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論文中文名稱:結合HSPF模式與負荷延時曲線法推估北勢溪集水區變動的總量管制值 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Combining HSPF model and Load Duration Curve (LDC) method for developing variable Total Maximum Daily Load (TMDL) in PeiShi creek watershed [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:土木與防災研究所
畢業學年度:99
出版年度:100
中文姓名:陳憲琦
英文姓名:Hsien-Chi Chen
研究生學號:98428061
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2011-07-04
論文頁數:75
指導教授中文名:林鎮洋
口試委員中文名:康世芳;陳起鳳
中文關鍵詞:負荷延時曲線總量管制HSPFLDCHLDCTMDLQ75Q25
英文關鍵詞:Load duration curveHSPFLDCHLDCTMDLTotal Maximum Daily LoadQ75Q25
論文中文摘要:  十多年來許多研究使用HSPF(Hydrological Simulation Program Fortran)模擬北勢溪集水區之非點源污染,但每年水文條件不同,使得每年推估的總量管制值不盡相同,造成實務上施行總量管制之困擾。另一方面,傳統總量管制方法中,常採用低流量(如Q75)為設計條件,此方法對於點源污染為主之區域尚稱合適,然而對於非點源為主之區域,如本研究之北勢溪集水區,則可能過於嚴苛。因此,若能根據不同流量狀態有不同總量管制值,這樣可以最經濟的方式進行水質管理。
本研究考慮非點源污染受時間及河川流量的變化影響,故利用時間序列模式HSPF結合負荷延時曲線法(Load Duration Curve Method,LDC)推估北勢溪可變動的總量管制值。本研究結果顯示,結合HSPF與LDC法(簡稱HLDC法)評估各流況總磷削減負荷分別為高流量區間40.36 kg/day(30.46 %)、濕流量區間33.36 kg/day(56.70 %),總共需削減年總磷負荷5123 kg/yr;若以傳統設計流量Q75法,年總磷削減負荷達10566 kg/yr,超出HLDC法削減量5443kg/yr(+100.62%)。因此在同樣能達成水質目標的條件下,本研究所採用變動總量管制方法確實較為經濟實用。所以,受非點源污染為主之區域,如本研究之北勢溪集水區,較適合採用本研究之HLDC法發展總量管制。最後,因HLDC法及Q75法都以濕流量區間需進行總磷負荷削減最大,其總磷年削減負荷所佔比例分別為72 %、54 %,因此,受非點源污染嚴重之集水區,建議使用濕流量區間中點Q25作為非點源污染管理之設計流量。
論文英文摘要:  Over the past decade, the HSPF model had been used to estimate non-point source pollution of the PeiShi Creek Watershed. However, those pollution estimates and the respective load reduction scenarios were different due to different hydrological conditions. Moreover, the traditional TMDL strategy, based on low flow condition (Q75), is thought to be conservative for area abounded with non-pont source pollution like the studied watershed. Thus, the present research combined HSPF (Hydrological Simulation Program Fortran) model and Load Duration Curve (LDC) method to estimate pollution loads and develop control strategy for different flow conditions for the PeiShi creek watershed. The purpose of this methodology is to control the pollution loads based on different flow regimes developed by the flow frequency analysis.
  The results showed that total phosphorus load reduction for high flow range and middle flow range were 40.36 kg/day (30.46 %) and 33.36 kg / day (56.70 %) respectively and total phosphorus loads need to be reduced was 5123 kg/yr. On the other hand, the load reduction estimated by the traditional Q75 control strategy was 10566 kg / yr which is 5443 kg / yr (+100.62%) more than that estimated by the present research. Therefore, the present methodology, combining the HSPF model and LDC method, is thought to be much economical in designing TMDL control scenarios than the traditional Q75 method for area abounded with non-point source pollution like the PeiShi creek watershed. However, the Q75 method is still suitable for area with mainly point source load. Finally, this study suggests that using the middle flow range of Q25 as a non-point source pollution management of the design flow.
