臺灣博碩士論文加值系統

本研究之主要目的是建立濁水溪河川揚塵預報系統，核心工作分為兩部份，首先為選擇濁水溪中下游揚塵好發地點，對河川揚塵進行監測，利用實地監測之風速風向結果搭配實際監測PM10濃度，推估濁水溪河川揚塵排放係數公式。第二部份為彙整崙背測站歷年之河川揚塵事件日(2008-2014)，共31日，以WRF進行天氣預報模擬，將其結果帶入Fluent實地風速修正後，建立擴散模式之氣象輸入檔，配合排放係數推估公式，計算出濁水溪河川揚塵之濃度增量，其結果與環保署監測站之結果作比較，討論該預報系統之效能。
沙粒再捲揚實驗分析之結果可以得知，河床採集之沙粒樣本PM10占TSP的比例介於27.68-31.84%，PM2.5則為介於13.39-18.3%；農地所採集之沙粒樣本PM10占TSP的比例介於27.07-54.57%，PM2.5則為介於14.28-33.26%，綜合比較可以得知同樣在表層，農地之沙粒其細顆粒(d〈10μm)之含量較多，推測為河川揚塵之主要來源。
震動篩分析之結果顯示，所有樣本之粒徑以介於0.297-0.105 mm占最多；而在農地40cm的結果中，其大多數之顆粒粒徑則介於0.297-0.037 mm。河床表土以及農地表土的坋土含量分別為5.88%以及5.82%，差異性不大；除了農地深度40cm之坋土含量為24.77%以外，其餘樣品篩分結果均不超過10%。
實地監測結果顯示濁水溪河岸風速風向監測結果與環保署監測結果有很大的差異；尤其在風速方面，河岸風速明顯高於崙背測站許多。利用PM10濃度監測結果與實測摩擦風速結果推估排放係數公式可得到EF = 0.0044．u*2.2154(楊賢民宅)以及EF = 0.0447．u*2.9399(大同國小)，加入相對濕度與溫度後迴歸可得到排放係數公式EF = 0.034．u*3.52．T1.64．H5.02 (大同國小)以及EF = 0.0021．u*2.74．T1.74．H4.83 (楊賢民宅)，其中以EF = 0.0447．u*2.9399與實測推估結果之差異度為最低，因此使用此排放係數作為本研究之濁水溪揚塵排放係數推估公式。
Fluent模場模擬結果顯示，北岸風速經由河床地形以及南岸農耕地的影響後，風速會略微降低，因此WRF模擬風速須經修正得到更準確的數值以提升後續模擬準確性。濁水溪河川揚塵事件日案例模擬結果顯示，WRF天氣預報系統在風向模擬結果方面並不佳，而風速方面也會出現高估以及低估的情形。在風速風向模擬結果較好的事件日中，其模擬增量濃度差值與實際監測濃度差值並無相近的趨勢，其誤差原因除了WRF預報準確度不佳以外，擴散模式所需之面源資料以及排放係數亦有可能影響模擬結果之準確度，其中又以面源資料之準確度影響最大。同時擴散模式模擬結果為增量濃度，本研究之假設為背景濃度均相近，因此利用增量濃度差值與實測濃度差值探討其模擬準確度，但實際上背景濃度並不相同，與因此需要取得背景濃度資料以增加結果的驗證的有效性。

Dust emissions from the bare land near Jhuoshuei River have been an environmental concern since recent years. The main propse of this study is to build dust forecast system of Jhuoshuei River and the method can separate into two parts. First, using the results of ambient PM10 sampling and wind observation estimate emission factor of river dust. Second, select the river dust event day from 2008 to 2014 and use WRF to obtain the simulation results of selecting event days. The simulation wind speed results were corrected by Fluent model to make it more accurate. After obtaining dust emission factor and weather forecast result, calculate the simulation results of PM10 causing river dust by conducting ISCST3 model.
Resuspension experiment of sand indicates the PM10/TSP ratio of riverbed sample is 27.68-31.84% and PM2.5/TSP ratio is 13.39-18.3%, the PM10/TSP ratio of farmland sample is 27.07-54.57% and PM2.5/TSP ratio is 14.28-33.26%. On the surface, farmland has more amount of particle which diameter smaller than 10 μm than riverbed and this show farmland is more potential for dust emission.
