臺灣博碩士論文加值系統

國內各水庫為了解決水庫淤積問題，紛紛進行水庫集水區治理，結果卻發現水庫淤積問題仍然相當嚴重，主要是無法確定各集水區的主要輸砂來源。沖積物預算可顯示流域內物質的侵蝕、沖積物的流出及沖積物貯存改變等之間關係的方法，進而瞭解集水區內輸砂量的主要來源。率定曲線分析法，可以用來計算集水區出水口的輸砂量。本研究以石門水庫內高義、霞雲兩測站為例，利用上述兩種方法，以分析影響輸砂量的可能因子及來源，作為未來集水區整治工程的參考。
本研究利用經濟部水利署水文年報中所收集的高義、霞雲兩測站的日流量及日輸砂量資料，進行率定曲線的推定，計算出高義、霞雲兩測站於1965∼2002年間的歷年輸砂量。首先分析高義、霞雲兩測站歷年輸砂量的變化趨勢及可能影響其變化的因子。另外，建立榮華壩建壩前，高義與霞雲兩測站歷年輸砂量的關係模式，然後以此關係模式推估若未建榮華壩時則霞雲測站應有的輸砂量，之後與霞雲測站實際量測的輸砂量比較差值，最後再與榮華壩所攔截的淤積量比較，進行沖積物預算之分析。
研究結果顯示高義、霞雲兩測站歷年輸砂量呈現高低變化逐年遞減，其主要影響因子為颱風及其造成的高流量。而石門水庫集水區的治理，尤其是攔砂壩的興建，的確也發揮其功能而使年輸砂量減少。還有，集水區內的崩塌地面積及土地利用中的果園面積的增加，應該會造成下游輸砂量隨之增加，不過實際上下游的輸砂量卻是逐年減少，顯示增加的輸砂量可能貯存在集水區內。
沖積物預算分析顯示在1983年榮華壩建壩前，下游霞雲測站的輸砂量是比上游高義測站扣除攔砂壩的輸砂量為多，因此可推論在高義、霞雲兩測站之間集水區內的坡地、河道兩岸、河道本身所產生的輸砂量及河谷中貯存的輸砂量有被搬運到霞雲測站的現象。而在榮華壩建壩後，可能是因為集水區治理的關係而造成輸砂量下降，也可能是因為高義、霞雲兩測站之間集水區內的坡地、河道兩岸及河道本身所產生的輸砂量有暫時貯存在兩測站之間的河段內，才會使得榮華壩建壩後霞雲測站的輸砂量有相對減少的現象。不過，實際的狀況仍需要後續的研究及進行實際的量測才能加以確定。

關鍵詞：輸砂量、率定曲線、沖積物預算、石門水庫

In order to solve the problem of excessive sediment accumulation in reservoirs in the country, officials have implemented numerous reservoir management plans. The results still show the situation of sediment accumulation under the reservoirs is still very severe. Sediment budget shows the correlation between the erosion of the materials, the flow of sediment, and the change in the storage of the sediment, and can help us to understand the sources of sediment. Meanwhile, rating curve can be used to measure the suspended load of the drainage basin outlet. This research would use the above two methods in the area of both Kao-Yi and Hsia-Yun hope to understand the affective potential factors and sources of sediment yield, thus provide a reference for future reservoir management projects.
Using the Hydrological Year Book of Taiwan form 1965 to 2002 published by Water Resources Agency, Ministry of Economic Affairs, it shows the daily discharge and suspended load from 2 stations, Kao-Yi and Hsia-Yun. Use SPSS statistics software to decide the most appropriate rating curve, and then researchers can calculate annual sediment yield of both Kao-Yi and Hsia-Yun stations. First, by using statistic methods such as correlation analysis, regression analysis, and box-and-whisker plot from ANOVA analysis, one can analyze the chronological sediment yield and its possible causes. In addition, establish the annual sediment yield relationship of Kao-Yi and Hsia-Yun before the construction of Jung-Hua Dam, and then use this relationship to presume Hsia-Yun original annual sediment if Jung-Hua Dam was not built. Finally, we can compare Hsia-Yun annual sediment yield from original and post- construction of Jung-Hua Dam, and see the differences, then compare it to real measure annual sediment yield found in Jung-Hua Dam, we then can do a further analysis on sediment budget.
Analysis found that typhoons and peak discharge triggered by it are the main factors that cause the change in Kao-Yi and Hsia-Yun annual sediment yield, and management plans for the Shih-Men Reservoir drainage basin, especially the constructions of check dam, have effectively reduced the annual sediment yield. By the way, the increases areas of landslide and landuse of orchard around the research area shall increase downstream sediment yields, but actually is decreasing year by year, show that the increases of sediment yields still remain in the research area.
Analysis of sediment budget show before the construction of Jung-Hua Dam 1983, downstream sediment yields of Hsia-Yun are more than upstream sediment yields of Kao-Yi subtract check dam, then we can assume sediment yields produced by the slope, channel bank, channel itself and the valley storage in the drainage basin between Kao-Yi and Hsia-Yun were delivered to Hsia-Yun station. The decades after the construction of Jung-Hua Dam, maybe the management plans for the Shih-Men Reservoir drainage basin, or sediment yield produced by the slope, channel bank and channel itself may temporally remain in the drainage basin channel between Kao-Yi and Hsia-Yun, so sediment yields of Hsia-Yun are relatively decrease before the construction of Jung-Hua Dam. But the actually condition still need further research and measure.

