書籍介紹
摘要
一、計畫緣起及目的
地震發生的時間、地點和規模大小均具極大的不確定性；另一方面，公共給水系統的管線與設施數量龐大、分布廣泛且耐震性能差異極大。一旦致災性地震發生時，因鄰近震源的強烈地震動或地表變形，即可能造成部分取水和淨水設施、送水幹管、輸/配水管網等損害，導致部分地區的用戶無水可用。倘欠缺民生必需的基本水量將使災區民眾的生活極度不便，尤其是長期缺水時將導致民怨沸騰。為完善公共給水(自來水)系統之震前整備，須進行地震災害衝擊模擬技術之研究，作為各項震前防災規劃、震後應變對策和災害風險管理之依據。
二、台水四區現況與震害經驗
近數十年來，在台灣地區發生且導致最嚴重災情的地震事件當屬民國88年的九二一地震；當時自來水系統受創最嚴重的地區屬台灣自來水公司第四區管理處(台水四區)管轄。因此，本計畫以台水四區作為主要研究區域。第二章收集並探討台水四區之水源、淨水場、送/配水管網與供水調配等的特性；收集整理九二一地震時重要設施(如引水渠道、淨水場、配水池、加壓站和水管橋)和送/配水管線的災損統計資料；瞭解震後台水四區因應停電、淨水設施和送水幹管等損害所造成的營運衝擊，以及當時緊急供水調度的作法和完全恢復供水所需的時間等。
三、震後缺水率簡易經驗式
根據九二一地震之勘災調查資料，以及台水四區各供水系統和營運廠所在地震前/後之每日出水量、配水量等紀錄，本計畫據以研擬合理可行的震後缺水率和停水戶數推估模式。針對九二一地震當時台水四區之供水系統和營運廠所的劃分方式，台水四區可概分為41個供水評估單元。觀察各供水評估單元之震後每日出/配水量紀錄後，建議依平常時期的日均配水量概分為大型供水系統與小型供水系統(以10,000 CMD作為分界)。大型供水系統在震後較易透過水量調度的方式，維持正常配水；但因配水管網的分布較廣、管線災損數較多，在地勢較高或管線末端地區需較久時間方能恢復供水。小型供水系統震後如遇停電、取水或淨水設施損害等，因無法即時取得外部支援的配水，可能須完全停水一段時間；但因配水管網的管線長度較短、災損數較少，一旦恢復配水後通常可在較短時間內修復。
各供水評估單元震後第 天的缺水率( )可表為下式
(1)
換言之，震後缺水率乃實際可用水量( )與平常日均配水量( )之差值與平常日均配水量的比率。根據九二一地震後之個別供水評估單元的配水管網震後初始災損率統計，配合其震後配水量短少的統計，運用非線性迴歸分析法，可獲得大型供水系統之震後初始缺水率的簡易經驗式，表如下式
(2)
亦即將個別供水評估單元之震後初始缺水率表為配水管網之管線初始災損率的函數。一般而言，震後管線災損率可表為地震動強度或地表變形量的函數，而前述地震災害潛勢值(即地震動強度或地表變形量)並不難獲得；因此式(2)可方便與既有的地震損失評估模式整合。
小型供水系統之震後缺水率的變異性極大，部分小型供水系統於震後完全停水，但與配水管網的管線災損率並無直接關聯；因此，採迴歸分析方式探討其震後缺水率與管線初始災損率的經驗式時，因資料欠缺規律性而無法獲得合理的結果。本研究因此建議小型供水系統之震後缺水率參考川上英九(1996)的研究成果。
四、震後缺水率情境模擬推估模式
影響供水評估單元之震後供水能力的因素眾多。除自來水系統本身可能因地震而損害外，電力系統失效也可能影響淨水場和加壓站的運作。屏除其它外部干擾因素，如欲更精確地推估個別供水評估單元之震後缺水率，應綜合考慮提供該供水評估單元之內/外部淨水場的出水率、淨水場至輸/配水管網間之送水幹管的送水能力，以及供水評估單元內之輸/配水管網的供水功能。
假設某供水評估單元日常所需的每日配水量為 ，乃由 個淨水場合力提供；令震前第 個淨水場可提供之每日配水量為 ，且 為第 個淨水場之震後出水率；並假設共有 條送水幹管連接第 個外部淨水場至供水評估單元，其中第 條送水幹管的送水量佔全部送水量的比率為 。震後第 條送水幹管的送水率(定義為震後仍能維持的送水量與原始送水量的比值)為 ，則供水評估單元(在進入輸/配水管網前)於震後可獲得的每日配水量為
(3)
進一步考慮震後供水評估單元內部之輸/配水管網損害程度和數量，則用戶實際可獲得水量( )可表為
(4)
其中，令500 mm以上之輸水幹管在震後與震前之供水能力的比值為 ，假設 為輸水幹管災損數的函數；450 mm以下之配水管網的震後漏水率 則定義為經由配水管網流失之漏水量與進入配水管網之配水量的比值。換言之， ，表示將供水評估單元所獲得的配水量(即式(3)推估值)扣除輸水幹管和配水管網流失的漏水量才是用戶實際可獲得的水量。根據式(1)可進一步計算該供水評估單元於震後的缺水率。
