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論文中文名稱:濱水植生緩衝帶設計對營養鹽削減效益之研究 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Implementation of Riparian Buffer Zone via the Effectiveness of Nutrient Reduction [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:98
出版年度:99
中文姓名:王嘉君
英文姓名:Chai-Chun Wang
研究生學號:97428084
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2010-07-26
論文頁數:122
指導教授中文名:朱子偉
口試委員中文名:陳世楷;謝龍生;侯善麟
中文關鍵詞:濱水緩衝帶濱水生態系統管理模式(REMM)非點源污染營養鹽最佳管理措施
英文關鍵詞:riparian buffer zoneREMM modelnon-point source pollutionNutrientBMPs
論文中文摘要:濱水植生緩衝帶(Riparian Buffer zone),係指位於河溪兩側及湖泊或水庫陸地與水域交接地帶的植生區域。它具有減緩地表逕流、攔阻泥沙、削減營養鹽、維護棲地生態多樣性、及保育河川等功能。國內外的研究已證實緩衝帶可有效地削減非點源汙染,為有效的最佳管理措施(Best Management Practices, BMPs)之一,然而國內目前對於緩衝帶的劃設並沒有統一的標準。緩衝帶的長度、寬度、坡度、植生配置與配置地點的水文特性均會影響其汙染削減效益,再者緩衝帶的設置將會影響現有土地使用的經濟效益,另一方面若設計寬度不足則又無法達到汙染削減要求,因此本研究將應用濱水生態管理模式(Riparian Ecosystem Management Model, REMM),設計翡翠水庫集水區內的濱水緩衝帶配置,期達到最經濟的汙染削減效果。
研究首先應用.Groundwater loading effects of agricultural management system(GLEAMS)模式模擬集水區內典型茶園耕作所產生之非點源汙染負荷,再以此為REMM模式的污染輸入,執行緩衝帶機制模擬。研究同時以集水區內沿濱水區的三種主要土系建立REMM檢定的模擬背景值,模式參數檢定則參考國內外相關緩衝帶實驗的削減效率做適當的參數調整。經調整後的背景值則依不同的坡度搭配緩衝帶不同的寬度與植生配置,以模擬不同情境下的汙染削減率,並以此為評估準則進行緩衝帶的最適設計。
研究結果顯示隨著坡度的增加,緩衝帶的汙染削減效率會遞減,然而當坡度增加至40%以上時,此遞減現象就開始趨緩。接著研究分別以5%和40%的坡度,探討緩衝帶寬度對削減率的影響。結果發現5%的坡度的大小並未對寬度與削減率的關係有顯著影響。模擬結果均顯示寬度在40公尺以上時,汙染削減率只呈現些許提升,而在寬度40公尺時即可獲至極佳的汙染削減效果;當坡度40%與寬度40公尺時對泥砂削減率可達69%,營養鹽也可獲得40%以上的削減率。最後研究再以翡翠水庫集水區的平均坡度(40%)和40公尺的緩衝帶寬度模擬14種不同的植生搭配方案。經過綜合評比結果顯示一年生草本搭配秋季落葉灌木與針葉喬木,可獲至最佳汙染削減效果。本研究結果可做為在翡翠水庫集水區設置濱水緩衝帶的規劃設計參考。
論文英文摘要:A riparian buffer zone is defined as a belt of trees, shrubs, and grasses located adjacent to and “up-slop” from a body of water. Essential to control nonpoint source pollution and create a healthy ecosystem for stream, these strips slow and filter sediments and nutrients out of surface runoff before they reach the water bodies. Moreover, the buffer zones stabilize streambanks and floodplains as well as provide habitat for wildlife and fish. The riparian buffer ecosystem has been recommended as one of the Best Management Practices (BMPs) to mitigate nonpoint source pollution effectively. However, the variations of pollution reduction efficiency depend on hydrologic conditions, soil types, sizes of buffer zones, vegetation characteristics, and biomass harvesting managements. In addition, implementation of buffer zone will sacrifice economic production of original landuse while insufficient area of buffer, on the other hand, could not reduce the pollution effectively. Therefore, this study aims to explore the appropriate design of riparian buffer according to the sufficient efficiency of pollution reduction in Feitsui Reservoir watershed by employing the Riparian Ecosystem Management Model (REMM).
First, the pollutant loadings generated from a typical tea farm operation were simulated by Groundwater Loading Effects of Agricultural Management Systems (GLEAMS) model. These outputs from tea garden then will be used as upland inputs to REMM model for pollution reduction evaluation. Three major soil series will then be applied to establish the background scenarios in REMM. Model calibration was performed on the experimental reduction rates adopted from published literatures. Finally, the calibrated backgrounds were used to assess the pollution reduction rate on varying slope, width, and vegetation combination of buffer. The appropriate buffer design will be ultimately obtained through comparison of reduction rates in accordance with different buffer scenarios.
The simulation results show that the pollution reduction efficiencies decrease with increasing slope. However, the decline of reduction rates significantly becomes tender when slope is over 40%. The slopes of 5% and 40% were then selected to further investigate the slope impact on the reduction efficiency controlled by buffer width. The results reveal that slope of 40% other than 5% has noticeable influence on the reduction rates which were resulting from varied buffer widths. Moreover, simulations also indicate that reduction rate only improve a little bit under the condition of 40 m width and over. In addition, the reduction rate could reach 69% and 40% for sediment and nutrient, respectively, with slope of 40% and buffer width of 40 m. Finally, 14 combinations of native vegetations based on the three zone scheme were evaluated for effectiveness of nutrient removal under the condition of 40% slope and 40 m buffer width. The best vegetation combination was found to be annual herbaceous, autumn leaf drop shrub and coniferous tree. The results of this study could be used as general guidelines for designing references for riparian buffer zone in FeiTsui reservoir watershed.
論文目次:目錄

