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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:郭進慶
研究生(外文):Chin-Ching Kuo
論文名稱:社區排水系統暴雨初期污水處理規劃之可行性研究
論文名稱(外文):Feasibility research of sewage disposal planning of initial stage of Stormwater of community''s drainage system
指導教授:于嘉順
指導教授(外文):Chia-Shun Yu
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:海洋環境及工程學系研究所
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:148
中文關鍵詞:營養鹽養殖廢水鹹水人工濕地滯洪池
外文關鍵詞:aquaculture farmsFlood detention pondsSalinities constructed wetlandNutrient
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本研究以大鵬灣國家風景區周邊大潭社區排水系統大潭新支線、新分線與新高地排水溝暴雨初期污水量,規劃大潭人工濕地及林邊大排右岸人工濕地作為滯洪池位置,並以大潭人工濕地作為暴雨逕流人工濕地,進一步探討其規劃設計成果。
一般滯洪池只有於暴雨期才使用,平時污水不進滯洪池處理。因東港地區年雨量分布,雨季集中於6~9月,以梅雨及颱風雨為主,因此大潭人工濕地平時規劃以處理型人工濕地處理社區排水及養殖廢水,雨季時規劃為暴雨逕流人工濕地處理暴雨初期雨污水。
大潭人工濕地配置情形,先設初沉池作為懸浮物質沉澱及曝氣吸附作用,再經過連續2種不同過濾介質所串聯(營建廢棄磚塊或混凝土塊、牡蠣殼)之地下水平流,利用介質表面所附著微生物生長之生物濾床水池,營造出由好氧至厭氧的環境進行脫硝作用,達成水中部分氮化物去除的機制;再經淺草澤區利用植物在濕地中所扮演的功能加強或輔助污染物的去除及降解;後半段主要以表面流為主,設計以彎曲水道增加水體與植物及微生物接觸時間,並達到景觀效果;設計深淺不同水池以創造不同棲地環境,最後出水口設計以抽水馬達排放並輔以重力流溢流口。濕地平常水位EL=-1.1m,滯洪最大高度EL=+1.5m,濕地有效面積約5.5公頃,最大滯洪量約13萬立方公尺。
大潭人工濕地為國內罕見鹹水人工濕地,水生植物以紅樹林生長最佳,因為紅樹林長期生長於高鹽度的潮間帶環境中,已演化出一套抗鹽機制。紅樹林具有生產力最豐富的溼地生態系統、且能對污水進行物理生物多級降解並吸收各种污染物和重金屬,達到淨化水質功能。
目前經水理分析推估大潭社區排水系統10年洪水頻率之洪峰流量為20.17cms,大潭人工濕地及林邊大排右岸人工濕地分別削減8.06cms、4.38cms。另依據HEC-RAS模式計算滯洪前後排水路,顯示經滯洪後之排水路斷面高程,大潭新支線全部河段均可達到10年重現期距保護標準,大潭新支線之流除1k+249,其餘河段均可達到10年重現期距保護標準,大潭新分線全部河段均可達到10年重現期距保護標準,顯示滯洪池可發揮效用。
水質監測經最初1個月結果,平均去除率TOC=-10%,BOD5=53%,TKN=71%,NH3-N=88%,NO3-N=65,NO2-N=90%,TN=70%,TP=52%,OP=56%,Chl.a=-61%,SS=4%,濁度(NTU)=70%,對BOD5及營養塩除率有初步成效,唯後續仍需進行長期監測,以評估水質淨化功能及操作管理模式。
This research is based on the plan and design of Datang constructed wetland as a storm water wetland system. Qantity of the discharges from Datan community drainage system including its branches surround Dapeng Bay National Scenic Area are estimated. The objectives of this research is to study the possibilities of using the concept of stormwater wetland system for including the Datan constructed wetland and Lin-Bian right-bank wetland as flood detention wetland system and treatment wetlands during the dry season.