論文目次:目錄

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究內容與流程 2
第二章 文獻回顧 4
2.1 水污染總量管制 4
2.1.1 總量管制背景 4
2.1.2 國外總量管制現況 5
2.1.3 國內總量管制現況 7
2.1.5 總量管制的執行程序 9
2.2 總量管制分析工具及評估方法 12
2.2.1 負荷延時曲線 14
2.2.2 HSPF模式 15
2.3 不確定因素分析 16
2.3.1 流量長度之不確定性 16
2.3.2 水質之不確定性 16
2.3.3 總量管制之不確定性 17
第三章 研究方法 18
3.1 研究區域 21
3.1.1 地理位置 21
3.1.2 環境資料蒐集 23
3.2 模式介紹 28
3.2.1 HSPF模式 28
3.2.2 判定指標 30
3.3 流量分析 33
3.3.1 流量延時曲線 33
3.2.2 設計流量Q75 35
3.3.3 MOS與流量頻率分析 35
3.4 負荷量延時曲線法 37
3.4.1 LDC概念及建立方法 37
3.4.2 LDC法評估水質 37
3.4.3 以LDC發展TMDLs 40
第四章 結果與討論 42
4.1 HSPF模擬結果分析 42
4.1.1 HSPF模式建置 42
4.1.2 HSPF率定與驗證結果 44
4.1.3 每日污染負荷推估 51
4.2 負荷延時曲線法(LDC) 52
4.2.1 建立北勢溪FDC 52
4.2.2 建立北勢溪LDC 53
4.2.3 流量頻率之不確定性分析 55
4.2.4 計算MOS及允許負荷分配 59
4.3 結合HSPF與LDC法評估水質 60
4.3.1 北勢溪水質及污染潛勢來源評估 60
4.3.2 HLDC法計算污染削減及臨界條件 62
4.3.3 設計流量Q75評估總磷負荷削減 64
4.3.4 比較HLDC法及Q75法總磷負荷削減結果 65
第五章 結論與建議 68
5.1 結論 68
5.2 建議 70
參考文獻 71
論文參考文獻:Bonta, J. V. (2002). Framework for Estimating TMDLs With Minimal Data. Proceedings of the ASAE Conference on Watershed Management to Meet Emerging TMDL Environmental Regulations, Fort Worth, Texas, March 2002, pp. 6-12.
Bonta, J. V. and Cleland, B. (2003).〝Incorporating natural variability, uncertainty, and risk into water quality evaluations using duration curves,〞Journal of the American Water Resources Association, 39 (6), pp. 1481-1496.
Chen, C. F. and Ma, H. W. (2008). The Uncertainty Effects of Design Flow on Water Quality Management. Environmental Monitoring and Assessment. 144(1-3): 81-91.
Chen, D., Lu, J., Wang, H., Shen, Y. and Gong, D. (2011). Combined inverse modeling approach and load duration curve method for variable nitrogen total maximum daily load development in an agricultural watershed. Environmental Science and Pollution Research, pp. 1-9.
Chou, W. S., Lee, T. C., Lin, J. Y. and Yu, S. L. (2007).〝Phosphorus Load Reduction Goals for Feitsui Reservoir Watershed, Taiwan,〃 Environmental Monitoring and Assessment , 131 : 395~408 .
Cleland, B. R. (2003). TMDL Development From the “Bottom Up” -- Part III: Duration Curves and Wet-Weather Assessments. National TMDL Science and Policy 2003 -- WEF Specialty Conference. Chicago, IL.
Franceschini S. and Tsai C. (2008). Incorporating reliability into the definition of the margin of safety in total maximum daily load calculations, J Water Resour Plan Manage – ASCE 134 (1)), pp. 34–44.
Johnson, S. L., Whiteaker, T. and Maidment, D. R. (2009). A tool for automated load duration curve creation. Journal of the American Water Resources Association, 45 (3), pp. 654-663.

