雨強度增強等情況發生,對於土壤沖蝕的影響甚鉅。目前臺灣多以通用土壤流失公式(Universal Soil Loss Equation, USLE)進行土壤流失量之估算,其中降雨沖蝕指數(Rainfall Erosivity, R)直接反映在降雨對土壤沖蝕的影響程度。因此,本文為了解降雨特性的改變對降雨沖蝕指數之影響,以臺灣地區為例,蒐集境內323個中央氣象局雨量站的降雨資料,利用降雨沖蝕指數(R=E×I30max)的計算方法,分析單場、月、季及年降雨量與降雨沖蝕指數的關係,探討臺灣地區降雨量與降雨沖蝕指數之時間及空間變化,有助於現今或未來對土壤沖蝕變化之了解。
    結果顯示月、季及年之降雨量與降雨沖蝕指數的迴歸關係式其判定係數(R2)大致上均大於0.7以上,顯示迴歸式可以解釋資料的變異量相當好。北部地區之月平均降雨量及平均降雨沖蝕指數1月份、6~9月及11~12月Pm*與Rm*隨時間有逐年上升的趨勢;其餘月份Pm*與Rm*時間變化為持平或有下降趨勢;中部地區則是2~5月及10月有上升趨勢;南部地區為1月、7~12月份Pm*與Rm*的時間變化是有逐年上升的趨勢;最後東部地區是1月及7~12月份Pm*與Rm*的時間變化是有逐年上升的趨勢。季降雨量及降雨沖蝕指數於全臺灣地區之夏、秋季有逐年上升之趨勢,春季則相反。年平均降雨量(Py)及年平均降雨沖蝕指數(Ry)在23年(1993~2015年)期間有明顯上升趨勢。另外,本研究之降雨沖蝕指數分析結果與黃俊德(1979)、盧光輝(1994)及盧昭堯(2005)成果進行探討,得知近年來年平均降雨沖蝕指數有增大趨勢,其中大湖及月眉雨量站差異百分比高達238 %、234 %及272 %,整體來說,近年臺灣地區降雨沖蝕指數隨時間有逐漸增加之趨勢。

    In recently years, trend of the rainfall characteristics have gradually changed due to extremely heavy rainfall event in the world. Rainfall is the major cause of soil erosion dynamic factor. Rainfall erosivity is a numerical description of the potential of rainfall to erode soil and is one of the key input parameter for USLE formula. The purpose of this study is estimating the rainfall erosivity based on diffirent rainfall events (single event, monthly, seasonal, and annual precipitation, respectively). In addition, this study explored the temporal and spatial variations for precipitation and rainfall erosivity by 323 rainfall stations (from 1993 to 2018) in Taiwan.
    In this reasarch results, precipitation and rainfall erosivity showed highly correlation in the relation formula, and monthly precipitation and rain erosivity concentrated in June to October. The analytical results of relationship between seasonal precipitation and rainfall erosivity corresponded with the result in monthly analysis, which also focused in summer and autumn. Moreover, results also showed an increasing trend for monthly, seasonal and annual precipitation, and the spatial variation also showed an increasing trend by altitude.