中文摘要 i
英文摘要 iii
誌謝 v
目錄 vii
表目錄 ix
圖目錄 xi
第一章 前言 1
1.1研究背景 1
1.2研究動機 2
1.3研究目的 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 非點源污染 4
2.1.1非點源汙染特性 4
2.1.2 非點源污染防治 6
2.1.3 非點源污染模式 7
2.2濱水緩衝帶 12
2.2.1 濱水緩衝帶寬度 14
2.2.2濱水緩衝帶植生配置 18
2.2.3 國內濱水緩衝帶之相關法規 18
2.3 濱水生態系統管理模式-REMM 23
第三章 研究方法 27
3.1 REMM模式背景 27
3.1.1水文模式 30
3.1.2泥沙模式 39
3.1.3營養鹽模式 45
3.1.4植物生長模式 54
3.2研究區域 58
3.3資料收集 63
3.3.1 GIS資料 63
3.3.2 氣候資料 63
3.3.3土壤資料 65
3.4茶園非點源汙染量推估 71
3.4.1茶園管理 72
3.4.2茶園汙染輸出負荷 74
3.5 緩衝帶模擬之背景情境建立 76
第四章 結果與討論 84
4.1緩衝帶坡度因子與削減率之關係 84
4.1.1總逕流的削減 85
4.1.2泥沙的削減率 86
4.1.3營養鹽的削減 88
4.1.4最適當之坡度建議 91
4.2緩衝帶寬度因子與汙染削減率之關係 92
4.2.1總逕流的削減 92
4.2.2泥沙的削減 96
4.1.3營養鹽的削減 99
4.1.4最適當之寬度建議 105
4.3緩衝帶植生配置組合與削減率關係 106
4.3.1植生配置在各土系與削減率之關係 107
4.3.2緩衝帶最佳植生配置之建議 110
第五章 結論與建議 115
5.1結論 115
5.2建議 117
參考文獻 118


