(3.235.191.87) 您好!臺灣時間:2021/05/13 04:17
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:劉柏廷
研究生(外文):Po-Ting Liu
論文名稱:牡丹水庫集水區非點源污染模擬及風險分析
指導教授:郭振泰郭振泰引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:土木工程學研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:101
中文關鍵詞:水質非點源污染風險分析
外文關鍵詞:BASINSWater Qualitynon-point sources
相關次數:
  • 被引用被引用:8
  • 點閱點閱:241
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
牡丹水庫位於四重溪上游,水庫係集取四重溪上游之支流-汝仍溪與牡丹溪流域之水量而成,有效容量3056萬立方公尺,集水區面積69.2平方公里。由88、89年水質採樣監測,比較兩年水質變化趨勢,Carlson’s TSI值平均50上下,顯示水庫有優養化的趨勢,所以如何有效控制河川水量及水質進入水庫,集水區保育及管理是當前重要之課題。
本文採用美國環保署發展的BASINS模式中之非點源污染模式NPSM進行集水區非點源污染及傳輸量模擬。首先模擬民國89∼92年之水文,以89、90年資料檢定,並以相同參數驗證91、92年流量,證實模擬結果良好,確認其可靠性及適用性,再將暴雨採樣資料及年淤積量檢定驗證泥沙濃度,並以暴雨水質資料模擬水質狀態後,推估全年集水區污染物產量做為提供集水區治理規劃之參考。進一步利用均值一階二矩法及Latin Hypercube Sampling取樣法找出影響模式之關鍵參數,探討水質參數對模式輸出之不確定性,並採用均值一階二矩法、Latin Hypercube Sampling取樣法及Harr’s點估計法分析河川水質濃度之風險。
結果顯示,NPAM模式能有效模擬長時間的集水區水理水質傳輸變化。牡丹水庫集水區全年污染負荷量,總氮之非點源污染負荷量約為89595kg/yr,總磷約為2526kg/yr,單位面積之負荷量總氮約為12.95kg/ha/yr,總磷約為0.36 kg/ha/yr。
Mu-dan Reservoir was located in the Pingtung and converged by Mu-dan River and Ru-Reng River, the branch of Si-Chong River. Its drainage area is 69.2 square kilometer, and its effective capacity is 30,560,000 cubic meters. Compared with the changing trend of 1999 and 2000 by the sampling of water quality, the Carlson’s TSI values are about 50. It shows that the water of Mu-dan Reservoir is in the trend of eutrophication. Therefore, how to efficiently control the quantity and quality of water infusing into Mu-dan Reservoir and the preservation and administration of drainage area are important issues (to protect watershed ecology).
NPSM, one of BASINS model developed by U.S. Environmental Protection Agency(EPA), is adopted in the study to simulate the transferred quantity of the river and non-point source of the drainage area. The discharge was calibrated with the data in 2000 and 2001, and verified with the data in 2002 and 2003, for confirming the model can be used in this study. Suspended solids and water quality was simulated with the sampling data of storm, then the total pollutant loading of the drainage area could be estimated for watershed managemenr. Latin Hypercube sampling(LHS) and the mean first-order reliability method are applied to determine the parameters significantly affecting uncertainty in the simulated water quality concentrations and analyze the risk of water quality concentrations.
The result shows that NPSM can efficiently simulate the change of the chronic water quality in drainage area. Annual non-point loading of total nitrogen was about 89595kg/yr, total phosphorus was about 2526kg/yr. The total nitrogen per hectare was about 12.95kg/ha/yr, and the total phosphorus per hectare was about 0.36 kg/ha/yr.
