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研究生:林壯沛
研究生(外文):Lin Jaung-pey
論文名稱:坡地種植檳榔對台灣中部山區集水區水文特性影響之研究
論文名稱(外文):Effects of Slopeland Betel Nut Plantations on Hydrologic Characteristics of Watersheds in Central Taiwan
指導教授:江永哲, 鄭皆達
指導教授(外文):Chiang Y.J., Cheng J.D.
學位類別:博士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:水土保持學系
學門:農業科學學門
學類:水土保持學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:194
中文關鍵詞:檳榔集水區水文
外文關鍵詞:betel nutwatershedhydrology
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本研究的目的在探討坡地檳榔園水文循環特性及水土流失量,以及不同比例檳榔園集水區之流況變化。分析蓮華池檳榔園各水文項目,包括降雨、截留、滲透、土壤水份儲蓄及移動,以及檳榔園不同水土保持處理試區之降雨與地表逕流關係。並解析水里溪上游不同比例檳榔園集水區之暴雨流出量及流況變化。
檳榔樹冠疏散,樹冠貯積量為1.09mm,截留蒸發量佔降雨量6.3%,森林佔10~35%,淨雨量比森林大。初植檳榔園有森林土壤的特性,比成齡檳榔園佳,時間增加,孔隙填塞,土壤密實,導水性減低,最終入滲率為8.4cm/hr,不利土壤入滲與水份貯積。蓮華池土壤入滲計觀測,土壤飽和時,土壤滯留保蓄量檳榔區為42.4%、草生區為67.5%、杉木區為61.1%,是基流量的主要來源;儲蓄保留量檳榔區為40.2%,草生區為13.4%及杉木區為32.9%,為植物吸收供蒸發散;地表與地中流出量檳榔區為17.4%,草生區為19.1%及杉木區為6.0%,為暴雨流量的主要成份;顯示檳榔園逕流量比林地大,水源涵養檳榔園比林地差。
蓮華池滲漏計27場降雨之總降雨量為1,674mm,檳榔區逕流量最大,草生地次之,杉木區最小,三者逕流比為10.4:5.8:1,土壤流失量比為10.2:7.2:1,顯示檳榔區的逕流量與土壤流失量大於杉木區。坡地檳榔園不同水土保持試區之降雨逕流分析,總降雨量為368mm,以裸露對照區逕流量為1,百喜草全園覆蓋區、百喜草覆蓋及山邊溝區、雜草覆蓋區、雜草覆蓋及山邊溝區、裸露對照區、杉木造林區等之逕流比為0.4:0.22:0.49:0.3:1:0.16。顯示坡地檳榔園做水土保持,能保護地表,減少地表逕流量50%~66%。
雨季期間(5月~10月),火培坑溪及合坑溪之溪流量大於蛟龍溪,總量多28%及14%。旱季期間(11月~次年4月),火培坑溪及合坑溪之溪流量小於蛟龍溪,總量少25%及3%,暴雨流量為蛟龍溪2.32倍及1.36倍,洪峰流量與基流量比值,火培坑溪與合坑溪比蛟龍溪大。顯示森林能調節流量,檳榔園比率多之集水區流出量會增加。
低水流量發生在11~12月,且低於0.01cms/km2,最大與最低流量比值約50~370,有時會超過400。第95日豐水流量為0.041~0.775cms/km2,火培坑溪>合坑溪>蛟龍溪,第185日平水流量為0.014~0.029cms/km2,第275日低水流量為0.006~0.021cms/km2及第355日枯水流量為0.001~ 0.016cms/km2,均以蛟龍溪>合坑溪>火培坑溪,顯示坡地栽植檳榔面積比率影響集水區的流況。森林集水區畢祿溪11號、12號及本流森林集水區枯水流量較低外,豐水流量、平水流量、低水流量均比蛟龍溪、合坑溪、火培坑溪高,證實森林可以涵蓄水源,但是森林也會消耗一些水源。
The objectives of study were to discuss hydrologic cycle characteristics and soil losses of betel nut plantation, and streamflow variation on upstream watersheds of different betel nut plantation ratios. The major methods were to analysis hydrologic cycle components including rainfall, interception, infiltration, soil moisture storage and movement, and establish the relationship between storm rainfall and surface runoff, and compare streamflow characteristics on Suilichi upstream watersheds of different betel nut plantation ratios.