Generally, flood detention ponds are not functioning except during storm seasons. Rainfall are mostly concentrated from June to September in southern Taiwan (mainly due to southwest monsoon and typhoon), the Datan wetland has therefore planned to treat the domestic sewages and the disposal from aquaculture farms during the dry season, and first flushing drainage during storm season.
Besides the flood detention volume, Datan wetland has been designed into four major sections, a) primary settling for settle part of the suspended particles and aeration; b) bio-filtration through 2 sets of bio-filter using crushed bricks and oyster shells as filter media, mainly designed for BOD removal and partly early denitrification; c) followed by shallow weeds pond for reaeration and nutrients uptake by plantation; d) entering a series of open water ponds for stabilization.
Landscape has been take good care for recreative function and habitat reserved for variety of birds. Due to the flood detention function will flood the basin few times a year, variable depth environment and plantations are designed. Wetland maintains ordinary water level at EL=-1.1m, maximum flood detention can go as high as EL=+1.5m. The wetland has effective surface approximately 5.5 ha., maximum flood detention quantity approximately 130,000 cubic meters.
Since the area is tidally affected, influents contain different levels of salinities. Plantation becomes a difficult issue for the Datan wetland, due to the saline waters. Mangrove is the best choice, so far, for this situation. The mangrove forest has the richest productivity on wetland ecosystem, and can carry on the physical biology multistage degeneration to the sewage and absorb various pollutants.
Hydraulic analysis estimates the peak discharge of Datan drainage system’s 10 year flood frequency is 20.17cms, Datan constructed wetland and Linbian right bank constructed wetland can reduces the peak rate of 8.06cms and 4.38 cms, respectively. In addition, most of the branches of the Datan drainage system are thus achieve the ten year return period bench mark from the HEC-RAS evaluation