In the results of river dust event day simulation, it shows the accuracy of wind velocity and wind direction producing by WRF still needs improvement. From the results of the event days with better accuracy on wind and particle concentration, the emission factor EF = 0.0447．u*2.9399 is better for dust prediction system. Comparison with EPA PM10 concentration and ISCST3 PM10 increasing concentration in the period of 2014/12/16-12/19, the result indicates that the error of ISCST3 model is caused by the accuracy ofsource area.

摘 要 i
Extended　Abstract iii
誌 謝 vi
第0章 目錄 I
第1章 前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 2
第2章 文獻回顧 3
2.1 濁水溪流域概況 3
2.1.1濁水溪地理位置與水文特性 3
2.1.2濁水溪揚塵成分組成與物化特性 4
2.2 河川揚塵排放機制 4
2.2.1河川揚塵產生機制 4
2.2.2排放係數推估公式 5
2.2.3探討影響揚塵排放之因子 9
2.3 風速垂直剖面分布 10
2.4 WRF氣象預報模擬系統介紹 12
2.5 Fluent流體分析模組介紹 15
2.5.1何謂CFD 15
2.5.2 Fluent模式 16
2.6 ISCST3擴散模式介紹 17
2.6.1擴散模式介紹 17
2.6.2擴散模式應用之相關文獻 19
第3章 研究方法 21
3.1 研究架構 21
3.2 河川揚塵濃度監測手動採樣 23
3.2.1採樣規劃 23
3.2.2採樣地點概況 25
3.2.3採樣與分析方法 33
3.2.4品保品管作業方法 34
3.3 現場砂粒粒徑分布調查 36
3.3.1採樣地點 36
3.3.2再捲揚腔實驗 37
3.3.3震動篩分析 38
3.4 濁水溪揚塵排放係數公式推估 39
3.4.1排放係數推估方法 39
3.4.2摩擦風速計算 39
3.5 濁水溪揚塵事件日挑選 39
3.6 WRF氣象預報模擬 40
3.7 Fluent數值模擬 41
3.7.1 Fluent之基本概念 41
3.7.2數值求解法 41
3.7.3邊界條件 41
3.8 濁水溪揚塵預報模擬 42
第4章 結果與討論 43
4.1河岸風場監測結果 43
4.2砂粒粒徑特性之分析結果 45
4.2.1再捲揚分析結果 45
4.2.2震動篩分析 45
4.2.3坋土含量與揚塵排放之關係 46
4.3周界大氣懸浮微粒濃度採樣之結果 47
4.4濁水溪揚塵排放係數公式推估 48
4.4.1摩擦風速與表面粗糙長度計算結果 51
4.4.2排放係數公式推估結果 52
4.4.3排放係數公式準確度比較 56
4.4.4排放係數公式之比較(本研究與文獻) 58
4.5 Fluent實場風速修正結果 59
4.5.1濁水溪河床剖面量測 59
4.5.2 Fluent風速修正公式結果 64
4.5.3風速修正公式使用與否之結果差異 68
4.6濁水溪河川揚塵事件日模擬結果 69
4.6.1歷年事件日氣象性能評估結果 69
4.6.2歷年事件日模擬結果 72
4.6.3應用實測氣象資料驗證排係數公式之準確度 85
第5章 結論與建議 87
5.1結論 87
5.2建議 90
第6章 參考文獻 91

Aimar, S. B., Mendez, M. J., Funk, R., ＆ Buschiazzo, D. E. (2012). Soil properties related to potential particulate matter emissions (PM10) of sandy soils. Aeolian Research, 3(4), 437-443.
Atkinson, D. G., Bailey, D. T., Irwin, J. S., ＆ Touma, J. S. (1997). Improvements to the EPA industrial source complex dispersion model. Journal of Applied Meteorology, 36(8), 1088-1095.
Bagnold, R. A. (2012). The physics of blown sand and desert dunes. Courier Corporation.
Blanco-Canqui, H., ＆ Lal, R. (2008). Principles of soil conservation and management. Springer Science ＆ Business Media.