    目錄
    摘要 I
    ABSTRACT III
    謝誌 I
    目錄 II
    表目錄 IV
    圖目錄 VI
    壹、緒論 1
    貳、文獻回顧 3
    一、通用土壤流失公式(USLE)介紹 3
    二、降雨量與降雨沖蝕指數之相關研究 4
    三、降雨量與降雨沖蝕指數時間變化之研究 7
    四、降雨沖蝕指數空間變化之相關研究 9
    參、研究區域與方法 16
    一、研究區域 16
    (一) 地理位置 16
    (二) 雨量資料蒐集 17
    二、研究方法 33
    (一) 研究流程 33
    (二) 降雨沖蝕指數之計算 34
    (三) 降雨量與降雨沖蝕指數時間變化 37
    (四) 降雨量與降雨沖蝕指數空間變化 38
    (五) 降雨沖蝕指數分布面積百分比 38
    肆、 結果與討論 39
    一、有效降雨事件特性分析結果 39
    二、降雨量與降雨沖蝕指數關係之建立 54
    三、降雨量與降雨沖蝕指數時間變化分析 70
    四、降雨量與降雨沖蝕指數空間變化分析 86
    五、建立各雨量站之機率式年平均降雨沖蝕指數 101
    六、年平均降雨沖蝕指數(Ry*)與學者之探討結果 113
    伍、結論與建議 117
    一、結論 117
    二、建議 119
    參考文獻 120
    作者簡介 125

    表目錄
    表2-1 臺灣地區年降雨量與年降雨沖蝕指數之迴歸公式(黃俊德,1979) 4
    表2-2 臺灣地區年沖蝕降雨指數與年降雨量之相關式(盧昭堯等,2005) 4
    表2-3 國內外學者降雨量與降雨沖蝕指數迴歸關係式 7
    表2-4 降雨沖蝕指數分級 8
    表2-5 臺中、南投、彰化、雲林及嘉義縣市之年平均降雨沖蝕指數 11
    表3-1 臺灣地區323個中央氣象局雨量站基本資料表 18
    表4-1 臺灣地區各雨量站之降雨特性分析 39
    表4-2 臺灣北部地區2002~2018年Pm與Rm資料統計結果 55
    表4-3 臺灣北部地區月平均降雨量(Pm*)與月平均降雨沖蝕指數(Rm*)之迴歸關係式 57
    表4-4 臺灣中部地區2002~2018年Pm與Rm資料統計結果 58
    表4-5 臺灣中部地區月平均降雨量(Pm*)與月平均降雨沖蝕指數(Rm*)之迴歸關係式 59
    表4-6 臺灣南部地區2002~2018年Pm與Rm資料統計結果 61
    表4-7 臺灣南部地區月平均降雨量(Pm*)與月平均降雨沖蝕指數(Rm*)之迴歸關係式 62
    表4-8 臺灣東部地區2002~2018年Pm與Rm資料統計結果 63
    表4-9 臺灣東部地區月平均降雨量(Pm*)與月平均降雨沖蝕指數(Rm*)之迴歸關係式 64
    表4-10 臺灣北部地區2002~2018年PS與RS資料統計結果 65
    表4-11 臺灣北部地區四季平均降雨量(Ps*)與四季平均降雨沖蝕指數(Rs*)之迴歸關係式 65
    表4-12 臺灣中部地區2002~2018年PS與RS資料統計結果 66
    表4-13 臺灣中部地區四季平均降雨量(Ps*)與四季平均降雨沖蝕指數(Rs*)之迴歸關係式 67
    表4-14 臺灣南部地區2002~2018年PS與RS資料統計結果 67
    表4-15 臺灣南部地區四季平均降雨量(Ps*)與四季平均降雨沖蝕指數(Rs*)之迴歸關係式 68
    表4-16 臺灣東部地區2002~2018年PS與RS資料統計結果 68
    表4-17 臺灣東部地區四季平均降雨量(Ps*)與四季平均降雨沖蝕指數(Rs*)之迴歸關係式 69
    表4-18 臺灣地區年平均降雨量(Py*)與年平均降雨沖蝕指數(Ry*)之迴歸關係式 70
    表4-19 Ry*差異百分比分析結果 96
    表4-20 臺灣地區機率式年平均降雨沖蝕指數之建立 103


    圖目錄
