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論文中文名稱:翡翠水庫卡爾森指數變異性之研究 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Study on the Variability of Carlson Trophic State Index in Feitsui Reservoir [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:102
出版年度:103
中文姓名:盧素玲
英文姓名:Su-Lin Lu
研究生學號:101428525
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2014-06-20
論文頁數:128
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:何嘉浚;康世芳
中文關鍵詞:翡翠水庫優養化評估卡爾森指數最佳管理措施
英文關鍵詞:Feitsui ReservoirEutrophication AssessmentCarlson Trophic State IndexBest Management Practices
論文中文摘要:翡翠水庫集水區為大臺北地區重要供水來源,故其水質優劣攸關大臺北地區自來水用水之潔淨與安全。為保障水庫水質安全,管理單位已於集水區內實施多項污染削減措施,包括規劃保護帶等。本研究探討既有最佳管理措施(BMPs)與保護帶實施後對水庫優養化評估指標卡爾森指數(CTSI)之影響,並分析其變異性。以過去的水質監測資料為基礎,進一步對總磷、透明度及葉綠素等數據分析,得到卡爾森指數的變化及造成其變異之因素。過去相關研究僅探討保護區對總磷削減的影響,本研究透過總磷、透明度及葉綠素的迴歸關係,來探討保護帶設置後的改善效果。研究結果顯示:造成卡爾森指數變異之主要因素為總磷,且因夏季多雨易造成水庫上游非點源污染沖刷而影響水庫水質,故卡爾森指數較高。
論文英文摘要:The Feitsui Reservoir watershed is one of the most important sources of domestic water of the Taipei metropolis and its immediate vicinity. Thus, the quality of the water is critical for the safety of its users. To secure water quality, the Reservoir Administration Office has been conducting pollution reduction measures over the watershed, including planning of a protection belt within the watershed. This study is to investigate the effects of the Carlson trophic state index (CTSI) after the establishment of Best Management Practices (BMPs) and protection belts on water quality of the Feitsui Reservoir, as well as the analyses of the variability of the CTSI. Using past observation data, this study uses the data of total phosphorus, transparency, and chlorophyll to further investigate any changes of the CTSI and the factors that caused it. Previous studies only focused on the effects made by protection belts and the reduction of total phosphorus. This investigation analyses the regression relationship between total phosphorus, transparency, and chlorophyll, to discuss the improvements caused after the establishment of the protection belt. Our result shows that major factor causing the variability of the CTSI is total phosphorus, and during the raining season in the summer. Upstream erosion and non-point source pollution can affect the water quality of the reservoir, resulting a higher Carlson index.