Borrmann, S., ＆ Jaenicke, R. (1987). Wind tunnel experiments on the resuspension of sub-micrometer particles from a sand surface. Atmospheric Environment (1967), 21(9), 1891-1898.
Chepil, W. S. (1956). Influence of moisture on erodibility of soil by wind. Soil Science Society of America Journal, 20(2), 288-292.
Claiborn, C., Lamb, B., Miller, A., Beseda, J., Clode, B., Vaughan, J., ... ＆ Newvine, C. (1998). Regional measurements and modeling of windblown agricultural dust: The Columbia Plateau PM10 Program. Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984–2012), 103(D16), 19753-19767.
Chow, J. C., Watson, J. G., Houck, J. E., Pritchett, L. C., Rogers, C. F., Frazier, C. A., ... ＆ Ball, B. M. (1994). A laboratory resuspension chamber to measure fugitive dust size distributions and chemical compositions. Atmospheric Environment, 28(21), 3463-3481.
Emery, C.A., E. Tai, G. Yarwood, 2001 ,“Enhanced meteorological modeling and performance evaluation for two texas ozone episodes, Prepared for The Texas Natural Resource
Fairchild, C. I., ＆ Tillery, M. I. (1982). Wind tunnel measurements of the resuspension of ideal particles. Atmospheric Environment (1967), 16(2), 229-238.
Gillette, D. A., Adams, J., Muhs, D., ＆ Kihl, R. (1982). Threshold friction velocities and rupture moduli for crusted desert soils for the input of soil particles into the air.
Gillett, D. (1979). Environmental factors affecting dust emission by wind erosion. Saharan dust, 71-94.
Gillette, D., Ono, D., ＆ Richmond, K. (2004). A combined modeling and measurement technique for estimating windblown dust emissions at Owens (dry) Lake, California. Journal of Geophysical Research: Earth Surface (2003–2012), 109(F1).
Gillette, D. (1978). A wind tunnel simulation of the erosion of soil: Effect of soil texture, sandblasting, wind speed, and soil consolidation on dust production. Atmospheric Environment (1967), 12(8), 1735-1743.
Gillette, D. A., ＆ Passi, R. (1988). Modeling dust emission caused by wind erosion. Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984–2012), 93(D11), 14233-14242.
Gillette, D. A., Fryrear, D. W., Gill, T. E., Ley, T., Cahill, T. A., ＆ Gearhart, E. A. (1997). Relation of vertical flux of particles smaller than 10 μm to total aeolian horizontal mass flux at Owens Lake. Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984–2012), 102(D22), 26009-26015.
Gillies, J. A., Watson, J. G., Rogers, C. F., DuBois, D., Chow, J. C., Langston, R., ＆ Sweet, J. (1999). Long-term efficiencies of dust suppressants to reduce PM10 emissions from unpaved roads. Journal of the Air ＆ Waste Management Association, 49(1), 3-16.
Hanna, S. R., ＆ Chowdhury, B. (2014). Minimum turbulence assumptions and u* and L estimation for dispersion models during low-wind stable conditions. Journal of the Air ＆ Waste Management Association, 64(3), 309-321.
Kjelgaard, J., Sharratt, B., Sundram, I., Lamb, B., Claiborn, C., Saxton, K., ＆ Chandler, D. (2004). PM 10 emission from agricultural soils on the Columbia Plateau: comparison of dynamic and time-integrated field-scale measurements and entrainment mechanisms. Agricultural and forest meteorology, 125(3), 259-277.
Li, H., Tatarko, J., Kucharski, M., ＆ Dong, Z. (2015). PM2. 5 and PM10 emissions from agricultural soils by wind erosion. Aeolian Research.
Lopez, M. V. (1998). Wind erosion in agricultural soils: an example of limited supply of particles available for erosion. Catena, 33(1), 17-28.
Lin, C. W., ＆ Yeh, J. F. (2007). Estimating dust emission from a sandbank on the downstream Jhuoshuei River under strong wind conditions. Atmospheric Environment, 41(35), 7553-7561.