    圖2-1 臺灣地區年等降雨沖蝕指數圖(黃俊德,1979) 10
    圖2-2 臺灣地區年等降雨沖蝕指數修正圖(盧昭堯等,2005) 13
    圖3-1 臺灣地區行政區域分佈圖 16
    圖3-2 臺灣地區323個中央氣象局雨量站 32
    圖3-3 研究流程圖 33
    圖3-4 累積降雨量大於12.7 mm有效降雨事件示意圖 35
    圖3-5 15分鐘內累積降雨量大於6.35 mm有效降雨事件示意圖 35
    圖4-1 臺灣北部地區月平均降雨量(Pm*)與月平均降雨沖蝕指數(Rm*)五年移動平均時間之變化 72
    圖4-1 臺灣北部地區月平均降雨量(Pm*)與月平均降雨沖蝕指數(Rm*)五年移動平均時間之變化(續) 73
    圖4-2 臺灣中部地區月平均降雨量(Pm*)與月平均降雨沖蝕指數(Rm*)五年移動平均時間之變化 74
    圖4-3 臺灣南部地區月平均降雨量(Pm*)與月平均降雨沖蝕指數(Rm*)五年移動平均時間之變化 76
    圖4-4 臺灣東部地區月平均降雨量(Pm*)與月平均降雨沖蝕指數(Rm*)五年移動平均時間之變化 78
    圖4-5 臺灣北部地區四季平均降雨量(Ps*)與四季平均降雨沖蝕指數(Rs*)五年移動平均時間之變化 81
    圖4-6 臺灣中部地區四季平均降雨量(Ps*)與四季平均降雨沖蝕指數(Rs*)五年移動平均時間之變化 81
    圖4-7 臺灣南部地區四季平均降雨量(Ps*)與四季平均降雨沖蝕指數(Rs*)五年移動平均時間之變化 82
    圖4-8 臺灣東部地區四季平均降雨量(Ps*)與四季平均降雨沖蝕指數(Rs*)五年移動平均時間之變化 82
    圖4-9 臺灣北部地區年平均降雨量(Py*)與年平均降雨沖蝕指數(Ry*)五年移動平均時間之變化 84
    圖4-10 臺灣中部地區年平均降雨量(Py*)與年平均降雨沖蝕指數(Ry*)五年移動平均時間之變化 84
    圖4-11 臺灣南部地區年平均降雨量(Py*)與年平均降雨沖蝕指數(Ry*)五年移動平均時間之變化 85
    圖4-12 臺灣東部地區年平均降雨量(Py*)與年平均降雨沖蝕指數(Ry*)五年移動平均時間之變化 85
    圖4-13 臺灣地區月平均降雨量與之空間變化趨勢 87
    圖4-14 臺灣地區月平均降雨沖蝕指數之空間變化趨勢 88
    圖4-15 臺灣地區四季平均降雨量(Ps*)之空間變化趨勢 89
    圖4-16 臺灣地區四季平均降雨沖蝕指數(Rs*)之空間變化分布 90
    圖4-17 臺灣地區年平均降雨量(Py*)之空間變化趨勢 92
    圖4-18 臺灣地區年平均降雨沖蝕指數(Ry*)之空間變化分布 93
    圖4-19 臺灣地區年平均降雨沖蝕指數(Ry*)與其他學者探討圖 115
    圖4-20 年平均降雨沖蝕指數空間分析之面積百分比圖 116

    1. 吳至剛、楊道昌、游保杉,2000,「氣候變遷對高屏溪流域水資源衝擊探討」,第十一屆水利工研討會,81-83頁,台北市。
    2. 尹忠東、左長清、周心澄,2005,「江西省北部燕溝小流域降雨侵蝕力研究」,人民長江,36(7):55-56。
    3. 李明熹、簡士濠、徐一平、林煥軒 ,2015,「近十年蘭陽溪集水區降雨沖蝕指數推估公式之建立及空間分析之探討」,農業工程學報,61(4): 46-54。
    4. 李明熹、林煥軒、劉維則,2014,「近十年高屏溪集水區年降雨沖蝕指數之研究」,水保技術,9(2): 35-43。
    5. 李明熹、林煥軒、張平原,2013,「利用不同降雨量估算年降雨沖蝕指數」,中華水土保持學報。
    6. 李竟、李明熹、徐一平、林煥軒,2015,「以12氣候分區探討降雨沖蝕指數之時間變化」,104年度水土保持學會年會暨學術研討會。
    7. 李明熹、林煥軒、陳志豪,2015,「近十年臺灣降雨沖蝕指數之時空分佈」,2015年海峽兩岸水土保持學術研討會。
