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研究生:莊仁文
研究生(外文):Juang Ren Wen
論文名稱:翡翠水庫優養化因子之時間序列分析
指導教授:陳莉陳莉引用關係
指導教授(外文):Chen Li
學位類別:碩士
校院名稱:中華大學
系所名稱:土木工程學系碩士班
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:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:82
中文關鍵詞:翡翠水庫時間數列模式優養化因子
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台灣地處亞熱帶海島型氣候,年降雨量高達2510公厘,為世界平均值2.6倍。但地狹人稠、河川坡陡流急、雨量在時間及空間上分佈極不平均,使台灣有效的水資源少之又少。而水庫的架構可能是當今在水資源利用上的最佳方法之ㄧ,但終究有其生命週期終了的一天。因此如何以水質監測資料,將水質資料轉化為水質資訊等,實為一重要課題。
本研究以翡翠水庫為例,將水庫水體中的優養重要因子-葉綠素a、總磷、透明度,建構出時間序列模式,並使用信賴區間決定預測適當性。模式的預測結果及因子最適之模型依序為-透明度AR 1、葉綠素以SARIMA(1,0,0)(0,1,1)12、總磷則以ARIMA(1,1,1)為主。
並將各測站以一般常用的優養化判定方法,以世界經濟合作發展組織(Organization of Economical and Cooperative; OECD)、美國環保署的分類標準(US EPA)及Carlson 綜合指標等三個衡量指標來做為水庫內歷年各站的優養化程度判定,以了解各站區間的優養化程度及翡翠水庫內各測站間的關連性。
目 錄
摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ
誌謝…………………………………………………………………………………Ⅱ
目錄…………………………………………………………………………………Ⅳ
表目錄………………………………………………………………………………Ⅴ
圖目錄………………………………………………………………………………Ⅵ

第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2研究動機 1
1-3研究目的 3
1-4研究範圍簡介 3
1-5資料來源與現況 4
1-6 本研究之研究流程 6
第二章 文獻回顧 7
2-1優養化定義及其指標 7
2-2時間序列相關研究 11
第三章 研究理論基礎 13
3-1時間數列法之模式 13
3-2時間數列法之流程 17
3-3模式選取準則 20
第四章 時間數列模式的建立與選擇 21
4-1 大壩上水域 22
4-2 火燒樟水域 28
4-3 後坑子水域 33
4-4 鷺鷥潭水域 38
4-5 媽祖林水域 43
4-6 永安水域 48
4-7 灣潭上水域 53
4-8綜合彙整 58
第五章 水域內優養化程度及時空分佈 62
5-1各測站優養化程度及指標 62
5-2 各站之時空關聯性 68
第六章 結論與建議 75
6-1 結論 75
6-2 建議 76
參考文獻 79
表目錄
表1-1 九十三年度台灣水庫測站採樣位置說明表-以北區重要水庫為例 2
表1-2 1996年1月至2005年9月各測站之Chl-a、TP、SDD之值域 5
表2-1 翡翠水庫TN與TP之關係 8
表2-2 優養化之定義 8
表2-3 OECD單一參數判定優養化標準 10
表2-4 使用Carlson之多變數指標法判定優養分級標準 10
表2-5 US EPA單一參數優養化判定標準 10
表3-1 七種模式的特徵 16
表3-2 ARIMA預測模式的優缺點比較 16
表4-1 大壩上水域-sdd之時間數列模式 22
表4-2 大壩上水域-Chla之時間數列模式 24
表4-3 大壩上水域-TP之時間數列模式 26
表4-4 火燒樟水域-sdd之時間數列模式 28
表4-5 火燒樟水域-Chla之時間數列模式 29
表4-6 火燒樟水域-TP之時間數列模式 31
表4-7 後坑子水域- sdd之時間數列模式 33
表4-8 後坑子水域-Chla之時間數列模式 34
表4-9 後坑子水域-TP之時間數列模式 36
表4-10 鷺鷥潭水域- sdd之時間數列模式 38
表4-11 鷺鷥潭水域- Chla之時間數列模式 39
表4-12 鷺鷥潭水域- TP之時間數列模式 41
表4-13 媽祖林水域- sdd之時間數列模式 43
表4-14 媽祖林水域- Chla之時間數列模式 44
表4-15 媽祖林水域- TP之時間數列模式 46