論文目次:目 錄

摘 要 i
ABSTRACT ii
謝 誌 iii
目 錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 ix
第一章 前言 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 章節介紹 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 翡翠水庫集水區污染來源及處理措施 3
2.1.1點源污染來源及處理措施 3
2.1.2非點源污染來源及處理措施 7
2.1.3 污染量分析 11
2.2 低衝擊開發策略與最佳管理措施 LID-BMPs 12
2.3 最佳管理措施成效評估 18
2.4 水庫水質評估模式 24
2.5 水庫優養化 25
2.5.1 優養化定義及成因 28
2.5.2 水庫優養化之評估方法 28
第三章 研究方法 38
3.1 集水區自然環境基本資料 39
3.1.1 範圍及水系 39
3.1.2 地形地質及土壤 43
3.1.3 氣象及水文 45
3.1.4 社會經濟及產業分析 57
3.1.5 土地分類利用 63
3.2 水庫水質評估方法(Vollenweider模式) 68
3.3 以統計方法迴歸公式及判讀結果 70
3.4 水庫優養化之評估方法_卡爾森指數 74
第四章 結果與討論 77
4.1 以Vollenweider模式計算翡翠水庫總磷濃度 77
4.2 總磷與葉綠素a及透明度之迴歸公式 83
4.3以卡爾森指數對翡翠水庫優養化之評估 90
4.3.1保護帶及既有BMPs對水庫CTSI之評估 90
4.3.2以卡爾森指數40作為改善之評估 96
4.4 翡翠水庫水質監測資料分析 99
4.4.1 單一及多變數指標分析 104
4.4.2 卡爾森指數與其水質參數之關係 109
第五章 結論與建議 122
5.1結論 122
5.2建議 124


表目錄

表2.1 污水處理率提升統計表 5
表2.2 翡翠水庫集水區現有結構性污染削減措施 8
表2.3 翡翠水庫集水區內既有BMPs設施平均削減率 8
表2.4 污染量分析 11
表2.5 結構性BMP典型污染物去除率 19
表2.6 水庫集水區非點源污染模擬模式比較表 20
表2.7 臺北水源特定管理局歷年委辦計畫建立之不同水質評估模式分析 21
表2.8 各研究單位總磷年負荷量推估比較表 23
表2.9 評估湖泊水庫的優養化模式 24
表2.10 民國90~102年台灣主要20座水庫卡爾森指數(CTSI)統計表 26
表2.11 民國90~102年台灣主要20座水庫優養程度統計表 26
表2.12 民國90~102年台灣主要20座水庫(CTSI)平均值優養程度統計表 27
表2.13 貧養與優養湖泊的區分特徵 29
表2.14 美國環保署優養化判定基準 29
表2.15 OECD 單一參數判定優養化之標準 30
表2.16 Carlson 單一參數判定優養化之標準 30
表2.17 U.S. EPA 單一參數判定優養化之標準 30
表2.18 環保署制定之湖泊水質標準 30
表2.19 常見之多變數指標法 31
表2.20 國內專家學者研究及評估優養化影響因子彙整表 32
表2.21 國內各種優養化程度水庫中常出現的主要藻種 33
表2.22 湖泊優養狀態與浮游植物中優勢種之關係 36
表2.23 國內水庫中常出現的水質優養化指標藻種 37
表3.1 臺北水源特定區流域之河川特性 41
表3.2 臺北水源特定區水系支流表 41
表3.3 翡翠水庫集水區雨量監測站 45
表3.4 翡翠水庫歷年月雨量統計表 47
表3.5 翡翠水庫歷年月雨量統計表(續) 48
表3.6 相關監測單位之監測項目、頻率、地點 49
表3.7 北勢溪流域各測站之檢測項目與檢測頻率 52
表3.8 98~102年北勢溪甲類水體各水質測站執行次數統計與地面水體標準達標率 54
表3.9 民國97年~102年北勢溪流域各測站之總磷間測值 54
表3.10 臺北水源特定區管理局轄管各水位流量站一覽表 56
表3.11 臺北水源特定區管理局轄管水位流量站歷年之月平均流量 56
表3.12臺北水源特定區管理局轄區102年度水文觀測作業地點與頻率 57
表3.13 翡翠水庫集水區歷年人口統計表 58