The water quality monitoring results after one month of operation have shown the average elimination rates, TOC=-10%, BOD5=53%, TKN=71%, NH3-N=88%, NO3-N=65, NO2-N=90%, TN=70%, TP=52%, OP=56%, Chl.a=-61%, SS=4%, the turbidity (NTU)=70%. BOD and nutrients are shown effective reductions, while the SS and the chlorophyll-a are correlated mainly due to the plankton growth in the open waters. Long-term monitoring is continuing for the evaluation of the water quality purification function and the operational management model.
第一章 前言 1
1-1 研究動機 1
1-2 研究目的與方向 2
第二章 文獻回顧 3
2-1 濕地定義與功能 3
2-1.1濕地的起源 3
2-1.2濕地的定義 3
2-1.3濕地的功能 4
2-2 濕地的種類與組成 8
2-2.1 濕地的種類 8
2-2.1.1天然濕地 8
2-2.1.2人造濕地(artificial wetlands) 10
2-2.2濕地的組成 11
2-2.2.1 水文 12
2-2.2.2 土壤 13
2-2.2.3 植物 13
2-3濕地水生植物的功能 14
2-3.1 產生氧分子 15
2-3.2 植物根莖葉之組織提供大量之表面積微生物 16
2-3.3 氮、磷及重金屬的攝取 16
2-3.4 產生有機碳 16
2-3.5 增進過濾及沉降作用 17
2-4 人工濕地去除污染物之傳輸轉換機制 17
2-4.1 有機物與懸浮固體物 22
2-4.2 氮的循環 23
2-4.3 磷的循環 25
2-5人工濕地處理系統 27
2-5.1 人工濕地的種類 27
2-5.1.1表面流濕地系統(Free water surface systems, FWS): 27
2.5.1.2潛流濕地系統(Subsurface water systems, SSF) 29
2-5.1.3 複合式人工溼地(Hybrid constructed wetland) 31
2-5.2 人工濕地的優缺點 33
2-6紅樹林 36
第3章 滯洪池 40
3-1國內相關法規規定 40
3-1.1 農委會「水土保持技術規範」 40
3-1.2內政部「非都市土地開發審議作業規範」 42
3-1.3國土復育策略方案暨行動計畫 42
3-1.4台北市山坡地開發建築基地規劃設計技術規範 42
3-2 滯洪池種類 43
3-2.1 延長滯洪池(Extended Detention (ED) pond system) 43
3-2.2池塘型滯洪池 (Wet Pond) 44
3-2.3暴雨逕流人工濕地(Stormwater wetlands) 45
3-2.3.1設計型式 45
3-2.3.2 暴雨逕流人工濕地設計型式 52
3-2.3.3 暴雨逕流人工濕地設計概念 54
3-3 滯洪池的應用 55
3-3.1高爾夫球場滯洪池 55
3-3.2高速公路滯洪池 57
第4章 大鵬灣人工濕地規劃 59
4-1大鵬灣現況 59
4-2流入大鵬灣水系調查 60
4-2.1地質與土壤 60
4-2.2流域水系現況 60
4-2.3土地利用現況 63
4-2.4 地形調查成果分析 64
4-2.5計畫區附近水系現況調查分析 64
4-3晴天污水流量調查量測 66
4-3.1.水系流量現場量測 66
4-3.2水質現場量測 67
4-4雨天流量推估 70
4-5大鵬灣人工溼地規劃方案 79
4-5.1污水處理廠與人工溼地比較 79
4-5.2人工溼地的優缺點 81
4-5.3人工溼地規劃方案 81
第5章 大潭社區排水系統暴雨初期污水處理規劃 83
5-1 現況說明 83
5-2規劃原則 84
5-2.1晴天污水處理規劃原則 85
5-2.2暴雨初期滯洪規劃原則 85
5-3設計方式 87
5-3.1大潭人工濕地配置 87
5-3.2水文分析 93
5-3.2.1 洪峰量推估 93
5-3.2.2 滯洪量推估 94
5-3.2.3 滯洪時間 95
5-3.2.4滯洪前後排水路水理分析 95
5-3.3植栽分佈 101
5-4人工濕地維護管理 103
5-4.1系統啟動 103
5-4.2.操作維護 104
5-5大潭人工濕地水質監測初步結果 107
第6章 結論與建議 113
6-1 結論 113
6-2 建議 114
參考文獻 115
附錄A 水文分析 119


圖目錄
圖2-1 濕地對溪流之一般效應(濕地,1996) 5
圖2-2 典型濕地生態構成要素之示意圖(Treatment Wetland, 1993) 12
圖2-3 氧氣傳輸通過根區( Sundaravadivel , 2001) 15
圖2-4 植物根區氮的轉換途徑(Kadlec and Knight, 1996) 17
圖2-5 人工濕地處理機制 19
