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研究生:張潔如
研究生(外文):Jie-Ru Zhang
論文名稱:桃園地區埤塘水質特性與操作管理現狀關聯之研究
論文名稱(外文):Linking the influence of operation and utilization on the characteristics of water qualities of the farm ponds in Taoyuan
指導教授:傅崇德
指導教授(外文):Chung-Te Fu
學位類別:碩士
校院名稱:萬能科技大學
系所名稱:工程科技研究所
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:140
中文關鍵詞:桃園埤塘多變量統計分析水力停留時間優養化水質管理
外文關鍵詞:farm pondsmultivariate analyseshydraulic retention timeeutrophicationwater managementclassification
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本研究緣自桃園地區水資源不足且夏季暴雨後淨水設施無法符合水質要求,所以政府亟思將本台地上眾多之埤塘作為替代性水源。可是埤塘之數目眾多且難以針對各單一埤塘訂定管理計畫,因此本研究擬透過多變數統計之方法及根據使用現狀將埤塘進行系統化之分類。本研究於2007年至2008年對二十三座埤塘進行四季之採樣,並進行現場及實驗室之分析共十四項水質參數。然後進行水質特性與季節變化、停留時間之關聯探討,接著利用主成分分析進行埤塘水質變異之分類探討,最後並將水質與管理現況進行連結以作出未來水質管理之建議。
埤塘水質整體上除少數屬於甲類水體外,其餘皆有優養化之虞,其水質優於河川水質,但是較其水源或是國內水庫之平均值為差。季節變化對水體水質有不同程度之影響,但是冬季由於藻類之生物攝取作用降低,所以有關營養鹽之水質項目普遍高於其他季節。而四季各埤塘不同之停留時間和水質參數之關聯亦透露出生物分解作用之影響,其變化接近一階降解反應,降解速率常數對營養鹽類之水質參數約在-0.3至-0.4之間,而對總有機碳之降解速率常數則低於-0.1,顯示藻類之生物作用對埤塘之水質在不同季節之變化有明顯之影響。利用主成分分析所得之第一及第二主成分因子累積解釋水質之總變異程度達56 %,其中前者之主導參數包含總磷、正磷酸鹽、硝酸鹽氮、總有機碳及電導度等,可命名為汙染因子,後者則由測站水深、透明度、濁度、葉綠素a等所組成,可命名為優養化因子。根據此二主成分因子對埤塘進行分類,大部分之埤塘或多或少均處於汙染狀態,然而並無埤塘落於高污染及高優養化之區域,顯示普遍受到汙染但尚未明顯產生優養化之情況。

依目前埤塘操作類型同時參考前述主成分之分類結果,將埤塘分為六組,此六組依序為A組(社區親水公園),B組(以畜牧業排泄物進行養殖),C組(偏遠地區之集約養殖),D組(受到道路逕流之影響),E組(鄰近市區之集約養殖)及F組(積極管理且禁止養殖行為)等六個群組。其汙染程度依序為A>B>D>E>C>F,以變異數分析後可發現各組間之水質有明顯差異,而組間無明顯差異,顯示此分類方法之可行性,亦表示依照埤塘目前之管理使用狀態可作為未來分類及管理依據。
Limited water resources in north-western Taiwan necessitated agricultural water resource to be an alternative supplements for municipal utilization. Nearly one thousand farm ponds that connected by a labyrinth-like irrigation system were designated for further industrial and potable use other than their original irrigation application. Meanwhile, some of the ponds found to be in eutrophied or polluted situations oblige comprehensive investigations prior to advanced application. However, large numbers of farm ponds with limited dataset available makes it impractical to conduct a custom-made investigation program for every pond. Therefore, preliminary classification of the farm ponds with less numbers of ponds in stead of sampling every ones is essentially an unavoidable task. To perform the authentic situation of the ponds whether they were suitable for designate utilization, the present study initiated a monitoring program and intended to categorize the ponds by their physicochemical variables. Including DO, pH, Secchi depth, turbidity, electro-conductivity, organic carbon, nitrogen and phosphate, etc., fourteen physicochemical variables of twenty-two farms ponds, were monitored quarterly between year 2007 and 2008. Multivariate statistical methods including principal component analysis (PCA) and cluster analysis (CA) were conducted to sort these ponds and differentiate their pollution sources.