    8. 林煥軒、李明熹、張譽譯、陳立玟,2013,「隘寮溪集水區降雨沖蝕指數時間變化趨勢分析」,2013農業工程研討會,高雄,第303-315頁。
    9. 林煥軒、劉維則、李明熹 ,2015,「臺灣東部地區降雨量與降雨沖蝕指數時間與空間之變化」,中華防災學刊,7(2): 249-258。
    10. 吳嘉俊、盧光輝、林俐玲,1996,土壤流失量估算手冊,行政院農業委員會,第5-39頁。
    11. 范正成、楊智翔、劉哲欣,2009,「台北地區降雨沖蝕指數推估公式之建立及歷年變化趨勢分析」,中華水土保持學報,(40)2: 13-121。
    12. 范正成,1995a,通用土壤流失公式在臺灣地區應用範例,國立臺灣大學農工系,台北,第109頁。
    13. 范正成,1995b,通用土壤流失公式在臺灣地區應用之探討,中美陡坡土壤流失量推估技術研討會論文集,第1-52頁。
    14. 張照錄、薛重生,2005,「三峽庫區日降雨量侵蝕力模型公式」,人民長江,36(11):15-17。
    15. 屈峻廣、李明熹、林煥軒、徐一平,2013,「高屏溪集水區年降雨沖蝕指數空間變化分析」,2013農業工程研討會,高雄,第316-325頁。
    16. 黃俊德,1979,「臺灣降雨沖蝕指數之研究」,中華水土保持學報,10(1):127-144。
    17. 章文波、謝雲、劉寶元,2003,「中國降雨侵蝕力空間變化特徵」,山地學報,21(1):33-40。
    18. 楊斯堯、詹錢登、黃文舜、曾國訓,(2010),「運用時雨量資料推估降雨沖蝕指數」,中華水土保持學報,41(3):189-199。
    19. 楊文仁、范正成、張于漢,2005,「臺灣北部地區最大三十分鐘降雨強度之分析及預測」,農業工程學報,51(3):1-10。
    20. 盧光輝,1999,「降雨沖蝕指數之修訂」,中華水土保持學報,30(2):87-94。
    21. 盧昭堯、蘇志強、吳藝昀,2005,「臺灣地區年等降雨沖蝕指數圖之修訂」,中華水土保持學報,36(2):159-172。
    22. 蘇志強、吳佩儒、盧昭堯,2016,「臺灣降雨特性變化及降雨沖蝕指數圖修訂」,中華水土保持學報,47(1):1-12。
    23. 盧昭堯、蘇志強、吳藝昀,2005,「臺灣地區年等降雨沖蝕指數圖之修訂」,中華水土保持學報,36(2):159-172。
    24. 張譽譯,2014,「降雨沖蝕指數時間與空間變化之研究-以高屏溪集水區為例」,碩士論文,國立屏東科技大學,水土保持研究所。
    25. 陳志豪,2017,「臺灣中部地區降雨量與降雨沖蝕指數時間與空間變化之研究」,碩士論文,國立屏東科技大學,水土保持研究所。
    26. 屈峻廣,2014,「臺灣南部地區降雨量與降雨沖蝕指數時間與空間變化之研究」,碩士論文,國立屏東科技大學,水土保持研究所。
    27. 楊婉嘉,2006,土壤沖蝕指數模式之建置與應用,碩士論文,國立屏東科技大學,水土保持研究所,屏東,第14-15頁。
    28. 楊文仁,范正成,張于漢,2007,「臺灣北部地區最大三十分鐘降雨強度之分析及預測」,農業工程學報,第51卷,第3期,第48-57頁。
    29. 楊文仁,2006,「氣候變遷對臺灣地區降雨沖蝕指數之影響」,國立臺灣大學生物環境系統工程所博士論文。
    30. 劉維則,2014,「臺灣東部地區降雨量與降雨沖蝕指數時間與空間變化之研究」,碩士論文,國立屏東科技大學,水土保持研究所。
    31. 楊勤科、Tim R. Mcvicar、李領濤、Tom G. Van Niel,張彩霞,2006,「ANUDEM─專業化數字高程模型插值算法及其特點」,乾旱地區農業研究,第24卷,第3期,第36-41頁。
    32. Allen, M. R., and Ingram, W. J., 2002, “Constraints on future changes in climate and the hydrologic cycle,” Nature, Vol. 419, No. 12, pp. 224-231.
