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論文中文名稱:應用BMPTOOLBOX模擬最佳管理措施之去除效率 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:An Application of the BMPTOOLBOX for Simulating the Effectiveness of BMPs [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
出版年度:97
中文姓名:楊忠勳
英文姓名:Chung-Hsun Yang
研究生學號:95428062
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2008-07-15
論文頁數:91
指導教授中文名:林鎮洋
指導教授英文名:Jen-Yang Lin
口試委員中文名:康世芳;陳起鳳
中文關鍵詞:最佳管理措施非點源污染污染去除效率BMP Tool Box
英文關鍵詞:Best Management PracticesNon-Point Source (NPS) PollutionPollutant Removal EfficiencyBMP Tool Box
論文中文摘要:近年來國內有關非點源控制措施(Best Management Practices,BMPs)處理方法之應用越益廣泛,而人工溼地系統即屬於BMPs之一。,在現有各種類型的生態工程中,人工溼地處理技術具有低成本、低耗能源、無二次污染物之產生,並能提供溼地生態與景觀等優點。在模擬技術的應用上,國外所使用之BMPs評估模式相當多,一般均可模擬連續性降雨或單場暴雨事件,如AGNPS、HSPF、MUSIC、SWMM、VAST等。雖然目前國內亦開始採用上述模式於集水區管理上,但是該等模式無法針對結構性BMP分析處理效益。而本研究所採用的BMP模組(BMP Tool Box)則適用於集水區BMPs設施配置與位置方案選擇。然而BMP模組目前仍屬發展階段,許多技術仍未成熟,亟需以積極之研究建立本土化的參數、資訊與評估分析方法,以利於國內之應用。
BMP Tool Box在國內已推行數年,過去研究中尚未有完整的模式率定驗證及本土化參數。本研究以翡翠水庫管理局於2005年在北勢溪上游渡南橋旁所建置之自然淨化系統-人工溼地系統為例,應用BMP Tool Box模式,以現場採樣分析結果做為參數率定與驗證之依據,此外亦進行模式參數敏感度分析(sensitivity analysis),最後再利用交替區塊法(Alternating Block Method)所設計之雨型進行BMPs去除效率之模擬,其目的在暸解暴雨初期沖刷之非點源污染與對水質變化之影響。
實驗結果方面,經長期的現場採樣數據計算,本研究之人工溼地系統對於總磷之平均削減率達64.4%。而進一步模擬分析的結果,本研究係以2006年之5場總磷數據做為模式之率定;而以2007年之14場總磷資料來做驗證。結果顯示入流濃度之率定值(決定係數)為R2=0.84、驗證值R2=0.86;而出流濃度之率定值R2=0.87、驗證值R2=0.8,參數模擬之結果接近理想範圍。
依據坪林地區常見之雨型並採用交替區法(Alternating Block Method)設計出以1.1年、2年、5年、10年及25年等五種重現期距搭配2小時與4小時延時共計10場之暴雨,模擬結果顯示本場址於25年重現期及4小時延時的降雨條件下,總磷之去除效率可達76%。
本研究亦發現,施工及維護管理將影響本場址之去除效果,而連續時間採樣可使模式之模擬更精確。本研究已建立適合本土性之設計參數,有助於國內其他水庫水質管理技術之參考。
論文英文摘要:In recent years, the Best Management Practices (BMPs) for non-point source pollution control are gaining in popularity in Taiwan. The constructed wetland system, one of the BMPs, possesses several advantages in many aspects, such as low cost, low energy consumption and no secondary pollutants, as well as provides ecological and landscape benefits. There are a lot of BMPs simulation models such as AGNPS, HSPF, MUSIC, SWMM, and VAST which are capable of simulating continuous rainfalls or single storm event. The above models have been applied in domestic watershed management for years. However, the above models cannot evaluate the removal efficiency of the structured-BMPs. Instead, the BMP Tool Box, a BMP module, is suitable for evaluating the arrangement and locations of several BMPs. However, the BMP Tool Box is still in its development stage, and further research is needed to establish the domestic parameters and evaluation techniques which are better suited for domestic applications.
There were some research using BMP Tool Box in the past, but few of them covered complete sets of model calibration and validation as well as domestic parameters. The present research is a case study of a combined constructed wetlands system, which was built near Donan Bridge and located on the bank of Peishih Creek by Taipei Feitsui Reservoir Administration in 2005. This research applies the BMP Tool Box to do model calibration and validation based on the long-term sampled data collected on site. The sensitivity analysis was also conducted and further evaluation of the BMPs removal efficiency with respect to different storm events developed by the so-called Alternating Block Method was also performed. Based on the long-term sampled data, the average removal efficiency for total phosphorus (TP) was calculated to be 64.4%.
Then, five site data of the TPs in 2006 were used to calibrate the simulation model; meanwhile, fourteen site data of the TPs were used to validate the simulation model. The results showed that the coefficients of the determination (R2) for the model calibration and validation of the inflow concentration were found to be 0.84 and 0.86, respectively. Moreover, the R2’s for the model calibration and validation of the outflow concentration were found to be 0.87 and 0.8, respectively. The above figures close to the ideal cases as far as the model simulation are concerned.
Furthermore, ten design storm events developed by the Alternating Block Method with recurrence interval 1.1 year, 2 year, 5 years, 10 years and 25 years combining with 2 and 4 hours of duration were used to simulate the removal efficiency of the TPs. The results showed that the best removal efficiency of TPs was found to be 76% with recurrence interval of 25 years and 4 hours of duration. This research also found that the removal efficiency will be tremendously affected by construction and maintenance activities. Besides, the accuracy of the simulation will be much improved by continuous sampling. This research also helps build up the domestic design parameters for the other
reservoirs in Taiwan.
論文目次:目 錄