The water qualities of the farm ponds were not as good as local reservoirs and were found to be eutrophied that further attentions were required if applied to advanced utilizations. Meanwhile, increased organics and nutrients concentration in winter demonstrated the seasonal variations of biological activities on nutrient uptake, lower uptake rate of microorganism in winter resulted in higher trophic status in the ponds. The uptake constants of organics and nutrient, estimated from seasonal variation, were less than -0.1 and 0.3 - 0.4, respectively.
The first two principal factors of PCA that governed 56% of accumulated variance revealed the feasibility of the approach. The first that mainly composed of total phosphate, total organic carbon, conductivity and nitrate was assigned as the pollution factor, while the second composed of turbidity, Secchi depth and chlorophyll a was referred as the turbidity factor. The relatively high nutrient concentrations in the polluted ponds were more likely attributed to inappropriate pond management.
The results from PCA were consistent with the existing multipurpose use and management of ponds in the irrigation area. The ponds were classified to six categories based on their current utilization, there were community recreation park category (A), fish ponds breeding with swine manure (B), intense breeding fish ponds located in remote suburban region (C), ponds accepted storm surface runoff (D), intense breeding fish ponds located in suburban region (E), and recreation ponds (F), The pollution potentials of the categories were A>B>D>E>C>F in sequence. Significant variance between categories and no observed significance within categories revealed the feasibility of the classification method. The current study suggests that the designated municipal application of some selected ponds for the new reservoir require comprehensive consideration, and it also recommends that appropriate watershed management, proper land use planning and firm implementation of regulation are essential of the concerned region to have effective water resource management.
目  錄
中文摘要 i
英文摘要 iii
誌謝 v
目錄 vii
表目錄 xi
圖目錄 xiii
第一章 緒論 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 桃園台地埤塘之形成與背景 3
2.1.1 形成背景 3
2.1.2 埤塘之功能及操作 4
2.1.3 埤塘水質污染之來源 8
2.2 水質優養化之成因、影響及判別分類方法 11
2.2.1 水質優養化之成因 11
2.2.2 水質優養化及影響 12
2.2.3 水質營養狀態之分類、判別及水質指標 13
2.3 水體水質之分類 16
2.3.1 陸域地面水體水質分類標準 19
2.3.2 灌溉用水標準 19
2.4 多變數統計方法應用於水體分類 21
2.4.1 主成分分析法 22
2.4.2 群集分析理論 26
第三章 研究方法 31
3.1 研究區域 32
3.1.1 埤塘編號由來 32
3.1.2 埤塘採樣點之選定 32
3.1.3 採樣時程規劃 33
3.2 採樣作業 35
3.2.1 採樣前置作業 35
3.2.2 現場採樣 37
3.3 實驗室分析 38
3.4 資料分析 39
3.4.1 常態性之檢定 39
3.4.2 變異數分析 39
3.4.3 廻歸分析 41
第四章 結果與討論 43
4.1 埤塘水質及季節變化 43
4.1.1 埤塘水質基本資料 43
4.1.2 水質之季節性變化 54
4.2 埤塘水力停留時間與水質變動 60
4.3 利用主成分分析進行埤塘分類 66
4.3.1 水質參數間之相關性 66
4.3.2 主成分分析 70
4.3.3 各季主成分分析變化結果 74
4.4 埤塘使用現況及操作管理 80
4.4.1 埤塘之分組 80
4.4.2 各組間之差異及特性 81
4.4.3 各組間水質之比較 83
4.4.4 水質管理 84
第五章 結論與建議 95
5.1 結論 95
5.2 水質管理建議 97
5.3 延續研究方向 98
參考資料 99
附錄
A埤塘地理位置、水質品保及採樣設備清點紀錄表 107
B埤塘原貌、採樣器材查核表及現場水質檢測紀錄表 115
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