理論上，震後淨水場出水率 、送水幹管送水率 、供水評估單元內部之輸水幹管供水率 和配水管網漏水率 等值均隨時間而變化；如能推估震後不同時間點的 、 、 和 ，即可推估該時間點的缺水率。 、 和 趨近於1且 趨近於0所需時間，代表該供水評估單元完全恢復供水所需時間。如單純比較前述四項因素的個別修復所需時間，也可約略概估該供水評估單元完全恢復供水時間。
五、震後停水戶數與缺水率關係式
震後一方面因實施分區輪流供水、限水或停水等措施，另一方面因政府與營運單位積極宣導節約用水的必要性和效益，每戶日均用水量( )可望減少。各供水評估單元之震後缺水率乃指用戶實際可得水量減少的比率。如果每戶日均用水量降低，意謂相同的水量可供給更多的用戶，因此震後採行適當的措施可減少停水戶數。將供水評估單元之停水戶數與其總戶數的比率稱為斷水率( )，有別於缺水率( )。停水戶數( )和斷水率( )可分別表為
(5)
(6)
其中， 和 分別為供水評估單元內的總戶數和震後可獲得用水的戶數； 為震後與平時之每戶日均用水量的比率。本研究將 設為震後缺水率的函數，亦即當震後缺水率越大時，每戶日均用水量可望下降。
六、地震災害衝擊情境模擬
整合自來水各項基本圖資和耐震屬性資料、個別淨水場與供水評估單元之出/配水量關係、地震災害潛勢分析和設施與管線震損評估模式…等，可依情境模擬推估模式獲得個別供水評估單元之震後缺水率、缺水量、停水戶數和影響人數等，並預估公共給水系統災損修復所需的人力、經費和時間等量化數據。藉由充分掌握在最大可能地震事件作用下，自來水設施與管線災損數量、對社會所造成的衝擊，和引致的經濟損失等後果的嚴重性和分布，有助於研擬公共給水系統之震前防災整備和震後應變對策。
第四章綜合考量台水四區附近之已知活動斷層的分布和活動特性，選定大甲-彰化斷層和屯子腳斷層作為影響台水四區最嚴重的活動斷層，並根據個別活動斷層的調查資料，設定最大可能地震事件的震源參數如下表所示。該兩地震事件分別簡稱為「大甲-彰化斷層地震」和「屯子腳斷層地震」，其模擬結果於第四章各節中討論。
活動斷層名稱斷層種類規模( )
深度(km)傾角(度)長度(km)寬度(km)
屯子腳斷層平移斷層7.086013.717.9
大甲-彰化斷層逆斷層7.353069.330.0
整合自來水系統各項基本資料和耐震屬性資料、設施與管線震損評估模式與參數值，以及本研究所研擬之震後缺水率和停水戶數推估模式，已更新自來水系統地震損失評估軟體Twater。透過系統性和自動化的震災境況模擬技術，可方便推估不同地震事件下的可能後果。因此，當模擬歷史地震事件時，可驗證各項災害潛勢與震損評估模式的合理性；當應用於模擬未來可能發生之地震事件時，則可探討目前自來水系統潛在的弱點，或是可能發生的災害規模與分布等。
七、緊急調節公共用水辦法
本研究蒐集、分析、比較國內外缺水時期緊急調節公共用水的相關文獻、案例、強制性法源及深度訪談相關專家學者後，經綜合比較分析，提出以下兩個方案，以完備現有的法規。
修改自來水法：
新增自來水法第98-2條「用水戶在限水時期應遵守限水階段相關措施規定，未達到減供目標者超過部分按水費加收百分之五十，若規勸三次仍無改善，處五千元以上至五萬元以下罰鍰。」，並向下延伸修訂「台灣自來水股份有限公司營業章程」及「台灣自來水股份有限公司消費性用水服務契約」等相關條文，以強化自來水事業執行「自來水停止及限制供水執行要點」的強制性法令與罰則。
修改災害防救法：
修訂災害防救法第31條第1項第5款「徵用、徵購民間搜救犬、救災機具、車輛、船舶或航空器等裝備、土 地、水權、建築物、工作物，分配自來水之使用。」，即能在災害應變中心開設時，直接由指揮官指定機關或單位統一調配自來水，對用水戶的超限使用也可依災害防救法第38條第1項第5款，處新臺幣十萬元以上五十萬元以下罰鍰。
本研究建議修改自來水法為優先方案，因若修改災害防救法，須跨部會協調，執行時其適用時機較小，只能在災害應變中心成立且須先經指揮官指定後，才能適用。此外，災害應變中心開設與否，將適用不同之法源，容易產生法令執行上的競合與穩定，以及若是地方政府災害應變中心指揮官(縣市長或鄉鎮長)與中央不同調，都將會增加執行緊急調節公共用水的難度與困擾。如果修改自來水法，適用時機較廣，在還沒成立應變中心時也可以適用，且能直接對自來水事業提供限水處置上的法源依據。
分類
其他詳細資訊
- 適用對象：成人(學術性)
- 關鍵詞：給水工程，管線工程
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