Kratt, K., Maraldo, D. and Cleland, B. (2010). Climate change and TMDLs: Anticipating potential effects/weighing options. Watershed Management Conference 2010: Innovations in Watershed Management under Land Use and Climate Change - Proceedings of the 2010 Watershed Management Conference, 394, pp. 35-45.
McCuen, R. H. (2005).〝Accuracy Assessment of Peak Discharge Models,〞 American Society of Civil Engineers.
Meghna B. S. and Karthikeyan, R. (2009).〝Consideration of sample size for estimating contaminant load reductions using load duration curves,〞Journal of Hydrology, 372 (1-4), pp. 118-123.
Miller, C. R. (2008). Analysis of Flow-Duration, Sediment-Rating Curve Method of Computing Sediment Yield. Bureau of Reclamation, Denver, Colorado.
Moriasi, D. N.; Arnold, J. G.; Van Liew, M. W.; Bingner,R. L., Harmel, R. D. and Veith, T. L. (2007).〝Model Evaluation Guidelines for Systematic Quantification of Accuracy in Watershed Simulations,〞Transactions of the ASABE, 50 (3), 885–900.
Petersen, T., Sowells, C. W., Rifai, H. S. and Stein, R. (2008). Comparisons of methods to calculate TMDLs for E. coli: Load duration curves, mass balance, and HSPF. World Environmental and Water Resources Congress 2008: Ahupua'a - Proceedings of the World Environmental and Water Resources Congress 2008, 316.
Shen, J. and Zhao, Y. (2010) Combined Bayesian statistics and load duration curve method for bacteria nonpoint source loading estimation. Water Research, 44 (1), pp. 77-84.
Stedinger, J. R., Vogel R. M. and Foufoula-Georgiou E. (1991) Frequency Analysis of Extreme Events, Handbook of Hydrology, D. R. Maidment, ed., McGrawHill, New York, N. Y.
USEPA (1984). Application Guide for Hydrological Simulation Program – FORTRAN (HSPF), EPA-600/3-84-065, Athens GA.
USEPA (2007). An Approach for Using Load Duration Curves in the Development of TMDLs. Office of Wetlands, Oceans, & Watersheds. EPA 841-B-07-006. Washington, D.C.

USEPA (2007). Options for the Expression of Daily Loads in TMDLs(Load Duration Curves, LDC)
Vogel, R. M. and Fennessey, N. M. (1995).〝Flow duration curves II: a review of applications in water resources planning,〞Water Resources Bulletin, 31 (6), pp. 1029-1039.
Vogel, R. M. and Fennessey, N. M. (1994). Flow-duration curves I: new nterpretation and confidence intervals. Journal of Water Resources Planning & Management - ASCE, 120 (4), pp. 485-504.
Wahyu, A., Kuntoro, A. A. and Yamashita T. (2010) 'Annual and Seasonal Discharge Responses to Forest/Land Cover Changes and Climate Variations in Kapuas River Basin, Indonesia,' Journal of international development and cooperation, Vol. 16, no. 2, pp. 81-100.
Yu, S. L., Hamilton, P. A. and Kent, C. E. (1984). ‘‘Temporal distribution of rainfall in Virginia.’’ Final Rep. VTRC 85-R29, Virginia Transportation Research Council, Charlottesville, Va.
Yu, S. L. (2000). Techniques for Source Water Protection: TMDL Analysis and Best Management Practices, The 6th International Workshop on Drinking Water Quality Management and Treatment Technology, Taiwan, R.O.C., March 28~29.
Zhang, H. X. and Yu, S. L. (2004). Applying the first-order error analysis in determining the margin of safety for total maximum daily load computations Journal of Environmental Engineering, 130 (6), pp. 664-673.