第一章 緒論 1
1-1 研究目的 1
1-2 研究方法及步驟 1
1-3 章節介紹 2
第二章 文獻回顧 4
2-1 非點源污染之研究 4
2-2 GIS與模式之結合 5
2-3 不確定性分析之歷年研究 7
第三章 模式介紹 9
3-1 BASINS模式介紹 9
3-2 NPSM非點源污染模式 11
3-2-1 PERLND透水區模組 12
3-2-2 RCHRES河道模組 21
第四章 模式應用 26
4-1 研究區域介紹 26
4-1-1 地理位置 26
4-1-2 集水區土地利用 27
4-1-3 水文與氣象 27
4-2 模式應用 27
4-2-1 資料處理 28
4-2-2 水文模擬 28
4-2-3 懸浮固體物模擬 30
4-2-4 水質模擬 31
第五章 風險分析 34
5-1 風險分析理論 34
5-2 不確定性分析之方法 35
5-2-1 均值一階二矩法(MFOSM) 36
5-2-2 拉丁超立方取樣法(LHS) 37
5-2-3 哈爾點估計法(Harr’s PEM) 38
5-3 資料分析 39
5-4 不確定性分析 40
5-4-1 均值一階二矩法(MFOSM) 40
5-4-2 拉丁超立方取樣法(LHS) 41
5-5 風險分析 42
5-5-1 均值一階二矩法(MFOSM) 42
5-5-2 拉丁超立方取樣法(LHS) 42
5-5-3 哈爾點估計法(Harr’s PEM) 42
5-6 結果分析 43
5-6-1 不確定分析 43
5-6-2 風險分析 43
第六章 結論與建議 44
6-1 結論 44
6-2 建議 45
參考文獻 47



表目錄
表2.1 非點源污染模式比較表 55
表2.2 不確定分析方法比較表 56
表4.1 牡丹水庫集水區各土地利用型現況統計表 57
表4.2 NPSM天氣資料格式說明 58
表4.3 各模組所需之天氣資料 58
表4.4 RF1所需格式 59
表4.5 欲模擬的程度所應使用之單元(PERLND) 60
表4.6 欲模擬的程度所應使用之單元(REACHS) 61
表4.7 PWATER透水區水文參數表 62
表4.8 HYDR河道水文參數表 63
表4.9 牡丹水庫年流量比較表 63
表4.10 第八集水區之土地利用比例 63
表4.12 SEDTRN模組水文參數表 63
表4.11 SEDMNT模組水文參數表 64
表4.13 牡丹水庫年懸浮固體量 64
表4.14 PQUAL透水區氨氮水質參數表 65
表4.15 GQUAL河道氨氮參數表 65
表4.16 PQUAL透水區硝酸氮水質參數表 66
表4.17 GQUAL河道硝酸氮參數表 66
表4.18 PQUAL透水區總磷水質參數表 67
表4.19 GQUAL河道總磷參數表 67
表4.20 牡丹水庫與曾文水庫非點源污染負荷量推估數值比較表 68
表4.21 國內林地單位污染負荷量調查數據 68
表5.1 水文及懸浮固體參數之統計值 69
表5.2 水質參數之統計值 70
表5-3 氨氮之關鍵參數表 71
表5-4 硝酸氮之關鍵參數表 71
表5-5 總磷之關鍵參數表 71
表5-6 影響氨氮之關鍵參數比較表 72
表5-7 影響硝酸氮之關鍵參數比較表 73
表5-8 影響總磷之關鍵參數比較表 74

圖目錄
圖1.1 研究流程圖 75
圖3.1 BASINS系統模擬流程圖 76
圖3.2 水文循環過程圖 76
圖3.3 PWATER模擬降雨逕流過程圖 77
圖3.4 SEDMNT模擬泥砂運移過程圖 78
圖3.5 PQUAL模擬水質運行過程圖 79
圖3.6 HYDR水文河道演算流程圖 80
圖3.7 SEDTRN輸砂河道演算流程圖 80
圖3.8 GQUAL水質河道演算流程圖 81
圖4.1 牡丹水庫集水區行政區域圖 82
圖4.2 牡丹水庫集水區山系概況圖 83
圖4.3 牡丹水庫集水區土地利用型態圖 84
圖4.4 恆春站歷年氣溫月平均統計圖 84
圖4.5 牡丹水庫集水區分割圖 85
圖4.6 89-90年牡丹水庫入流量檢定圖 86
圖4.7 91-92年牡丹水庫入流量檢定圖 86
圖4.8 92年6月7日暴雨SS檢定圖 87
圖4.9 92年6月20日暴雨SS檢定圖 87
圖4.10 92年11月1日暴雨SS檢定圖 88
圖4.11 92年8月3日暴雨SS驗證圖 88
圖4.12 92年9月1日暴雨SS驗證圖 89
圖4.13 89~92年SS每日平均濃度圖 89
圖4.14 92年6月7日暴雨氨氮檢定圖 90
圖4.15 92年6月20日暴雨氨氮檢定圖 90
圖4.16 92年11月1日暴雨氨氮檢定圖 91
圖4.17 92年8月3日暴雨氨氮驗證圖 91
圖4.18 92年9月1日暴雨氨氮驗證圖 92
圖4.19 92年6月7日暴雨硝酸氮檢定圖 92
圖4.20 92年6月20日暴雨硝酸氮檢定圖 93
圖4.21 92年11月1日暴雨硝酸氮檢定圖 93
圖4.22 92年8月3日暴雨硝酸氮驗證圖 94
圖4.23 92年9月1日暴雨硝酸氮驗證圖 94
圖4.24 92年6月7日暴雨總磷檢定圖 95
圖4.25 92年6月20日暴雨總磷檢定圖 95
圖4.26 92年11月1日暴雨總磷檢定圖 96
圖4.27 92年8月3日暴雨總磷驗證圖 96
圖4.28 92年9月1日暴雨總磷驗證圖 97
圖4.29 89-92年氨氮負荷量圖 97
圖4.30 89-92年硝酸氮負荷量圖 98
圖4.31 89-92年總磷負荷量圖 98
圖5.1 Latin Hypercube Sampling 99
圖5.2 Latin Hypercube Sampling取樣方法說明圖 99
圖5.3 雙變數在標準空間之哈爾點估算法 100
圖5.4 氨氮濃度與超越機率圖 100
圖5.5 硝酸氮濃度與超越機率圖 101
圖5.6 總磷濃度與超越機率圖 101
1.Adamus C. L. and Bergman M. J., “Estimating Nonpoint Source Pollution Loads With GIS Screening Model”, Water Resources Bulletin, 1995.