表4-16 永安水域-sdd之時間數列模式 48
表4-17 永安水域-Chla之時間數列模式 50
表4-18 灣潭上水域-sdd之時間數列模式 53
表4-19 灣潭上水域-Chla之時間數列模式 55
表4-20 灣潭上水域-TP之時間數列模式 57
表4-21 翡翠水庫內各站時間數列模式數 59
表5-1 翡翠水庫各測站優養程度百分比(%)-Carlson 綜合指標 63
表5-2 翡翠水庫-以US EPA 單一參數判定 63
表5-3 翡翠水庫各測站優養程度百分比(%)-以OECD單一參數判定 63
表5-4 各水域測值之相關性-SDD 69
表5-5 各水域測值之相關性-Chla 69
表5-6 各水域測值之相關性-TP 69
表5-7 各水域測值之相關性-CTSI 69

圖目錄
圖1-1 九十三年度台灣主要水庫優養程度………………………………………..1
圖1-2 中央研究院翡翠水庫水質採樣點…………………………………………..3
圖1-3 翡翠水庫供給大台北地區水源分佈圖……………………………………..4
圖1-4 本研究之流程圖……………………………………………………………..6
圖4-1 大壩上sdd-原始數據之ACF、PACF圖…………………………………..23
圖4-2 大壩上sdd-經季節差分之ACF、PACF圖………………………………..23
圖4-3 大壩上sdd-SARIMA(1,0,0)(0,1,1)12模式之殘差ACF圖…………….…23
圖4-4 大壩上Chla-原始數據之ACF、PACF圖…………………………………25
圖4-5 大壩上Chla-經季節差分之ACF、PACF圖………………………………25
圖4-6 大壩上Chla-SARIMA(1,0,0)(0,1,1)12模式之殘差ACF圖….…………..25
圖4-7 大壩上TP-原始數據之ACF、PACF圖…………………………………...26
圖4-8 大壩上TP-經季節差分之ACF、PACF圖………………………………...27
圖4-9 大壩上TP-SARIMA(1,0,1)(0,1,1)12模式之殘差ACF圖……….……….27
圖4-10 大壩上水域最佳時間數列模型-(a)sdd、(b)Chla、(c)TP………………….27
圖4-11 火燒樟sdd-原始數據之ACF、PACF圖…………………………………..28
圖4-12 火燒樟sdd-AR 1模式之殘差ACF圖……………………………………29
圖4-13 火燒樟Chla-原始數據之ACF、PACF圖…………………………………30
圖4-14 火燒樟Chla-經季節差分之ACF、PACF圖………………………………30
圖4-15 火燒樟Chla-SARIMA(1,0,1)(0,1,1)12模式之殘差ACF圖…….………..30
圖4-16 火燒樟TP-原始數據之ACF、PACF圖…………………………………...31
圖4-17 火燒樟TP-經普通一次差分之ACF、PACF圖…………………………...32
圖4-18 火燒樟TP-ARIMA (1,1,1)模式之殘差ACF圖…………………………32
圖4-19 火燒樟水域最佳時間數列模型-(a)sdd、(b)Chla、(c)TP…………………32
圖4-20 後坑子sdd-原始數據之ACF、PACF圖…………………………………33
圖4-21 後坑子sdd-AR 1模式之殘差ACF圖……………………………………34
圖4-22 後坑子Chla-原始數據之ACF、PACF圖…………………………………35
圖4-23 後坑子Chla-經季節差分之ACF、PACF圖………………………………35
圖4-24 後坑子Chla-SARIMA(1,0,0)(0,1,1)12模式之殘差ACF圖…...…………35
圖4-25 後坑子TP-原始數據之ACF、PACF圖…………………………………36
圖4-26 後坑子TP-一次差分之ACF、PACF圖…………………………………...37
圖4-27 後坑子TP-ARIMA (1,1,1)模式之殘差ACF圖…………………………37
圖4-28 後坑子水域最佳時間數列模型-(a)sdd、(b)Chla、(c)TP…………………37
圖4-29 鷺鷥潭sdd-原始數據之ACF、PACF圖…………………………………..38
圖4-30 鷺鷥潭sdd-AR 1模式之殘差ACF圖……………………………………39
圖4-31 鷺鷥潭Chla-原始數據之ACF、PACF圖…………………………………40
圖4-32 鷺鷥潭Chla-經季節差分之ACF、PACF圖………………………………40
圖4-33 鷺鷥潭Chla-SARIMA(1,0,0)(0,1,1)12模式之殘差ACF圖……...………40
圖4-34 鷺鷥潭TP-原始數據之ACF、PACF圖…………………………………...41
