臺灣博碩士論文加值系統

石門水庫為台灣地區第三大水庫，於民國45年7月開始興建，至民國53年竣工；水庫具有灌溉、發電、防洪、給水、觀光等多目標功能。水庫集水區地處淡水河上游之大漢溪流域，總集水面積約為763.4平方公里，有效容量2億3,380萬立方公尺。
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91年之水文，以92、93年資料檢定，並以相同參數驗證91、92、93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。
結果顯示，NPSM模式能有效模擬長時間的集水區水理水質傳輸變化。石門水庫集水區全年污染負荷量，民國91年總磷負荷量為42,194.64 kg/yr，民國92年為35,450.68 kg/yr，民國92年為33,377.98 kg/yr；民國91年年平均濃度為0.0295mg/L，民國92年年平均濃度為0.0298mg/L，民國93年為0.0290mg/L。TP輸出係數民國91年為0.553 kg/ha-yr，民國92年為0.464 kg/ha-yr，民國93年為0.437 kg/ha-yr。總氮之非點源污染負荷量民國91年約為691,990kg/yr，民國92年約為308,970kg/yr，民國93年約為1,674875kg/yr。單位負荷量民國91年約為9.16 kg/ha-yr，民國92年約為4.09 kg/ha-yr，民國93年約為22.17kg/ha-yr。

Shi-Men Reservoir was located in the Tauyuan, the branch of Da-han River. Its drainage area is 763.4 square kilometer, and its effective capacity is 233,800,000 cubic meters. Compared with the changing trend of 2002 ,2003 and 2004 by the sampling of water quality.
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 2002, and verified with the data in 2002 and 2003, for confirming the model can be used in this study.
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 891,915kg/yr, total phosphorus was about 37,007kg/yr. The total nitrogen per hectare was about 11.81kg/ha/yr, and the total phosphorus per hectare was about 0.485 kg/ha/yr.

誌謝 一
摘要 二
目錄 四
表錄 六
圖錄 七
第一章 緒論 1
1.1 研究目的 1
1.2 研究方法及步驟 2
第二章 文獻回顧 5
2.1 GIS與模式上之結合 5
2.2非點源污染之研究 6
2.3 Vollenweider模式 10
第三章 模式之簡介 13
3.1 BASINS模式 13
3.2 NPSM非點源污染模式 16
3.2.1 PERLND透水區模組 17
3.2.2 RCHRES河道模組 36
3.3 Vollenweider模式 44
3.3.1 零維總磷質量平衡模式 44
3.3.2 體積時變性零維總磷質量平衡模式 47
3.3.3 氮/磷比值的意義 49
第四章 模式之應用 52
4.1研究區域介紹 52
4.1.1集水區概況 52
4.1.2 地形地勢 54
4.1.3 水系 55
4.1.4 地質與土壤 56
4.1.5 氣象與水文 63
4.1.6 土地利用 65
4.2 NPSM之檢定與驗證 69
4.2.1 資料處理 69
4.2.2 水文模擬 73
4.2.3 懸浮固體物模擬 86
4.2.4 水質模擬 95
第五章 結論與建議 104
5.1 結論 104
5.2 建議 105
參考文獻 108

表錄
表2-1 非點源污染模式比較表 9
表4-1 石門水庫集水區內行政區域所佔面積比例表 54
表4-2 石門水庫內土地利用現況表 67
表4-3 石門水庫內土地利用變遷統計表 68
表4-4 NPSM天氣資料格式說明 69
表4-5 各模組所需之天氣資料 70
表4-6 GIS資料來源 71
表4-7 RF1所需格式 72
表4-8 欲模擬的程度所應使用之單元(PERLND) 74
表4-9 欲模擬的程度所應使用之單元(REACHS) 75
表4-10 HYDR河道水文參數表 83
表4-11 PWATER模組水文參數表(霞雲站到榮華壩之間) 84
表4-12 PWATER模組水文參數表(榮華壩上游) 85
表4-13 石門水庫年流量比較表 86
表4-14 SEDTRN模組水文參數表 90
表4-15 SEDMNT模組水文參數表 91
表4-16 石門水庫總淤積量與模擬量比較表 92
表4-17 石門水庫集水區地表土壤沖蝕率比較表 92
表4-19 石門水庫全年總磷負荷量 98
表4-20 國內主要水庫全年總磷負荷量 98
表4-21 PQUAL透水區總磷水質參數表 101
表4-22 GQUAL河道總磷參數表 101
表4-23 PQUAL透水區氨氮水質參數表 102
表4-24 GQUAL河道氨氮參數表 102
表4-25 PQUAL透水區硝酸氮水質參數表 103
表4-26 GQUAL河道硝酸氮參數表 103