Keywords: sediment yield、rating curve、sediment budget、
Shih-Men Reservoir

目錄
目錄 …………………………………………………………… i
圖目錄 …………………………………………………………… ii
表目錄 …………………………………………………………… iii
中文摘要 …………………………………………………………… v
英文摘要 …………………………………………………………… vii
第一章 緒論 ……………………………………………………… 1
第二章 文獻回顧 ………………………………………………… 4
第一節 影響集水區輸砂的主要因子 ……………………………… 4
第二節 集水區之輸砂來源 ………………………………………… 15
第三節 集水區輸砂的收支平衡 …………………………………… 20
第三章 研究方法 ………………………………………………… 24
第一節 研究區概述 ………………………………………………… 24
第二節 研究流程 ………………………………………………… 33
第三節 資料來源及分析 ………………………………………… 34
第四章 結果與討論 …………………………………………… 37
第一節 回歸模式的建立 …………………………………………… 37
第二節 高義測站歷年輸砂量變化及影響因子分析 ……………… 43
第三節 霞雲測站歷年輸砂量變化及影響因子分析 ……………… 51
第四節 兩測站輸砂量變化之收支分析 ………………………… 61
第五章 結論 ……………………………………………………… 71
引用文獻 ………………………………………………………… 73



圖目錄
圖2.1 輸砂量和有效降雨的關係 ……………………………… 5
圖2.2 不同區域間沖積物輸砂率與集水區面積之關係…………… 7
圖2.3 集水區輸砂量和起伏度之關係 ……………………… 8
圖2.4 岩石入滲能力和輸砂量的關係 ……………………… 9
圖3.1 本研究區位置圖 …………………………………… 24
圖3.2 研究區地形水系略圖 ……………………………… 25
圖3.3 研究區地質略圖 ………………………………… 26
圖3.4 研究區土壤分類略圖 ……………………………… 27
圖3.5 研究區內攔砂壩位置圖 ……………………………… 32
圖3.6 研究區流程圖 ………………………………………… 33
圖3.7 盒形圖圖解 ………………………………………… 36
圖4.1 利用率定曲線推估的高義測站歷年輸砂量 ……………… 40
圖4.2 利用率定曲線推估的霞雲測站歷年輸砂量 ……………… 40
圖4.3 高義測站歷年的年輸砂量與年流量變化 ………………… 43
圖4.4 颱風有無與高義測站輸砂量的分析 …………………… 46
圖4.5 颱風數量與高義測站輸砂量的關係 ………………… 47
圖4.6 高義測站歷年輸砂量與上游集水區崩塌地面積變化 …… 48
圖4.7 高義測站歷年輸砂量與上游集水區各類型土地利用面積變化 50
圖4.8 霞雲測站歷年的年輸砂量與年流量變化 ……………… 51
圖4.9 榮華壩建壩前後霞雲測站輸砂量變化 ………………… 54
圖4.10 颱風有無與霞雲測站輸砂量的分析 …………………… 56
圖4.11 颱風數量與霞雲測站輸砂量的關係 …………………… 57
圖4.12 霞雲測站歷年輸砂量與上游集水區崩塌地面積變化 ……… 58
圖4.13 霞雲測站歷年輸砂量與上游集水區各類型土地利用面積變化 60
圖4.14 高義、霞雲兩測站歷年的輸砂量變化 …………………… 61
圖4.15 高義測站年輸砂量與颱風造成的輸砂量比較 …………… 64
圖4.16 霞雲測站年輸砂量與颱風造成的輸砂量比較 …………… 64