The canopy storage was 1.09mm for thin canopy of betel nut plantation. Interception as the percentage of total rainfall amount was 6.3% for betel nut plantation and 10~35% for forest land. The net rainfall of betel nut plantation was larger than that of forest land. Soil properties of young betel nut plantation were almost the same as those of forest land, and better than those of old betel nut plantation. Due to decreasing of porosity and hydraulic conductivity, the final infiltration rate of old betel nut plantation was 8.4cm/hr. Betel nut plantation on slopeland was not good for percolation and soil moisture storage. As soil was saturated on Lienhuachi lysimeter plots, betel nut, grass and China fir plots were 42.4%, 67.5% and 61.1% for soil detention storage, and 40.2%, 13.4% and 32.9% for soil retention storage, and 17.4%, 19.1% and 6.0% for surface and subsurface runoff. Therefore, water conservation of betel nut plantation was worse than that of forest land.
Runoff and soil loss data of 27 rainfall events were collected and their total rainfall was 1,674mm at Lienhuachi lysimeter plots. Runoff amount of lysimeter was the largest at betel nut plot, the next at grass plot, and the least at China fir plot. The ratios of runoff and soil loss for these three plots were 10.4:5.8:1 and 10.2:7.2:1, respectively. It showed that runoff and soil losses of betel nut plantation were larger than those of China fir plantation. Based on observation data of different soil conservation treatment plots under 368mm of total rainfall for betel nut plantation, runoff ratios for treatment of bahia cover, hillside ditch and bahia cover, grass cover, hillside ditch and grass cover, and China fir plantation were 0.4, 0.22, 0.49, 0.3, 1, 0.16 respectively. It showed that soil conservation practices could protect soil, and decrease overland flow about 50%~66%.
During rainfall season from May to October, streamflow of Houpeikenchi and Herkenchi streams was larger than that of Jaulongchi stream about 28% and 14%, respectively. During dry season from December to April, streamflow of Houpeikenchi and Herkenchi streams was less than that of Jaulongchi stream about 25% and 3%, respectively. Stormflow of Houpeikenchi and Herkenchi streams was 2.32 and 1.36 times that of Jaulongchi stream. Peak flow and baseflow ratios of Houpeikenchi and Herkenchi streams were larger than those of Jaulongchi stream. It showed that streamflow regulation of watershed was better at forest land than betel nut plantation, and water yield of watershed was much more at betel nut plantation than forest land.
Low flow was usually less than 0.01cms/km2 at these three watersheds from November to December. Maximum and minimum stream flow ratios were about 50~370 and sometimes over 400. Abundant streamflow at the 95th day of year was 0.041~0.054 cms/km2, and its order was as follows: Houpeikenchi stream > Herkenchi stream > Jaulongchi stream. Average streamflow at the 185th day of year was 0.014~0.029cms/km2, and low streamflow at the 275th day of year was 0.006~0.021cms/km2, and dried streamflow at the 355th day was 0.001~0.016cms/km2 and their orders were as follows: Jaulongchi stream > Houpeikenchi stream > Herkenchi stream. It showed that the ratio of planting betel nut would affect streamflow characteristics of watersheds. Pilu No.11, No.12 and main stream forest watersheds had less dried streamflow and more abundant, average and low streamflow than Houpeikenchi, Herkenchi and Jaulongchi watersheds. It showed that forest could regulate water resources but also consume water yield.