摘 要 i
ABSTRACT iii
誌 謝 vi
目 錄 vii
表目錄 ix
圖目錄 xi
第一章 前言 1
1.1研究動機 1
1.2研究目的 2
1.3研究方法與流程 2
第二章 文獻回顧 4
2.1自然淨化系統 4
2.1.1自然淨化系統之機制 4
2.1.2自然淨化工法 5
2.2非點源污染模式應用 17
第三章 研究方法 23
3.1使用模式介紹 23
3.1.1 HSPF 模式 23
3.1.2BMP Tool Box模式簡介 37
3.2研究場址簡介 49
3.3模式資料蒐集與現場採樣結果 53
3.3.1模式參數資料蒐集 53
3.3.2 氣象資料 54
3.3.3 現場水質採樣結果 55
第四章 結果與討論 60
4.1模式參數設定 60
4.1.1HSPF 60
4.1.2 BMPToolBox 65
4.2模式率定及驗證結果 68
4.3模式分析結果 73
4.4參數敏感度分析 76
4.5不同設計雨型對渡南橋場址表現影響 82
4.5.1雨型設計 82
4.5.2模擬結果 84
第五章 結論與建議 87
5.1結論 87
5.2建議 88
參考文獻 89



表目錄

表2.1 各類污染物在濕地中的處理機制 9
表2.2 水生植物種類及適應條件 15
表2.3 非點源污染模式適用綜合評估表 21
表3.1 透水區模組之副程式的功能 25
表3.2 管渠設施表面粗糙係數參考值 44
表3.3 Holtan入滲模式之植被層通透參數參考值 45
表3.4 Holtan入滲模式之入滲率參數參考值 46
表3.5 BMP Tool Box 模式之設定參數 48
表3.6 本研究場址串連式濕地淨化系統各單元設計參數 52
表3.7 資料來源及處理工具 54
表3.8 各模組所需之氣象資料 54
表3.9 監測項目均依環保署公告之標準方法 56
表3.10 渡南橋人工溼地水質流量監測數據 58
表3.10 渡南橋人工溼地水質流量監測數據(續) 59
表4.1 水域子集水區水文參數設定值 62
表4.2 總磷參數值 64
表4.3 本研究場址一階反應動力係數KT 66
表4.4 本研究場址之BMP Tool Box模式輸入參數 67
表4.5 統計模式整理 69
表4.6 本研究場址總磷污染之削減率分析表 70
表4.7 總磷出流模擬率定及驗證 72
表4.8 總磷入流模擬率定及驗證 73
表4.9 本研究場址總磷事件平均濃度之削減率分析表 75
表4.10 模式輸入參數表 77
表4.11 參數敏感度分析表 78
表4.12 參數敏感度分析表 79
表4.13 參數敏感度分析表 80
表4.14 參數敏感度分析表 81
表4.15 台灣北區雨量站Horner公式係數與相關系數 83
表4.16 各降雨事件總磷去除效率分析表 85


















圖目錄

圖1.1 研究流程圖 3
圖2.1 自然溼地與人工溼地系統示意圖 10
圖2.2 人工濕地系統 12
圖2.3 自由表面流動式系統 13
圖2.4 植栽濾床系統 14
圖2.5 接觸氧化法示意圖 16
圖3.1 HSPF模式之視窗介面 24
圖3.2 水文循環過程圖 26
圖3.3 PWATER 子程式模擬降雨逕流流程圖 27
圖3.4 入滲與中間流分配關係圖 29
圖3.5 入滲量及直接逕流比率與土壤含水比值關係圖 31
圖3.6 入滲及滲漏至下層土壤之比率 34
圖3.7 河段之幾何形狀示意圖 36
圖3.8 BMP Tool Box 模式使用界面 38
圖3.9 BMP Tool Box 模式操作流程 39
圖3.10 BMP設施型式A類型(Class A) 40
圖3.11 A類型(Class A)BMP設施—孔口流型式 40
圖3.12 A類型(Class A)BMP設施—溢流堰型式 41
圖3.13 BMP設施型式B類型(Class B) 41
圖3.14 BMP設施入滲系統 45
圖3.15 BMP Tool Box 模式模擬三種情境 47
圖3.16 BMP Tool Box 模式設定之參數 47
圖3.17 場址地理位置圖 50
圖3.18 研究場址單元流程圖 51
圖3.19 渡南橋人工溼地水質淨化設施採樣點位置圖 57
圖4.1 2006/1/1~2006/12/31總磷出流濃度率定曲線 71
圖4.2 2007/1/1~2007/12/31總磷出流濃度驗證曲線 71
圖4.3 2006/1/1~2006/12/31總磷入流濃度率定曲線 72
圖4.4 2007/1/1~2007/12/31總磷入流驗證曲線 73
圖4.5 渡南橋場址總磷處理模擬結果 74
圖4.6 水域集水區之設計雨型 83
圖4.6 水域集水區之設計雨型(續) 84
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