表目錄
表2.1 各種不同土地利用狀況下之輸砂量 …………………… 11
表3.1 本研究集水區土地利用分類表（1998年） ……………… 29
表3.2 本研究集水區土地利用類型面積表 …………………… 30
表4.1 高義測站輸砂量各種回歸模式相關檢定值 …………… 37
表4.2 霞雲測站輸砂量各種回歸模式相關檢定值 …………… 37
表4.3 高義測站歷年輸砂量冪次回歸模式的a、b係數、R2值及F
值顯著性 ………………………………………………… 38
表4.4 霞雲測站歷年輸砂量冪次回歸模式的a、b係數、R2值及F
值顯著性 ………………………………………………… 39
表4.5 高義測站輸砂量推估霞雲測站輸砂量各種回歸模式的
決定係數R2、調整後的決定係數R2、F檢定、T檢定
值及是否達到顯著性 ……………………………………… 41
表4.6 高義測站歷年年輸砂量與年降雨量相關分析 ……………… 44
表4.7 高義測站歷年年輸砂量與年流量相關分析 …………… 45
表4.8 高義測站歷年年輸砂量與年最大尖峰流量相關分析 …… 45
表4.9 高義測站以上集水區不同年份崩塌地面積變化統計 …… 48
表4.10 高義測站以上集水區不同年份土地利用變遷面積統計 … 49
表4.11 霞雲測站歷年年輸砂量與年降雨量相關分析 …………… 53
表4.12 榮華壩建壩前霞雲測站歷年年輸砂量與年降雨量相關分析 53
表4.13 榮華壩建壩後霞雲測站歷年年輸砂量與年降雨量相關分析 53
表4.14 霞雲測站歷年年輸砂量與年流量相關分析 ………………… 54
表4.15 霞雲測站歷年年輸砂量與年最大尖峰流量相關分析 ……… 55
表4.16 霞雲測站以上集水區不同年份崩塌地面積變化統計 ……… 58
表4.17 霞雲測站以上集水區不同年份土地利用變遷面積統計 …… 59
表4.18 兩測站歷年總輸砂量與颱風造成輸砂量比較 …………… 63
表4.19 利用高義、霞雲兩測站輸砂的關係模式所推估未建榮華壩
時霞雲測站應有的歷年輸砂量 …………………………… 65
表4.20 榮華壩歷年淤積資料 ……………………………………… 66
表4.21 霞雲測站減少輸砂量與榮華壩淤積量比較 ……………… 66
表4.22 高義、霞雲兩測站歷年輸砂量的比較 …………………… 68
表4.23 高義、霞雲測站及攔砂壩輸砂量收支 …………………… 69

