臺灣博碩士論文加值系統

台灣地區因污水下水道之納管率偏低，致生活污水大都未經處理即直接排放，其他污染源如工業廢水、畜牧廢水及農業迴歸水等管制
亦不夠嚴謹，造成各地河川水質惡化情形日趨嚴重。依河川污染指標
(River Pollution Index, RPI)之評估，台中市旱溪水質狀況長年為中度
或嚴重污染，故本研究之目的為藉由QUAL2K 水質模式為工具，以
評估旱溪流域之水質變化，並研擬適宜之河川水質污染防治策略。
本研究以例行之水質監測資料，及現場污染源之調查與分析結果
為QUAL2K 模式建立之基礎，再利用水質評估模式分別在河川之豐
水期與枯水期進行水質模擬與模式驗證，針對水質項目之溶氧(DO)、
生化需氧量(BOD)及氨氮(NH3-N)進行評估，再配合各河段之污染源
性質，研提合宜之河川水質污染防治策略，以達水體分類標準。
模式驗證結果顯示豐、枯水期模擬之平均絕對百分誤差(Mean
Absolute Percentage Error, MAPE)皆在10%以下，屬高精準度預測，
其模擬結果具可信度。而由水質資料分析結果顯示，旱溪之BOD 與
NH3-N 為主要污染來源，於上游區域之枯水期時污染來源為農業迴歸
水，而於豐水期時則為生活污水；下游區域在豐、枯水期時，皆以區
域內之工業廢水為主要污染來源。故針對豐、枯水期及污染源性質之
不同，本研究提出針對上游之取水量調整、中游之源頭控制、人工濕地處理及下游之工業污染源管制及削減等措施作為因應措施，並同步
考量生活污水納管率，以評估污染負荷改善措施之成效。
QUAL2K 模式模擬源頭控制及生活污水納管之結果顯示豐、枯
水期時流域整體水質皆有所改善，但尚未完全符合其水體分類之標準。
豐水期時中、上游河段經執行前述措施後，水質已達到丙類水體標準，
後續僅須針對下游區域之工業污染源管制及削減後，BOD 即由原來
最高6.09 mg/L 降至3.49 mg/L，而NH3-N 也可由0.68 mg/L 降至0.30
mg/L。枯水期時若以人工溼地處理農業迴歸水後，中、上游河段也可
達到其水體目標，BOD 值可由最高5.34 mg/L 降至3.95 mg/L，NH3-N
值則可由最高0.41 mg/L 降至0.16 mg/L。下游河段則在進行工業污染
管制及削減後，其BOD 值可由最高6.62 mg/L 降至2.99 mg/L；NH3-N
值則由最高0.66 mg/L 降至0.29mg/L。至此，全河段在豐、枯水期皆
能符合丙類水體之標準。
由本研究模擬結果得知改善各河段水質之優先處理順序為生活
污水納管、農業迴歸水處理及工業廢水管制及削減等措施。旱溪流域
之水質經實施所研擬之污染防治策略後，不論在豐、枯水期其水質均
可改善達到預設丙類水體之目標，故本研究之結果可作為未來規劃旱
溪水質改善之參考依據。