2.Adema J. E., Application of the BASINS Model to Examine the Impacts of Urbanization on Watershed Hydrology, A Thesis Presented to the Faculty of the School of Engineering and Applied Science, University of Virginia, 1999.
3.Beck, M. “Water Quality Modeling: A Review of the Analysis of Uncertainty”, Water Resources Research, Vol. 23, No.8, pp.1939-1942, 1987.
4.Bicknell B. R., Imhoff J. C., Kittle J. L., Jr., Donigian A. S., Jr. and Johanson R. C., Hydrological Simulation Portranrogram F(HSPF)– User''s Manual for Version 11, U.S. EPA, National Exposure Research Laboratory Office of Research and Development, EPA/600/R-97/080, 1996.
5.Burges, S. J. and D. P. Lettenmaier, “Probabilistic methods in stream quality management”, Water Resources Bulletin, Vol.11, No.1,pp.115-130, 1975.
6.Donigian, A.S., Jr. and H.H. Davis, Jr. 1978. User''s Manual for Agricultural Runoff Management (ARM) Model, U.S. Environmental Protection Agency, EPA- 600/3-78-080.
7.Donigian, A.S. Jr., Baker, D.A. Haith and M.F. Walter. 1983. HSPF Parameter Adjustments to Evaluate the Effects of Agricultural Best Management Practices, EPA Contract No.68-03-2895, U.S. EPA Environmental Research Laboratory, Athens, GA, (PB-83-247171).
8.Gwo J. P., L. E. Toran, M. D. Morris, and G. V. Wilson, “Subsurface Stromflow Modeling with Sensitivity Analysis Using a Latin-Hypercube Sampling Technique,” Ground Water, Vol. 34,No.5, pp.811-818, 1996.
9.Harr, M. E., Reliability-Based Design in Civil Engineering, McGraw-Hill Book Company, New York, 1987.
10.Harr, M. E., “Probabilities Estimates For Multivariate Analyses”, Applied Mathematical Modeing, Vol. 13, pp.313-318, 1989.
11.Haubner, S. M., and Joeres, E. F., “Using a GIS for Estimating Input Parameters in Urban Stormwater Quality Modeling”, Water Resources Bulletin, 1996.
12.Iman, R. L. and J. C. Helton, “A comparison of uncertainty and sensitivity analysis technique for computer models.” Report NUREGICR-3904, SAND 84-1461, Sandia National Laboratories, Albuquerque, New Mexico, 1985.
13.Kuo, J. T. and J. H. Wu, “A Nutrient Model for a Lake with Time-Variable Volumes,” Water Science and Technology, Vol.24, No.6, pp.133-139,1991.
14.Lahlou M., Shoemaker L., Choudhury S., Elmer R., Hu A., Manguerra H. and Parker A., Better Assessment Science Integrating Point and Nonpoint Source(BASINS):User’s Mannual for Version 2.0, U.S. EPA, Office of Water, EPA-823-B-98-006, 1998.
15.Lahlou M., Shoemaker L., Choudhury S., Elmer R., Hu A., Manguerra H. and Parker A., BASINS Technical Note 1-6:User’s Mannual for Version 2.0, U.S. EPA, Office of Water, EPA-823-R-99-006, 1999.
16.Lahkim, B. M. and L. A. Garcia, “Stochatic modeling of exposure and risk in a contaminated heterogeneous aquifer. 2: Application of Latin Hypercube Sampling.” Environmental Engineering Science, Vol. 16, No. 5, pp. 329-342, 1992.
17.Mckay, M. D., R. J. Beckman, and W. J. Conover, “A Comparison of Three Methods for Selecting Values of input Variables in the Analysis of Output from a Computer Code.” Technometrics, Vol. 21, No. 2, pp. 239-245, 1979.