引用文獻
王 鑫（1988）地形學，聯經出版事業公司，台北。
李三畏、鄭皆達、胡蘇澄（1991）水庫集水區概論，水庫集水區經營，行政院農業委員會林業特刊第三十八號，3-1 - 3- 48。
李建堂（1997）土壤沖蝕的量測方法，國立台灣大學理學院地理學系地理學報， 23：89-106。
何智武（1984）台灣河川上游集水區之泥砂來源與控制，中華水土保持學報，15（1,2）：15- 25。
吳建民（1991）台灣水庫之泥沙問題，水庫集水區經營，行政院農業委員會林業特刊第三十八號，3-1 - 3- 48。
吳輝龍（1992）水土保持方法，八十一學年度台北市水土保持義工研習班水土保持研習教材，35- 45。
阮香蘭、何智武、呂建華（1992）石門水庫集水區河川系統之研究，中華水土保持學報，23（2）：13- 28。
林孟龍（2000）颱風對蘭陽溪上游集水區懸移質生產特性的影響，國立臺灣大學地理學研究所碩士論文。
林銘照（2003）集集921地震前後大安溪河川輸砂特性探討，國立臺南師範學院自然科學教育學所碩士論文。
財團法人台灣水利環境科技研究發展教育基金會（2003）石門水庫集水區泥砂產量推估之研究（1/3）期末報告書。
張劭勳、張紹評、林秀娟（2000）SPSS for Window 統計分析：初等統計與高等統計，四版，台北：松岡電腦圖書資料股份有限公司。
陳翰霖、張瑞津（2003）曾文水庫對流量及輸沙量的影響，臺灣師範大學地理研究報告，39：37- 53。
黃朝恩（1982）台灣河川輸砂特性及其地形意義，臺灣師範大學地理學報，27：649-680。
經濟部水利署北區水資源局（2003）石門水庫營運四十年特刊。
經濟部水利署北區水資源局（2004）九十二年榮華水庫淤積測量作業測量報告書。
經濟部水資源局（1997）土地利用對水庫淤砂之影響（二）。
經濟部水資源局（1998）土地利用對水庫淤砂之影響（三）。
經濟部水資源局（1999）水庫對河流環境影響。
經濟部水資源局（2001）中小型水庫集水區治理成效及土砂整治率評估計畫。
臺灣省石門水庫管理局（1968）石門水庫集水區治理調查規劃報告。
臺灣省石門水庫管理局（1990）石門水庫集水區第二階段治理規劃。
臺灣省林務局農林航空測量隊（1986）石門水庫集水區崩塌地及土地利用航測調查報告，臺灣省石門水庫管理局委託。
鄭皆達、謝在郎（1997）石門水庫集水區泥砂生產與水文特性之關係，中華水土保持學報，28（1）：1- 9。
趙倬群（2004）石門水庫集水區崩塌土砂產量推估之研究，國立臺灣大學土木工程學研究所碩士論文。
蔡長泰（1992）石門水庫集水區產砂量分析，集水區泥砂產量與輸砂問題研討會論文集，5-1-5-37。
蔡逸凡（2004）推測水庫淤砂量變動趨勢之降雨指標-以翡翠水庫和石門水庫為例，國立臺灣大學地理環境資源學系研究所碩士論文。
歐陽元淳（2003）水庫集水區土壤沖蝕之研究-以石門、翡翠水庫為例，國立臺灣大學地理環境資源學系研究所碩士論文。
錢寧、萬兆惠（2003）泥砂運動力學，科學出版社，北京。
Barsch, D. , Gude, M. , Mausbacher, R. ,Schukraft, G. and Schulte, A.（1994） Sediment transport and discharge in a arctic catchment （Liefdefjorden, NW Spitsbergen）.In: Ergenzinger, P. and Schmidt, K. H.（eds.） Dynamics and Geomorphology of Mountain Rivers, Springer, Berlin, p:225-237.
Brandt, S. A.（2000）Classification of geomorphological effects downstream of dams,Catena,40:375-401.
Gray, D. H. and Leiser, A. T.（1982）Biotechnical Slope Protection and Control, New York: Van Nostrand Reinhold.
Meade, R. H.（1982）Sources, sinks and storage of river sediment in the Atlantic drainage of the United States, The Journal of Geology,90:235-252.
Ritter, D. F., Kochel, R. C. and Miller,J.R.（1995）The drainage basin-development, morphometry, and hydrology. In: Process Geomorphology,3rd ed.,Dubuque Iowa,Wm.
C.Brown,p.153-204.
Rondeau, B. , Coosa D. , Gagnon P. and Bilodeau L. （2000）Budget and sources of suspended sediment transported in the St. Lawrence River, Canada, Hydrological Processes,14:21-36.
Throne, C. R. （1982）Process and mechanisms of river bank erosion. In: Hey, R. D., Bathurst, J. C. and Throne, C. R.（eds.）Gravel-bed Rivers, Wiley, Chichester, p.227-259.
Toy, T. J., Foster, G R. and Renard, K. G.（2002）Soil Erosion: Processes, Prediction, Measurement, and Control, New York: John Wiley & Sons.
Trimble, S. W.（1977）The fallacy of stream equilibrium in contemporary denudation studies, American Journal of Science,277:876-887.
Trimble, S. W.（1983）A sediment budget for Coon Creek basin in the Driftless Area,Wisconsin,1853 to 1977,American Journal of Science,283:454-474.
Trimble, S. W.（1995）Catchment sediment budgets and change. In: Gurnell, A. and Petts, G.（eds.）Changing River Channels, Chichester:John Wiley & Sons,p.201-215.
Walling, D. E.（1988） Measure sediment yield from river basin. In:Lal,R.(ed.) Soil Erosion Research Methods,Iowa:SWSC,p.39-74.