Abstract
Due to the small proportion of sewer system in Taiwan, the domestic sewage directly discharges without treatment, and other sources such as industrial wastewater, livestock wastes and irrigation water returns can not enough strictly control cause the water quality to deteriorate gradually. Because the river pollution index(RPI) is moderate or serious pollution in Han River near Taichung City, This research uses a water quality model, QUAL2K, to simulate and analyze the water quality in Han River near Taichung City under several water pollution control scenarios.
This study use monitoring data of water quality over the years and sample and analysis the polluted water in river, and use QUAL2K water quality model as a tool to verify the model and to simulate the water quality, including dissolved oxygen (DO), biological oxygen demand (BOD) and ammonia (NH3-N) in the dry season and the wet season river, respectively. Finally, drawing up the water pollution control strategies to evaluate for the pollution property of each rive reach, and achieving its water classification standards based policy evaluation.
The verification results of the QUAL2K model show that the mean absolute percentage error (MAPE) is at 10% or less, is a high-percision forecasting, and that the verification results are very dependable. Previous studies have indicated that major BOD and NH3-N sources at the upstream area in Han River are irrigation water area in the dry season, and domestic sewage in the wet season; in the downstream area, industrial wastewater are major pollution sources. In accordance with the pollution property in the dry and wet season, this study bring up water withdrawal adjustments, source control, artificial wetland construction, pollution load control and reduction strategies with current sewer measures at the same time to evaluate the results of measures to improve the pollution load.
The QUAL2K simulation results indicate that the water quality has been improved overall in the wet and dry season, but Han River could not meet the Category “C” water quality standards. The simulation results shows that the middle and upper reaches has meet the Category “C” water standards, the highest BOD and NH3-N concentrations in Han River could reduce from 6.09 to 3.49 mg/L and 0.68 to 0.30 mg/L, respectively, when it is only required for the downstream area to proceed pollution control and reduction. After irrigation water returns is treated by constructed wetland treatment, the middle and upper reaches has meet the Category “C” water standards, the highest BOD and NH3-N concentrations could reduce from 5.34 to 3.95 mg/L and 0.41 to 0.16 mg/L, respectively. Projected pollution control and reduction for the downstream area will reduce BOD and NH3-N concentrations, the highest could reduce from 6.62 to 2.99 mg/L and 0.66 to 0.29 mg/L, respectively.
The study concludes that projected sewer system, irrigation water returns and industrial treatment are considered the processing order of priority to improve water quality. After the simulation results of the QUAL2K model in the wet and dry season in Han River, the water quality could be improved significantly, and meet the Category “C” water standards. The results of this study are sufficient reference for the water quality improvement in Han River in the future.

目錄
摘 要 ii
目錄 vii
圖目錄 x
表目錄 xiii
第一章 前言 1
第二章 文獻回顧 3
2-1 研究區域 3
2-1-1 水文資料 3
2-1-2 台中市河川水質現況 5
2-1-3 水質指標與各環境因子相關性分析 8
2-2 水質模式概述 9
2-2-1 模式之發展 10
2-2-2 QUAL2K水質模式 12
2-3 模式架構與理論 15
2-3-1 QUAL2K模式架構 15
2-3-2 QUAL2K 模式理論 18
2-4 流域污染源 25
2-5 污染防治策略 26
第三章 研究方法 32
3-1 模式建立流程 34
3-2 模式參數說明 43
3-3 水質模式的建立 44
3-3-1 河段劃分 44
3-3-2 模式參數建立 51
3-4 水質參數校正 53
3-5 污染負荷削減策略研擬 56
第四章 結果與討論 58
4-1 水質模式驗證 58
4-2 水質現況分析 63
4-3 流域污染削減策略 67
4-3-1 點源污染源控制策略 68
4-3-2 源頭控制策略 72
4-3-3 流量控制策略 74
4-3-4 生活污水污染控制策略 77
4-3-5 農業迴歸水經人工溼地去除污染物 80
4-3-6 旱溪水質污染防治策略研擬 84
第五章 結論與建議 90
5-1 結論 90
5-2 建議 91
參考文獻 92
附錄 96