中文摘要……………………………………………………i
英文摘要…………………………………………………iii
目 錄…………………………………………………vii
圖 目 錄…………………………………………………xi
表 目 錄…………………………………………………xiv
第一章 導論…………………………………………1
1.1 前 言…………………………………………………1
1.2 研究動機………………………………………………2
1.3 研究目的………………………………………………3
1.4 研究構想………………………………………………4
第二章 文獻回顧……………………………………6
2.1 森林水源涵養…………………………………………6
2.1.1 水量收穫…………………………………………7
2.1.2 洪峰流量與低水流量…………………………14
2.1.3 豐水時期與枯水時期的流量分配……………15
2.1.4 水質……………………………………………16
2.2 檳榔相關之水文及水土保持研究…………………17
2.2.1 檳榔樹冠截留量與植物特性…………………17
2.2.2 檳榔園入滲特性………………………………18
2.2.3 土壤沖蝕………………………………………19
第三章 研究方法…………………………………22
3.1 森林地區的水循環模式……………………………23
3.1.1 截留……………………………………………24
3.1.2 蒸發散…………………………………………27
3.1.3 滲透能…………………………………………28
3.1.4 土壤水份儲蓄及移動…………………………29
3.1.5 地下水…………………………………………30
3.2 檳榔園水循環過程與各項水文因子分析…………33
3.2.1 檳榔園覆蓋率、生物量與截留量分析…………34
3.2.2 檳榔園穿落量與幹流量分析…………………35
3.2.3 檳榔園滲透能測定……………………………36
3.2.4 檳榔園土壤貯水能計算………………………37
3.2.5 檳榔園的土壤水儲蓄移動與滲漏水觀測……41
3.2.6 坡地檳榔園之降雨逕流觀測…………………41
3.2.7 坡地檳榔園之降雨沖蝕觀測…………………42
3.3 不同比例檳榔園集水區之溪流量特性分析………43
3.3.1 研究地區特性說明……………………………43
3.3.2 流量站設置與率定……………………………50
3.3.3 集水區水平衡分析……………………………58
3.3.4 雨季與旱季之溪流量分析……………………59
3.3.5 暴雨與暴雨流量分析…………………………60
3.3.6 洪峰流量與基流量分析………………………61
3.3.7 低水流量與流況解析…………………………61
第四章 結果與討論…………………………………63
4.1 森林地區的水循環模式………………………63
4.1.1 森林生態系之截留蒸發散……………………63
4.1.2 森林之蒸散作用………………………………66
4.1.3 未擾動林地的高滲透能及缺少漫地流………67
4.1.4 森林土壤水儲蓄移動與滲漏特性……………72
4.1.5 森林理水功能研判……………………………77
4.2 坡地檳榔園水循環過程及各項目特性分析………79
4.2.1 檳榔園覆蓋率、生物量與截留量………………79
4.2.2 檳榔園之截留量………………………………81
4.2.3 檳榔園的滲透能………………………………88
4.2.4 檳榔園的土壤貯水能…………………………90
4.2.5 檳榔園的土壤水儲蓄移動與滲漏特性………95
4.2.6 坡地檳榔園之降雨逕流特性…………………98
4.2.7 坡地檳榔園之降雨沖蝕特性…………………113
4.3 不同檳榔園比率集水區之溪流量特性……………117
4.3.1 集水區水平衡分析……………………………119
4.3.2 雨季與旱季之溪流量特性……………………123
4.3.3 暴雨與暴雨流出量特性………………………135
4.3.4 洪峰流量與基流量特性………………………147
4.3.5 低水流量與流況特性…………………………149
第五章 研究成果在集水區土地利用與保育之應用探討及展望……………………165
5.1 研究成果……………………………………………165
5.2 應用…………………………………………………173
5.3 未來展望……………………………………………178
第六章 結論與建議……………………………181
6.1 結論…………………………………………………182
6.2 建議…………………………………………………184
引用文獻………………………………………………187
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