    33. Angulo-Martínez, M., López-Vicente, M., Vicente-Serrano, S. M., and Beguería, S., 2009, “Mapping rainfall erosivity at a regional scale: A comparison of interpolation methods in the Ebro Basin (NE Spain),” Hydrology and Earth System Sciences, Vol. 13, pp. 1907-1920.
    34. Bonilla, Carlos A. and Vidal, Karim L., 2011, “Rainfall erosivity in Central Chile ”, Journal ofHydrology,410:126-133.
    35. Capolongo, D., Diodato, N., Mannaerts, C.M., Piccarret, M., and Strobl, R.O., 2008, “Analyzing temporal changes in climate erosivityusing a simplified rainfall erosivity modelin Basilicata (southern Italy) ”, Journal of Hydrology, 356:119-130.
    36. Chiang, J. L.*, Yang, H. C., Chen, Y. R., and Lee, M. H. ,2013, “Potential Impact of Climate Change on Hydropower Generation in Southern Taiwan,” Energy Procedia, 40: 34-37.
    37. Diodato, N., and Bellocchi, G., 2010, “MedREM, a rainfall erosivity model for the Mediterranean region,” Journal of Hydrology, Vol. 387, pp. 119-127.
    38. Hoyos, N., Waylen, P. R., and Jaramillo, A., 2005, “Seasonal and spatial patterns of erosivity in a tropical watershed of the Colombian Andes,” Journal of Hydrology, Vol. 314, pp. 177-191.
    39. Hsu, I P., Lin, H. H., and Lee, M. H. ,2014,. “Variation of rainfall erosivity in southern Taiwan,” PAWEES 2014 International Conference, 30-31 October, Kaohsiung, Taiwan.
    40. IPCC, 2013, Working group I report: The Physical Science Basis, 5th Assessment Report. Intergovernmental Panel on Climate Change.
    41. Lee, Joon-Hak and Heo, Jun-Haeng, 2011, “Evaluation of estimation methods for rainfall erosivity based on annual precipitationin Korea”, Journal of Hydrology, 409:30-48.
    42. Lee, M. H.*, and Lin, H. H.,2015,. “Evaluation of Annual Rainfall Erosivity Index Based on Daily, Monthly, and Annual Precipitation Data of Rainfall Station Network in Southern Taiwan,” International Journal of Distributed Sensor Networks, Volume 2015, 15 pages.
    43. Lee, M. H., Lin, H. H., and Chu, C. K. ,2014,. “Temporal and spatial variations of rainfall erosivity in Southern Taiwan,” General Assembly 2014, 27 April - 02 May, Vienna, Austria.
    44. Lin, H. H., Lee, M. H., Chu, C. K., Liou, W. Z. ,2013,. “Application of Hourly Rainfall Data to Estimate the Rainfall Erosion Index in Southern Taiwan,” The 2nd WASWAC World Conference THE THREATS TO LAND AND WATER RESOURCES IN THE 21st CENTURY : PREVENTION, MITIGATION AND RESTORATION, Chiang Rai, Thailand.