表目錄

表2.1 依功能目的之緩衝帶建議寬度 15
表2.2 植生緩衝帶對泥砂與總磷傳輸之影響 15
表2.3 最小保護帶建議寬度 16
表2.4 國內與保護帶有關之法規條例 19
表3.1 土壤結構級數表 41
表3.2 土壤滲透級數表 42
表3.3 參數CCOMBI值定義表 43
表3.4 水土保持因子PI定義表 44
表3.5 模式可模擬之植物類型表 55
表3.6 翡翠水庫集水區主要植物 62
表3.7 歷年氣候資料 64
表3.8 三種主要土系特色整理 67
表3.9 SKE背景案例之緩衝帶土壤參數 68
表3.10 TCK背景案例之緩衝帶土壤參數 69
表3.11 SKU背景案例之緩衝帶土壤參數 70
表3.12 GLEAMS茶樹基本參數建議表 72
表3.13 茶園肥料實際施用量與建議用量 73
表3.14 台肥一號複合肥料成 73
表3.15 茶園非點源汙染輸出表 74
表3.16 模式檢定參考數據 77
表3.17 泥沙削減率相關數據 78
表3.18 總氮削減率相關數據 79
表3.19 總磷削減率相關數據 79
表3.20 翡翠水庫集水區本土植生表 82
表3.21 緩衝帶植生組合配置表 83
表4.1 緩衝帶植生配置表 84
表4.2 不同坡度的緩衝帶總逕流量輸出表 85
表4.3 不同坡度的緩衝帶泥沙削減率 87
表4.4 不同坡度的緩衝帶總氮削減率 89
表4.5 不同坡度的緩衝帶總磷削減率 90
表4.6 寬度模擬因子 92
表4.7 緩衝帶坡度40%搭配不同寬度之總逕流量削減率 93
表4.8 緩衝帶坡度5%搭配不同寬度之總逕流量削減率 94
表4.9 緩衝帶坡度40%搭配不同寬度之泥沙削減率 96
表4.10 緩衝帶坡度5%搭配不同寬度之泥沙削減率 98
表4.11 緩衝帶坡度40%搭配不同寬度之總氮削減率 100
表4.12 緩衝帶坡度40%搭配不同寬度之總磷削減率 101
表4.13 緩衝帶坡度5%搭配不同寬度之總氮削減率 102
表4.14 緩衝帶坡度5%搭配不同寬度之總磷削減率 104
表4.15 緩衝帶植生組合配置表 106
表4.16 SKE土系搭配14種植生配置之削減率 107
表4.17 SKU土系搭配14種植生配置之削減率 108
表4.18 TCK土系搭配14種植生配置之削減率 109
表4.19 SKE土系搭配14種植生方案正規化之汙染削減率得分 111
表4.20 SKU土系搭配14種植生方案正規化之汙染削減率得分 111
表4.21 TCK土系搭配14種植生方案正規化之汙染削減率得分 112
表4.22 各土系植生配置之參考表 114


圖目錄

圖2.1 濱水緩衝帶配置圖 24
圖3.1 濱水生態系統管理模式空間模擬概念圖 28
圖3.2 REMM 模式 30
圖3.3 濱水生態系統管理模式水文循環圖 31
圖3.4 REMM模式水文平衡 32
圖3.5 雨水截留與儲存容量比例 37
圖3.6 河道與濱水緩衝區漫地流間的泥砂傳輸示意圖 40
圖3.7 REMM總碳的動態傳輸模擬流程圖 45
圖3.8 總碳的守恆計算示意圖 46
圖3.9 總氮的守恆計算示意圖 51
圖3.10 REMM總氮量的動態傳輸模擬流程圖 52
圖3.11 總磷的守恆計算示意圖 53
圖3.12 REMM總磷的動態傳輸模擬流程圖 54
圖3.13 植物生長流程 56
圖3.14植物光合作用所產生的碳分配 57
圖3.15 翡翠水庫集水區位置圖 58
圖3.16 翡翠水庫集水區高程圖 59
圖3.17 翡翠水庫集水區土壤種類分佈圖 60
圖3.18 翡翠水庫集水區土地利用分佈圖 61
圖3.19 歷年年雨量圖 65
圖3.20 歷年逕流量 74
圖3.21 歷年泥沙量 75
圖3.22 研究流程 81
圖4.1 坡度與緩衝帶輸出總逕流量關係圖 86
圖4.2 不同坡度緩衝帶泥沙削減率關係 87
圖4.3 不同坡度緩衝帶總氮削減率關係 89
圖4.4 不同坡度緩衝帶總磷削減率關係 90
圖4.5 緩衝帶坡度40%於不同寬度之總逕流量削減率 93
圖4.6 緩衝帶坡度5%於不同寬度之總逕流量削減率 95
圖4.7 緩衝帶坡度40%於不同寬度之泥沙削減率 97
圖4.8 緩衝帶坡度5%搭配不同寬度之泥沙削減率 98
圖4.9 緩衝帶坡度40%搭配不同寬度之總氮削減率 100
圖4.10 緩衝帶坡度40%搭配不同寬度之總磷削減率 101
圖4.11 緩衝帶坡度5%搭配不同寬度之總氮削減率 103
圖4.12 緩衝帶坡度5%搭配不同寬度之總磷削減率 104
圖4.13 SKE土系搭配不同植生方案削減率之得分 112
圖4.14 SKU土系搭配不同植生方案削減率之得分 113
圖4.15 TCK土系搭配不同植生方案削減率之得分 113
論文參考文獻:參考文獻

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論文全文使用權限:同意授權於2012-08-27起公開