表3.14 民國100年翡翠水庫集水區內主要農產品收獲面積及生產量 60
表3.15 民國97-101年坪林區內茶葉產量及產值統計 60
表3.16 民國92~102坪林茶業博物館遊客人數月別統計表 62
表3.17 臺北水源特定區計畫土地使用分區情形 63
表3.18 翡翠水庫集水區土地之分類 64
表3.19 臺北水源特定區各類別分類面積與比例對照表 65
表3.20 翡翠水庫集水區土地利用現況面積統計與比例對照表(依主集水區分析) 67
表3.21 相關係數(r)、決定係數(R2)及平均絕對值誤差率之判定標準 73
表3.22 各國湖泊中葉綠素a、透明度與總磷濃度的相關性研究一覽表 75
表3.23 民國97~101年翡翠水庫總磷、葉綠素a及透明度的觀測值 76
表4.1 Vollenweider模式所需參數表 77
表4.2 以Vollenweider模式計算翡翠水庫總磷濃度 78
表4.3 翡翠水庫歷年水源利用統計表 79
表4.4 民國97~101年翡翠水庫總磷污染量及總磷濃度 81
表4.5 由Vollenweider模式計算民國98~101年每月翡翠水庫總磷濃度 81
表4.6 民國97~101年總磷與葉綠素a及總磷與透明度之迴歸公式 85
表4.7 民國98~101年每月翡翠水庫葉綠素a之模擬值與MAPE(%)值 86
表4.8 民國98~101年每月翡翠水庫透明度之模擬值與MAPE(%)值 88
表4.9 以SWMM模式模擬民國98~101年逐年設置保護後之總磷污染量 90
表4.10 民國98~101年逐年總磷觀測值與設置保護帶後模擬值參數及CTSI值 90
表4.11 民國98~101年逐年模擬不同寬度保護帶設置後CTSI之改善率 92
表4.12 各結構性BMPs總磷年負荷削減量比較表 94
表4.13 保護帶及既有BMPs配置對翡翠水庫集水區總磷削減量及削減率 95
表4.14 既有BMPs對翡翠水庫集水區CTSI改善結果 95
表4.15 設定卡爾森指數40為翡翠水庫貧養目標之總磷濃度及總磷污染量 96
表4.16 民國97~101年翡翠水庫水質採樣站之參數數據 101
表4.17 卡爾森(Carlson)單一參數指數判定優養化之標準 104
表4.18 97~101年各測站總磷、葉葉綠素a及透明度平均值之優養化程度百分比及加權評分 106
表4.19 民國97~101年翡翠水庫森廣氏優養指標 107
表4.20 表民國97~101年翡翠水庫北卡水體優養指標 107
表4.21 民國97~101年翡翠水庫水質採樣站各站參數之平均值 109
表4.22 民國97~101年各季卡爾森指數平均值與三項優養指標平均值之相關性 111
表4.23 民國97~101年總磷、葉綠素a及透明度水質參數之相關係數 115
表4.24 歷年來卡爾森指數與其水質參數資料統計表 117
表4.25 民國76~102年卡爾森指數與其水質參數之相關係數 119
表4.26 民國76~102年卡爾森指數與其水質參數之相關係數(初步修正) 120




圖目錄

圖2.1 翡翠水庫上游污水下水道系統 4
圖2.2 坪林污水廠98~101年平均污水月處理量 6
圖2.3 坪林污水廠98~101年水質項目去除率變化趨勢圖 6
圖2.4 寬度50公尺保護帶範圍示意圖 10
圖2.5 典型植生滯留槽基本元件示意圖 14
圖2.6 透水性舖面剖面示意圖 15
圖2.7 美國密西根Kresge Foundation 總部停車場 16
圖2.8 植生屋頂組成示意圖 16
圖2.9 MCTT標準斷面圖 17
圖2.10 台灣水庫分佈圖 25
圖2.11 民國90~102年台灣主要20座水庫優養程度趨勢圖 27
圖3.1 研究流程圖 38
圖3.2 翡翠水庫集水區位置與水系 40
圖3.3 翡翠水庫水源保護區子集水區位置圖 40
圖3.4 翡翠水庫現況空拍圖 42
圖3.5 翡翠水庫及周圍水系位置圖 43
圖3.6 翡翠水庫集水區高程分佈圖 44
圖3.7 翡翠水庫集水區雨量站位置圖 45
圖3.8 翡翠水庫水文氣象系統分佈圖 46
圖3.9 民國77~102年翡翠水庫集水區年降雨量 48
圖3.10 民國77~102翡翠水庫集水區月降雨量 48
圖3.11 翡翠水庫集水區內相關監測單位測點分佈 50
圖3.12 翡翠水庫歷年卡爾森指數變化圖 50
圖3.13 歷年翡翠水庫總磷濃度與卡爾森指數趨勢圖 51
圖3.14 民國102年翡翠水庫每月總磷與歷年平均比較圖 52
圖3.15 北勢溪流域各水質測站位置分佈圖 53
圖3.16 民國102年北勢溪各測站總磷年平均趨勢圖 55
圖3.17 民國98年~102年北勢溪各測站總磷年平均趨勢圖 55
圖3.18 臺北水源特定區位水位流量站相對位置示意圖 57
圖3.19 翡翠水庫集水區內各區里人口數趨勢圖 59
圖3.20 翡翠水庫集水區人口數趨勢圖 59
圖3.21 翡翠水庫集水區土地分類百分比 65