    45. Medeiros, Pedro Henrique Augusto and de Araújo, José Carlos, (2013), “Temporal variability of rainfall in a semiarid environmentin Brazil and its effect on sediment transport processes ”, J Soils Sediments,DOI s11368-013-0809-9.
    46. Mikhailova, E. A., Bryant, R. B., Shwager, S. J., and Smith, S. D., 1997, “Predicting rainfall erosivity in Honduras,” Soil Science Society of America Journal, Vol. 61, pp. 273-279.
    47. Mikoš, M., Jošt, D., and Petrovšek, G., 2006, “Rainfall and runoff erosivity in the alpine climate of North Slovenia: A comparison of different estimation methods,” Hydrological Sciences Journal, Vol. 51, pp. 115-126.
    48. Musgrave, G. W., 1947, “The quantitative evaluation of factors in water erosion:A first approximation, ” Jourmal of Soil and Water Conservation, Vol. 2, pp. 133-138.
    49. Oliveira, P. T. S., Wendland, E., and Nearing, M. A., 2012, “Rainfall erosivity in Brazil: A review,” Catena, Vol. 100, pp. 139-147.
    50. Obi, M. E., and Salako, F. K., 1995, “Rainfall parameters influencing erosivity in southeastern Nigeria, ” Catena, Vol. 24, pp. 275-287.
    51. Paulo Tarso Sanches Oliveira, Edson Wendland, and Mark A. Nearing, 2012, “Rainfall erosivity in Brazil: A review,” Catena, Vol. 100, pp. 139-147.
    52. Renard, K. G., and Freimund, J. R., 1994, “Using monthly precipitation data to estimate the R-factor in the revised USLE,” Journal of hydrology, Vol. 157, No.1, pp. 287-306.
    53. Shamshad, A., Azhari, M. N., Isa, M. H., Wan Hussin,W. M. A., and Parida, B. P., 2008, “Development of an appropriate procedure for estimation of RUSLE EI30 index and preparation of erosivity maps for Pulau Penang in Peninsular Malaysia,” Catena, Vol. 72, pp. 423-432.
    54. Smith, D. D. and Uhland, R., 1958, “Evaluation of factors in the soil-loss equation,” Agricultural Engineering, Vol. 39, No.1, pp. 458-462.
    55. Smith, D. D., 1941, “Interpretation of soil conservation data for field use,” Agricultural Engineering, Vol. 22, No.5, pp. 173-175.
    56. Smith, D. D., and Wischmeier, W. H., 1957, “Factors affecting sheet and rill erosion,” Transactions, American Geophysical Union, Vol. 38, No.1, pp. 889-896.
    57. Wischmeier, W. H., Smith, D. D., and Uhland, R. E., 1958, “Evaluation of factors in the soil loss equation,” Agricultural Engineering, Vol. 39, No.1, pp. 458-462.
    58. Wischmeier, W. H., and Smith, D. D., 1978, “Predicting rainfall erosion losses-aguide to conservation planning, ” Agricultural Handbook No. 537. US Department of Agriculture, Washington, DC.
    59. Yu, B. and Rosewell, C., 1996, “Rainfall erosivity estimation using daily rainfall amounts for South Australia,” Soil Research, Vol. 34, No.5, pp. 721-733.
    60. Yu, B., and Rosewell, C., 1996, “An assessment of a daily rainfall erosivity model for New South Wales,”Austral. J. Soil Res. 34, pp. 139-152.
    61. Zhu,Tongxin, 2013, “Spatial variation and interaction of runoff generationand erosion within a semi-arid, complex terrain catchment:a hierarchical approach ”, J Soils Sediments,13:1770-1783.
    62. Zingg, A. W., 1940, “Degree and length of land slope as it affects soil loss in run-off,” Agricultural Engineering , Vol. 21, pp. 59-64.

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