圖錄
圖1-1 研究流程圖 4
圖3-1 BASINS系統模擬流程圖 14
圖3-2 水文循環過程圖 19
圖3-3 PWATER模擬降雨逕流過程圖 20
圖3-4 SEDMNT模擬泥砂運移過程圖 29
圖3-5 PQUAL模擬水質運行過程圖 34
圖3-6 HYDR水文河道演算流程圖 38
圖3-7 SEDTRN輸砂河道演算流程圖 41
圖3-8 GQUAL水質河道演算流程圖 43
圖3-9 總磷在一完全混合水體之平衡示意圖 45
圖3-10 總磷負荷量、湖泊特性q與營養狀態關係圖 47
圖3-11 營養鹽分的主要組成：磷、氮 50
圖3-12 浮游植物受最少量之養分控制示意圖 51
圖3-13 浮游植物受最少量之養分控制區間示意圖 51
圖4-1 石門水庫集水區 53
圖4-2 石門水庫集水區地形水文略圖 56
圖4-3 石門水庫集水區地質圖 59
圖4-4 石門水庫集水區土壤分布圖 63
圖4-5 石門水庫內水位雨量站位置圖 64
圖4-6 石門水庫土地利用現況 66
圖4-7 石門水庫集水區分割圖 79
圖4-8 民國91年榮華壩上游流量檢定結果圖 80
圖4-9 民國92年榮華壩上游流量驗證結果圖 80
圖4-10 民國93年榮華壩上游流量驗證結果圖 81
圖4-11 民國91年石門大壩流量檢定結果圖 81
圖4-12 民國92年石門大壩流量驗證結果圖 82
圖4-13 民國93年石門大壩流量驗證結果圖 82
圖4-14民國91懸浮固體檢定結果圖 92
圖4-15 民國92懸浮固體驗證結果圖 93
圖4-16 民國93年懸浮固體驗證結果圖 93
圖4-17 石門水庫水位與容量面積關係圖 96
圖4-18 民國91∼93年總磷模擬圖 97
圖4-19 羅浮測站位置圖 99
圖4-20 民國91∼93年石門水庫集水區河道氨氮模擬圖 100
圖4-21 民國91∼93年石門水庫集水區河道硝酸模擬圖 100

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102.溫清光，「流域性集水區非點源污染最佳管理示範作業計畫」，國立成功大學環境工程系，2000。
103.溫清光、郭振泰、龍梧生、張穗蘋、李志賢、莊淑滿，「曾文水庫水質調查及改善計畫」，水利署南區水資源局委託，財團法人成大研究法展基金會執行，2001。
104.萬象，「台灣地區水庫管理資訊系統建立(二) 」，經濟部水資源局，1998。
105.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，2001。
106.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，2001。
107.趙倬群，「石門水庫集水區崩坍土砂產量推估之研究」，國立台灣大學土木工程所碩士論文，2004。
108.劉柏廷，「牡丹水庫集水區非點源污染模擬及風險分析」，國立台灣大學土木工程所碩士論文，2004。
109.歐陽元淳，「水庫集水區土壤沖蝕之研究－以石門、翡翠水庫為例」，台灣大學地理環境資源研究所碩士論文，2003。
110.蔡宗賢，「水庫集水區暴雨時期崩塌土砂量推估之研究」，碩士論文，國立台灣大學土木工程研究所，2005。
111.蔡長泰、沈學汶、王文江，「台灣河川沉滓輸運之分析（三）」，經濟部水資源統一規劃委員會委託，國立成功大學水利暨海洋工程系執行，1993。
112.賴益成，「集水區泥砂遞移率推估之研究」，國立中興大學水土保持學系碩士論文，1998。
113.賴進松、郭振泰、吳俊宗、龍梧生、胡弘道等，「水庫集水區水質污染防制技術手冊」，經濟部水利署委託，國立台灣大學水工試驗所執行，2003。
114.駱尚廉、郭振泰等，「湖泊水庫水質改善及優養化評估法之建立和調查(三)、(四)」，環保署委託，臺大環境工程研究所執行，1992∼1993。
115.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，1999。
116.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，1992。
117.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，1993。
118.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，1999。
119.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，1995