圖3.22 臺北水源特定區衛星影像分類成果圖 66
圖3.23 土地利用現況圖與主集水區圖 67
圖3.24 Vollenweider假設水庫中水文與磷的輸出與輸入示意圖 68
圖3.25 Vollenweider模式之優養分析圖 70
圖3.26 統計圖種類 74
圖4.1 歷年翡翠水庫總磷模擬值與觀測值之比較圖 78
圖4.2 SWMM+Vollenweider總磷模擬值與觀測值比較圖 80
圖4.3 民國98~101年總磷觀測值及模擬值趨勢圖 83
圖4.4 趨勢預測/迴歸分析類型 83
圖4.5 民國98~101年總磷與葉綠素a及透明度等觀測值之散佈圖 85
圖4.6 民國98~101年葉綠素a觀測值與線性及對數計算之模擬值比較圖 87
圖4.7 民國98~101年透明度觀測值與線性及對數計算之模擬值比較圖 89
圖4.8 民國98~101年逐年卡爾森指數觀測值與保護帶設置後模擬值之比較圖 92
圖4.9 民國103年總磷與歷年平均比較圖 100
圖4.10 民國103年透明度與歷年平均比較圖 100
圖4.11 民國103年葉綠素a與歷年平均比較圖 100
圖4.12 翡翠水庫水質採樣位置圖 101
圖4.13 以單一指標(總磷)分析翡翠水庫優養程度 105
圖4.14 以單一指標(葉綠素a)分析翡翠水庫優養程度 105
圖4.15 以單一指標(透明度)分析翡翠水庫優養程度 106
圖4.16 以多變數指標(卡爾森指數)分析翡翠水庫優養程度 108
圖4.17 以多變數指標(森廣氏優養指標)分析翡翠水庫優養程度 108
圖4.18 以多變數指標(北卡水體優養指標)分析翡翠水庫優養程度 108
圖4.19 民國97~101年卡爾森指數與總磷之關係圖 110
圖4.20 民國97~101年卡爾森指數與葉綠素a之關係圖 110
圖4.21 民國97~101年卡爾森指數與透明度之關係圖 110
圖4.22 民國76~102年卡爾森指數與其水質參數間之關係圖 112
圖4.23 分別刪除民國91、92年卡爾森指數與葉綠素a資料後之關係圖 113
圖4.24 總磷、葉綠素a及透明度水質參數之關係圖 115
圖4.25 民國97~101年翡翠水庫CTSI與其水質參數之相關係數示意圖(修正前) 116
圖4.26 民國97~101年翡翠水庫CTSI與其水質參數之相關係數示意圖(修正後) 116
圖4.27 歷年翡翠水庫總磷濃度與卡爾森指數趨勢圖 118
圖4.28 歷年翡翠水庫葉綠素a與卡爾森指數趨勢圖 118
圖4.29 歷年翡翠水庫透明度與卡爾森指數趨勢圖 118
圖4.30 民國76~102年翡翠水庫CTSI與其水質參數之相關係數示意圖 119
圖4.31 民國76~102年翡翠水庫CTSI與其水質參數之相關係數示意圖(初步修正) 121
論文參考文獻:書籍
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11.臺北市立大學/張育傑,臺北水源特定區水質監測計畫(102年),新北市新店區:經濟部水利署臺北水源特定區管理局2013年12月。
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22.財團法人資源及環境保護服務基金會/陳樹群,臺北水源特定區崩塌危害分析及土砂健康指標建立(2/2) ,新北市新店區:經濟部水利署臺北水源特定區管理局。
23.黎明工程顧問股份有限公司/林大展,台北水源特定區集水區治理規劃總報告,臺北縣新店市:臺北水源特定區管理委員會,1994年6月。
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25.顏月珠,統計學,臺北市:三民書局,1994年,第1頁及第11~12頁。
26.邱皓正等,統計學:原理與應用,臺中市:五南圖書,2012年。
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期刊論文
28.張嘉玲,低衝擊開發之應用及發展趨勢,土木水利,第三十五卷,第四期,2008。
29.林鎮洋、陳彥璋、張玉姍,翡翠水庫集水區非點源污染模擬與整治順序之評估,臺灣水利季刊,第五十三期,第三卷,2005,第25–40頁。
30.林鎮洋、康世芳、陳彥璋、張均成,應用MUSIC模擬BMP之除污效率,中華水土保持學報,第三十八期,第二卷,2007,第105–122頁。
31.Lin, J.Y., and C.D. Hsieh, 〃A Strategy for Implementing BMP for Controlling Nonpoint Source Pollution: the Case of the Fei-tsui Reservoir Watershed in Taiwan〃, Journal of the American Water Resources Association, vol.