圖4-35 鷺鷥潭TP-一次差分之ACF、PACF圖…………………………………42
圖4-36 鷺鷥潭TP-ARIMA (1,1,1)模式之殘差ACF圖………………………….42
圖4-37 鷺鷥潭水域最佳時間數列模型-(a)sdd、(b)Chla、(c)TP…………………42
圖4-38 媽祖林sdd-原始數據之ACF、PACF圖…………………………………..43
圖4-39 媽祖林sdd-AR 1模式之殘差ACF圖……………………………………44
圖4-40 媽祖林Chla-原始數據之ACF、PACF圖…………………………………45
圖4-41 媽祖林Chla-經季節差分之ACF、PACF圖………………………………45
圖4-42 媽祖林Chla-SARIMA(1,0,0)(0,1,1)12模式之殘差ACF圖…..………….45
圖4-43 媽祖林TP-原始數據之ACF、PACF圖…………………………………...46
圖4-44 媽祖林TP-季節差分之ACF、PACF圖…………………………………47
圖4-45 媽祖林TP-SARIMA(0,0,0)(0,1,1)12模式之殘差ACF圖……..…………47
圖4-46 媽祖林水域最佳時間數列模型-(a)sdd、(b)Chla、(c)TP………………….47
圖4-47 永安水域sdd-原始數據之ACF、PACF圖………………………………..49
圖4-48 永安水域sdd-經季節差分之ACF、PACF圖……………………………49
圖4-49 永安水域sdd-SARIMA(1,0,0)(1,1,1)12模式之殘差ACF圖…….………49
圖4-50 永安Chla-原始數據之ACF、PACF圖……………………………………51
圖4-51 永安Chla-經季節差分之ACF、PACF圖…………………………………51
圖4-52 永安Chla-SARIMA(1,0,0)(0,1,1)12模式之殘差ACF圖………………...51
圖4-53 永安TP-原始數據之ACF、PACF圖形…………………………………...52
圖4-54 永安水域最佳時間數列模型-(a)sdd、(b)Chla……………………………52
圖4-55 灣潭上水域sdd-原始數據之ACF、PACF圖……………………………..53
圖4-56 灣潭上水域sdd-經季節差分之ACF、PACF圖…………………………..54
圖4-57 灣潭上水域sdd-SARIMA(1,0,0)(1,1,1)12模式之殘差ACF圖………….54
圖4-58 灣潭上Chla-原始數據之ACF、PACF圖…………………………………55
圖4-59 灣潭上Chla-經季節差分之ACF、PACF圖………………………………56
圖4-60 灣潭上Chla-SARIMA(0,0,1)(0,1,1)12模式之殘差ACF圖……………...56
圖4-61 灣潭上TP-原始數據之ACF、PACF圖…………………………………57
圖4-62 灣潭上TP-一次差分之ACF、PACF圖…………………………………57
圖4-63 灣潭上TP-ARIMA (1,1,1)模式之殘差ACF圖…………………………58
圖4-64 灣潭上水域最佳時間數列模型-(a)sdd、(b)Chla、(c)TP………………….58
圖5-1 翡翠水庫Carlson 綜合指標各測站優養程度百分比.................................62
圖5-2 Carlson 綜合指標趨勢圖-(a)大壩上(b)火燒樟………………………….66
圖5-3 Carlson 綜合指標趨勢圖-(c)後坑子、(d)鷺鷥潭………………………...66
圖5-4 Carlson 綜合指標趨勢圖-(e)媽祖林、(f)永安…………………………...67
圖5-5 Carlson 綜合指標趨勢圖-(g)灣潭上…………………………………….67
圖5-6 大壩上水域優養因子時序圖-(a)SDD、(b)CHLA、(c)TP………………...70
圖5-7 火燒樟水域優養因子時序圖-(a)SDD、(b)CHLA、(c)TP………………...71
圖5-8 後坑子水域優養因子時序圖-(a)SDD、(b)CHLA、(c)TP………………...71
圖5-9 鷺鷥潭水域優養因子時序圖-(a)SDD、(b)CHLA、(c)TP………………...72
圖5-10 媽祖林水域優養因子時序圖-(a)SDD、(b)CHLA、(c)TP………………...73
圖5-11 永安水域優養因子時序圖-(a)SDD、(b)CHLA、(c)TP…………………...74
圖5-12 灣潭水域優養因子時序圖-(a)SDD、(b)CHLA、(c)TP…………………74
參考文獻
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