王智益(2000),BASINS及CE-QUAL-RIV1應用於非點源污染傳輸及設計流量之研究,碩士論文,國立臺灣大學土木工程學研究所,臺北。
包祥甫(1993),季節性總量管制之建立及風險評估,碩士論文,國立交通大學環境工程研究所,新竹市。
宋念瑾(1999),設計流量訂定之可靠度分析,碩士論文,淡江大學水資源及環境工程學系,台北縣。

李鴻源、黃良雄、郭振泰、許銘熙、楊錦釧(1991),水質保護綱要計畫-非點源污染防治計畫研究(二),行政院環保署委託,台大慶齡工業研究中心執行,pp. 48-51。
李鴻源、高正忠、許銘熙、楊錦釧(1992),水質保護綱要計畫-非點源污染防治計畫研究(三),行政院環保署委託,台灣大學土木系執行。
林亮君(2005),不確定環境下的河川總量管制策略,碩士論文,朝陽科技大學環境工程與管理系,台中市。
林慧儒(2008),魚逮魚堀溪非點源污染量之推估,碩士論文,臺北科技大學土木與防災研究所,臺北。
林鎮洋、余嘯雷(2001),翡翠水庫集水區管理規劃之研究(二),臺北翡翠水庫管理局委託,臺北科技大學水環境研究中心執行。
林鎮洋(2003),集水區水質總量管理模式與控制技術之研究(III),行政院國科會。
林鎮洋(2009),翡翠水庫上游集水區茶園非點源污染最佳管理作業,臺北水源特定區管理局委託,財團法人台灣環保文教基金會執行。
林鎮洋(2010),自來水水質水量保護區環境指標建構與應用(2/2),經濟部水利署委託,臺北科技大學水環境研究中心執行。
邱文美(1998),流量延時曲線特性之研究,碩士論文,國立交通大學土木工程學系,新竹市。
施禹州(2007),河川污染負荷量之推估─以北勢溪為例,碩士論文,國立臺灣大學土木工程學研究所,臺北。
胡思聰、吳先琪(1999),翡翠水庫底泥性質基準調查(II),臺北翡翠水庫管理局委託,台大慶齡工業中心執行。
高正忠(1994),建立總量分析模式之建立(I),行政院國科會。
高訓澎(1994),河川設計流量風險分析及烏溪個案研究,碩士論文,土木及水利工程研究所,臺中。

張玉珊(2004),翡翠水庫集水區非點源污染整治區域優先順序之評估,碩士論文,國立臺北科技大學環境規劃與管理研究所,台北市。
張哲豪、吳祥禎(2003),「應用不確定性分析於流量延時曲線可靠資料年限決定之研究」,臺灣水利,第51卷,第2期,第62-73頁。
郭振泰(2006),臺北水源特定區內水質涵容能力推估,臺北水源特定區管理局委託,臺大慶齡工業中心執行。
程豔(2009),「負荷歷時曲線在流域水質特徵分析中的應用」,中國水資源保護,第25卷,第2期,第33-37頁。
黃鈺真(2001),HSPF模式應用於曾文水庫集水區非點源污染負荷之推估,碩士論文,成功大學環境工程研究所,臺南。
楊萬發、張鎮南(1990),「事業廢水總量管制對水體污染改善之探討(1)」,行政院環保署。
楊萬發、張鎮南、陳立坤、黃錦明、巫健次(1988),「廢水總量管制技術探討」,中國土木水利工程學會第一屆環境規劃與管理研討會論文集,307-327頁。
溫清光(1993),「鹽水溪河川污染防治計畫可行性之檢討-總量管制方法」,行政院環保署。
闕蓓德、童心欣、張嘉玲(2010),「臺北水源特定區水質風險管理模式之建立與應用(1/3)」,經濟部水利署台北水源特定區管理局,台北。
羅陽(2010),流域水體污染物最大日負荷總量控制技術研究,碩士論文,中國浙江大學。
蘇瑞珍(1998),河川設計流量Q75及採用不同污染分配方法下之水質風險分析,碩士論文,國立交通大學環境工程研究所,新竹市。
全國法規資料庫網站(2011),水污染防治法,http://law.moj.gov.tw。
美國環境保護署網站(2011),http://www.epa.gov。
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