會議論文
32.陳惠龍,「水庫水質與進流量之相關性研究」,台灣環境資源永續發展協會2005年研討會活動,2005,(http://www.tasder.org.tw/)
33.黃富昌,「以多變量統計分析探討水庫水質優養化最適指標」,台灣環境資源永續發展協會2005年研討會活動,2005,(http://www.tasder.org.tw/)
34.Sengupta, M. and Dalwani, R. (Editors).Trophic State Index in Conservation of Lake Ecosystems. Proceedings of Taal2007: The 12th World Lake Conference, 2008,pp.840-843.

學位論文
35.王佳偉,翡翠水庫集水區污染削減措施對水庫水質改善影響之研究,碩士論文,國立臺北科技大學土木與防災研究所,臺北市,2013。
36.李珮璇,暴雨初期沖刷對水源水質衝擊之評估,碩士論文,國立臺北科技大學環境規劃與管理研究所,臺北市,2002。
37.蔡福水,台灣水庫之優養化指標評析,碩士論文,國立中山大學環境工程研究所,高雄市,2007。
38.古煥林,台灣水庫水質優養化最適指標之探討,碩士論文,國立中央大學環境工程研究所,桃園縣,2005。
39.陳起鳳,茶園非點源污染之模式進行分析研究,碩士論文,國立成功大學環境工程學系,臺南市,2002。
40.張玉姍,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,國立台北科技大學環境規劃與管理所,臺北市,2004。
41.吳朱華,水庫水質優養化模式適用性探討,碩士論文,國立成功大學工學院工程管理碩士在職專班,臺南市,2006。
42.蘇鏡宏,迴歸分析應用於翡翠水庫水質優養指標預測之研究,碩士論文,中華大學土木與工程資訊學系碩士班,新竹市,2008。

其他資料
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44.經濟部水利署水庫主題網。http://www.e-river.tw/e_reservoir/index.aspx
45.經濟部水利署水利法規查詢系統。http://wralaw.wra.gov.tw/wralawgip/index.jsp
46.臺北翡翠水庫管理局。http://www.feitsui.gov.tw/
47.行政院環境保護署。http://www.epa.gov.tw/
48.行政院環境保護署,2013,降雨逕流非點源污染最佳管理技術(BMPs)指引http://www.epa.gov.tw/index.aspx
49.行政院環境保護署,2005,以生態工法去除水庫集水區營養源研究計畫
50.行政院農委會水土保持局,水土保持技術規範。http://www.swcb.gov.tw/
51.交通部中央氣象局。http://www.cwb.gov.tw/
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53.坪林區戶政事務所。http://www.pinglin.ris.ntpc.gov.tw/
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56.台灣大學。http://homepage.ntu.edu.tw/~clhsieh/biostatistic/9/9-7.htm
論文全文使用權限:同意授權於2015-08-25起公開