18.Mckey, M. D., “Sensitivity and uncertainty analysis using a statistical sample of input values. “Uncertainty Analysis, Y. Ronen, ed., CRC Press, Inc., Boca Raton, Fla., pp. 145-186, 1988.
19.Melching, C. S. and Sharath Anmangandla, “Improved First-Order Uncertainty Method for Water-Quality Modeling”, Journal of Environmental Engineering, Vol. 118, No. 5, pp. 791-805, 1992.
20.Melching, C. S., “Computer Moedls of Watershed Hydrology”, Reliability Estimation, Singh V. P., ed., Littleton, Colorado, Water Resources Publication, pp. 69-118, 1995.
21.Melching, C. S. and Yonn, C.G., “Key Sources of Uncertainty in QUAL2E Model of Passaic River,” Journal of Water Resources Planning and Management, ASCE, Vol. 122, No. 2 , pp. 105-113, 1996.
22.Melching, C. S. and Bauwens W., “Uncertainty in Coupled Nonpoint Source and Stream Water-Quality Models”, Journal of Water Resources Planning and Management, Vol. 127, No. 6, pp.403-411, 2001.
23.Melching, C. S. and Manache G., Sensitivity Analysis of a Water-Quality Model Using Latin Hypercube Sampling, Journal of Water Resources Planning and Management, Vol. 130, No. 3, pp. 232-242, 2004.
24.Pionke, H. B., Gburek, W. J., Sharpley, A. N. and Schabel, R. R., “Flow and Nutrient Export Patterns for an Agricultural Hill-Land Watershed”, Water Resources Research, 1996.
25.Robinson, K. J. and Ragan R. M., “Geographic Information System Based Nonpoint Pollution Modeling”, Water Resources Bulletin, 1993.
26.Rosenblueth, E., “Point Estimates for Probability Memonts,” Porceedings, National Academy of Science, pp.3812-3814, Washington, D. C., 1975.
27.Rosenblueth, E., “Two Point Estimates in Probabilities,” Applied Mathematical, Vol. 5,pp. 309-335, 1981.
28.Saget, A., Chebbo, G. and Bertland, J. L., “The First Flush in Sewer Systems”, Water Science and Technology, 1996.
29.Tsihrintzis, V. A., Fuentes, H. R. and Gadipudi, R. K., “Modeling Prevention Alternatives for Nonpoint Source Pollution at a Well-field in Florida”, Water Resources Bulletin, 1996.
30.Thomann, R. V. and J. A. Muller, Principles of Surface Water Quality Modeling and Control, Happer & Row, Publishers,New York., 1987.
31.Yen B. C. and Tung Y. K., Relibility and Uncertainty Analyses in Hydraulic Design, ASCE, 1993.
32.Yen, B. C. and Y. K. Tung, “Uncertainty and Sensitivity Analyses of Pit-Migration Model”, Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 119, No.2, pp.262-283, 1993.