 
圖目錄
圖2-1 烏溪流域概況圖 4
圖2-2 QUAL2K 水質模式之發展 14
圖2-3 QUAL2K 模式河流劃分概念圖 16
圖2-4 具支流河川水系對應QUAL2K 模式中網格分段示意圖 17
圖2-5 QUAL2K的質量傳輸模式流程圖 17
圖2- 6 理想化梯形渠道示意圖 24
圖2-7 台中市已完成分支管網建設之區域分佈 28
圖3-1 研究流程圖 33
圖3-2旱溪於豐水期集污區位置與各河段劃分圖 49
圖3-3旱溪於枯水期集污區位置與各河段劃分圖 50
圖4-1旱溪於豐水期之DO模擬檢定圖 60
圖4-2 旱溪於豐水期之BOD模擬檢定圖 60
圖4-3 旱溪於豐水期之NH3-N模擬檢定圖 61
圖4-4 旱溪於枯水期之DO模擬檢定圖 61
圖4-5 旱溪於枯水期之BOD模擬檢定圖 62
圖4-6 旱溪於枯水期之NH3-N模擬檢定圖 62
圖4-7 旱溪各測站歷年溶氧量變化趨勢圖 65
圖4-8 旱溪各測站歷年生化需氧量變化趨勢圖 66
圖4-9 旱溪各測站歷年氨氮變化趨勢圖 67
圖4-10 旱溪流域在豐水期各點源污染量削減後BOD變化圖 70
圖4-11 旱溪流域在豐水期各點源污染量削減後NH3-N變化圖 70
圖4-12 旱溪流域在枯水期各點源污染量削減後BOD變化圖 71
圖4-13 旱溪流域在枯水期各點源污染量削減後NH3-N變化圖 71
圖4-14 旱溪流域源頭在豐水期經污染削減後BOD變化圖 72
圖4-15 旱溪流域源頭在豐水期經污染削減後NH3-N變化圖 73
圖4-16 旱溪流域源頭在枯水期經污染削減後BOD變化圖 73
圖4-17 旱溪流域源頭在枯水期經污染削減後NH3-N變化圖 74
圖4-18 旱溪在豐水期流量控制後BOD模擬結果 75
圖4-19 旱溪在豐水期流量控制後NH3-N模擬結果 75
圖4-20 旱溪在枯水期流量控制後BOD模擬結果 76
圖4-21 旱溪在枯水期流量控制後NH3-N模擬結果 76
圖4-22 旱溪在豐水期污染削減後BOD濃度 78
圖4-23 旱溪在豐水期污染削減後NH3-N濃度 79
圖4-24 旱溪在枯水期污染削減後BOD濃度 79
圖4-25 旱溪在枯水期污染削減後NH3-N濃度 80
圖4-26 農業迴歸水在豐水期經人工濕地削減污染量後BOD變化 圖 82
圖4-27農業迴歸水在豐水期經人工濕地削減污染量後NH3-N變化圖 82
圖4-28 農業迴歸水在枯水期經人工濕地削減污染量後BOD變化圖 83
圖4-29 農業迴歸水在枯水期經人工濕地削減污染量後NH3-N變化圖 83
圖4-30 旱溪流域在豐水期經污染削減後BOD變化圖 86
圖4-31 旱溪流域在豐水期經污染削減後NH3-N變化圖 86
圖4-32 旱溪流域在枯水期經污染削減後BOD變化圖 88
圖4-33 旱溪流域在枯水期經污染削減後NH3-N變化圖 89









表目錄
表2-1 保護生活環境相關環境基準 6
表2-2 台灣河川污染程度分類:RPI指數 7
表2-3 旱溪流域水質監測結果 8
表2-4 台灣地區常用水質模式比較表 12
表2-5 QUAL2K 的質量傳輸模式流程代表符號說明表 18
表2-6 流量、流速及水深函數之參數建議值 24
表2-7 台中市污水下水道工程建設(98-102年)普及率 29
表3-1 QUAL2K水質模式所需輸入之參數 37
表3-2一般流達率建議值 40
表3-3各集污區在豐水期之流達率與污染量推估 41
表3-4 各集污區在枯水期之流達率與污染量推估 42
表3-5旱溪流域河段劃分 45
表3-6旱溪流域集污分區在豐水期之流達污染濃度 46
表3-7旱溪流域集污分區在枯水期之流達污染濃度 47
表3-8旱溪QUAL2K水質模式在豐水期之各河段水理參數資料 51
表3-9旱溪QUAL2K水質模式在枯水期之各河段水理參數資料 52
表3-10旱溪各河段於豐水期所使用水質參數值 52
表3-11旱溪各河段於枯水期所使用水質參數值 53
表3-12 MAPE預測能力分級表 …………………...………...…...56
表4-1旱溪豐水期平均絕對百分誤差法(MAPE)推估模式檢定值 59
表4-2 旱溪枯水期平均絕對百分誤差法(MAPE)推估模式檢定值 59
表4-3 旱溪流域各採樣點水質污染程度統計表 64

參考文獻
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