圖2-6 碳源在濕地中之傳輸(Reddy, 1997) 22
圖2-7 懸浮微粒在濕地中之傳輸(Kadlec and Knight, 1996) 23
圖2-8 氮在濕地中之循環(Kadlec and Knight ,1996). 25
圖2-9 磷在濕地中之循環(Kadlec and Knight ,1996) 26
圖2-10 表面流濕地系統 28
圖2-11 水平潛流濕地系統 30
圖2-12 垂直潛流濕地系統(Cooper,1993) 30
圖2-13 Seidel 複合式系統 32
圖2-14 Oaklands Park 複合式系統 32
圖2-15 Brix and Johansen 複合式系統 33
圖3-1高雄市三民區本和里滯洪池 44
圖3-2南部科學工業園區 44
圖3-3淺池型系統 46
圖3-4複合型系統 47
圖3-5延長滯留型系統 48
圖3-6袋狀型系統 49
圖3-7 4種暴雨逕流人工濕地剖面圖 50
圖3-8澳洲Gungahlin Lakes Golf Course 56
圖3-9澳洲雪梨Long Reef Golf Course 57
圖3-10 La.Jarnbrott高速公路平面圖 57
圖4-1大鵬灣國家風景區位置圖 59
圖 4-2 區域地質概況 61
圖 4-3 土壤種類分佈圖 61
圖 4-4 流域水系劃分圖 62
圖4-5 水系及水面積 65
圖4-6大鵬灣風景特定區計畫 79
圖4-7大鵬灣國家風景區BOT用地範圍及面積圖 80
圖4-8大鵬灣人工濕地規劃分布圖 82
圖5-1大潭新支線、大潭新高地排水溝與大潭新分線流域圖 84
圖5-2大潭人工濕地及林邊大排右岸濕地作為滯洪池位置 86
圖5-3大潭人工濕地全區平面圖 90
圖5-4進水口及進水箱涵 90
圖5-5沉澱池 91
圖5-6定床介質濾池一 91
圖5-7定床介質濾池二 91
圖5-8草澤﹙蘆葦草、雙穗雀稗﹚ 92
圖5-9紅樹林草澤 92
圖5-10淺水池、深水池及泥灘地 92
圖5-10.1 生態島 93
圖5-11大潭人工溼地滯洪曲線圖 95
圖5-12林邊大排右岸人工溼地滯洪曲線圖 95
圖5-13排水路樁號里程 100
圖5-14滯洪池消減量分析圖 101
圖5-15大潭人工濕地喬木分佈圖 102
圖5-16大潭人工濕地灌木及水生植物分佈圖 103



表目錄
表2-1 水生植物在人工處理濕地中的主要功能 15
表2-2 人工濕地的去除機制 20
表2-3 人工濕地的去除機制與影響之污染物質 21
表2-4 Oaklands Park水質檢驗結果 32
表2-5 Bjødstrup-Landborup去除效率 33
表2-6 人工濕地之優缺點 34
表2-7 人工濕地與傳統污水場之比較 35
表2-8 國際紅樹林生態系統協會(ISME)認定公布的61種真紅樹植物(Clough,1993) 38
表2-9 國際紅樹林生態系統協會(ISME)認定公布的23種半紅樹植物(Clough,1993) 39
表3-1 四種暴雨逕流人工濕地特性比較 51
表3-2暴雨逕流人工濕地大小設計規範 52
表3-3暴雨逕流人工濕地地表面積與處理量之設計規範 53
表3-4 La.Jarnbrott 去除效率(EMC) 58
表 4-1 大鵬灣流域生活污水集流村落統計表 62
表 4-2 排水路集水區土地利用統計 63
表 4-3 排水路集水面積及斷面特性 64
表 4-4 晴天污水量調查成果 66
表 4-5 養殖魚塭排水量估算表 67
表 4-6 計畫洪峰流量計算成果 70
表 4-7.1 晴天水質監測調查成果(1/4) 71
表 4-7.2 晴天水質監測調查成果(2/4) 72
表 4-7.3 晴天水質監測調查成果(3/4) 73
表 4-7.4 晴天水質監測調查成果(4/4) 74
表 4-8.1 雨天水質監測調查成果(1/4) 75
表 4-8.2 雨天水質監測調查成果(2/4) 76
表 4-8.3 雨天水質監測調查成果(3/4) 77
表 4-8.4 雨天水質監測調查成果(4/4) 78
表5-1計畫洪峰流量計算成果表 93
表5-2 各控制點各重現期距洪峰流量成果表(單位:cms) 94
表5-3排水路現況與滯洪後水理演算成果表 97
表5-4現況與滯洪後水理演算成果表(續) 98
表5-5現況與滯洪後水理演算成果表(續) 99
表5-6可能淹水深度分析表 100
表5-7滯洪池消減量分析表 100
表5-8建議人工濕地操作中所需的檢測項目(Kadlec & Knight, 1996) 105
表5-9大潭人工濕地水質監測成果(96.05.15) 109
表5-10大潭人工濕地水質監測成果(96.05.21) 110
表5-11大潭人工濕地水質監測成果(96.05.28) 111
表5-12大潭人工濕地水質監測成果(96.06.04) 112
表5-13水質監測平均值(96.05.15、96.05.28、96.06.04) 112
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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