33.Yoon J., “Watershed-Scale Nonpoint Source Pollution Modeling and Decision Support System Based on A Model-GIS-RDBMS Linkage”, GIS and Water Resources, 1996.
34.王智益,「BASINS及CE-QUAL-RIV1應用於非點源污染傳輸設計流量之研究」,碩士論文,國立台灣大學土木研究所,民國89年。
35.李鴻源、高正忠、郭振泰、許銘熙、楊錦川,「水質保護綱要計畫-非點源污染防治計畫研究」,行政院環境保護署研究報告,民國81年。
36.李建忠,「HSPF模式應用於瑪家水庫優養潛勢分析之研究」,碩士論文,國立成功大學水利及海洋工程研究所,民國85年。
37.李珮璇,「暴雨初期沖刷對水源水質衝擊之評估」,碩士論文,國立台北科技大學環境規劃與管理研究所,民國91年。
38.杜蕙莘,「非點源污染模型結合地理資訊系統應用於水質管理上之研究」,碩士論文,國立中興大學法商學院資源管理研究所,民國86年。
39.林鈺,「水質模擬之不確定性分析」,碩士論文,國立台灣大學土木工程研究所,民國85年。
40.林雍富,「應用BASINS模式於非點源污染傳輸之模擬—以霧社水庫為例」,碩士論文,國立台灣大學土木工程研究所,民國91年。
41.洪轟誌,「非點源污染模式參數不確定性分析」,碩士論文,國立交通大學環境工程研究所,民國82年。
42.唐太山,「曾文水庫二維水理水質之模擬與風險分析」,碩士論文,國立台灣大學土木研究所,民國90年。
43.康晉展,「新店溪水質模擬及不確定性分析」,碩士論文,國立台灣大學土木工程研究所,民國85年。
44.張哲豪,「考涼非常態分佈資訊於水利系統不確定分析之研究」,博士論文,國立交通大學土木工程研究所,民國83年。
45.逢甲大學地理資訊系統研究中心,「台灣地區重要水庫集水區水資源資料庫建至及保育計劃」,經濟部水資源局,民國89年。
46.郭振泰等,「鳳山水庫優養之探討與模擬(一)、(二)」,省環保處及環保署委託,台大土木工程研究所執行,民國78年。
47.郭東晃,「非點源污染對河川水質之影響研究」,碩士論文,國立交通大學土木工程研究所,民國82年。
48.郭明杰,「非點源污染模式水文模擬之探討」,碩士論文,國立台灣大學土木工程研究所,民國83年。
49.郭耀程,「基隆河鹽分分佈之風險分析」,碩士論文,國立台灣大學土木工程研究所,民國83年。
50.郭振泰、龍梧生等,「翡翠水庫水質模擬與應用(一)、(二)、(三)」,台北翡翠管理局委託,國立台灣大學土木工程研究所執行,民國87、88、89年。
51.郭振泰等,「台灣地區水庫入流泥沙、水質觀測方法及水壩安全評估風險分析(一)、(二)、(三)」,經濟部水資源局委託,台大水工試驗所、美國匹茲堡大學、伊利諾大學執行,民國87、88、89年。
52.郭振泰等,「牡丹水庫水質調查及改善計畫」,南區水資源局委託,新環境基金會執行,民國92年。
53.陳昶憲等,「山坡地集水區頻率洪流推估—以台北市郊內雙溪為例」,中華水土保持學報,第28卷,第2期,pp.178-483,民國86年。
54.陳信彰,「分佈型降雨-逕流模式之不確定性與敏感度分析」,碩士論文,國立成功大學水利及海洋工程研究所,民國86年。
55.陳美心,「土地利用變遷對水源涵養效益之影響-以大埔水庫集水區為例」,碩士論文,逢甲大學土地管理研究所,民國88年。
56.陳孟威,「類神經網路應用於石門水庫集水區暴雨產砂量推估之研究」,碩士論文,國立台灣大學土木工程研究所,民國91年。
57.陳鴻傑,「曾文水庫集水區污染物傳輸及水庫水質模擬」,碩士論文,國立台灣大學土木研究所,民國92年。
58.黃志華,「急水溪水質模擬與風險分析」,碩士論文,國立台灣大學土木工程研究所,民國86年。
59.黃鈺真,「HSPF模式應用於曾文水庫集水區非點源污染負荷之推估」,國立成功大學環境工程學系碩士論文,民國90年。
60.楊德良、林國峰、王如意、郭振泰、顏清連,「德基水庫集水區治理規劃研究報告第三冊-逕流、沖蝕及泥砂運移模式操作手冊」,台灣大學水工試驗所研究報告,民國79年。
61.溫清光、郭振泰等,「曾文水庫水質調查及改善計畫」,南區水資源局委託,成大研究發展基金會執行,民國89年。
62.萬象,「台灣地區水庫管理資訊系統建立(二) 」,經濟部水資源局,民國87年。
63.葉宗育,「水庫懸浮固體濃度即時監測暨集水區水質模式NPSM應用於翡翠水庫」,台灣大學環工研究所碩士論文,民國90年。
64.趙美英,「德基水庫二維水理水質之模擬與風險分析」,碩士論文,國立台灣大學土木研究所,民國90年。
65.蔡長泰、沈學汶、王文江,「台灣河川沉滓輸運之分析」,台北市經濟部水資源統一規劃委員會委託,國立成功大學水利及海洋工程學系執行,民國80年。
66.謝斌暉,「暴雨期間河川水質模式設計流量之研究」,碩士論文,國立台灣大學土木工程研究所,民國88年。
67.顏本琦,徐享崑,郭振泰,「水資源風險與可靠度分析簡介」,台灣水利季刊,第40卷,第4期,民國81年。
68.魏敏裕,「集水區非點源污染之水質模擬運用AGNPS與GIS」,碩士論文,國立台灣大學農業工程研究所,民國82年。
69.羅浩文,「翡翠水庫二維水質模擬與風險分析」,碩士論文,國立台灣大學土木工程研究所,民國88年。
70.鐘文祥,「基隆河之水質模擬與風險分析」,碩士論文,國立台灣大學土木工程研究所,民國84年。
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
無相關期刊
 
系統版面圖檔 系統版面圖檔