Monn, C., Braendli, O., Schaeppi, G., Schindler, C., Ackermann-Liebrich, U., Leuenberger, P., ＆ Sapaldia Team. (1995). Particulate matter( 10 μm (PM 10) and total suspended particulates (TSP) in urban, rural and alpine air in Switzerland. Atmospheric Environment, 29(19), 2565-2573.
Moosmüller, H., Gillies, J. A., Rogers, C. F., DuBois, D. W., Chow, J. C., Watson, J. G., ＆ Langston, R. (1998). Particulate emission rates for unpaved shoulders along a paved road. Journal of the Air ＆ Waste Management Association, 48(5), 398-407.
Nicholson, K. W. (1993). Wind tunnel experiments on the resuspension of particulate material. Atmospheric Environment. Part A. General Topics, 27(2), 181-188.
Nicholson, K. W. (1988). A review of particle resuspension. Atmospheric Environment (1967), 22(12), 2639-2651.
Nickling, W. G., ＆ Gillies, J. A. (1993). Dust emission and transport in Mali, West Africa. Sedimentology, 40(5), 859-868.
Okin, G. S., Murray, B., ＆ Schlesinger, W. H. (2001). Degradation of sandy arid shrubland environments: observations, process modelling, and management implications. Journal of Arid Environments, 47(2), 123-144.
Roney, J. A., ＆ White, B. R. (2006). Estimating fugitive dust emission rates using an environmental boundary layer wind tunnel. Atmospheric Environment, 40(40), 7668-7685.
Saxton, K., Chandler, D., Stetler, L., Lamb, B., Claiborn, C., ＆ Lee, B. H. (2000). Wind erosion and fugitive dust fluxes on agricultural lands in the Pacific Northwest. Transactions of the ASAE, 43(3), 623-630.
Saxton, K., Stetler, L., ＆ Chandler, D. (1997). Simultaneous wind erosion and PM10 fluxes. Initial Report.
Smith, S., Stribley, F. T., Milligan, P., ＆ Barratt, B. (2001). Factors influencing measurements of PM 10 during 1995–1997 in London. Atmospheric Environment, 35(27), 4651-4662.
Sutton, O. G. 1953. Micrometeorology. p. 76.
Tsuang, B. J., ＆ Chao, J. P. (1999). Application of circuit model for Taipei City PM 10 simulation. Atmospheric Environment, 33(11), 1789-1801.
Woodruff, N. P., ＆ Siddoway, F. H. (1965). A wind erosion equation. Soil Science Society of America Journal, 29(5), 602-608.
Xuan, J. (1999). Dust emission factors for environment of Northern China. Atmospheric Environment, 33(11), 1767-1776.
彭啟明、林松錦，1995，台灣北部地區混合層高度的觀測與模擬，大氣科學23(3-4)， 311-336.
游繁結，1989，濁水溪河口飛砂量之調查與研究，農林學報第38卷第一期，72-104.
黃隆明，張台聖，2012，混合層高度簡易估算法之探討，水土保持學報44(3)， 231-250.
黃隆明、陳天慈、范姜明威，2011，台灣中部河口飛砂及揚塵之調查與研究，水土保持學報 43(3), 259-276.
李芳君、余進利、江文山、溫進丁，2003，雲林海岸地區風飛砂調查，第25屆海洋工程研討會論文集，677-684.
林德貴、王勝賢、劉文宗、黃隆明，2012，大安溪河床揚塵對鄰近地區之影響評估，中華水土保持學報 43(3), 239-254.
林德貴、劉昱麟、王勝賢、劉文宗，2012，烏溪出海口河床裸露地之揚塵災害分析及抑制工法有效性評估，中國土木水利工程學刊, 24(2), 147-156.
林昭遠、莊智瑋，2009，濁水溪揚塵潛在發生區位劃定之研究，水土保持學報 40(3)， 277-285。
林昭遠、林政侑，2012，濁水溪下游河段揚塵發生之影響因素，中華水土保持學報 43(4), 323-331.
林昭遠、蔡淑芬、莊智瑋，2008，河川揚塵潛在區位之劃定與管理，中華水土保持學報 39(4), 367-377.
張能復、曾威霖，2005，地表能量平衡處理大氣穩定度方法與實例，國立台灣大學環境工程研究所。
林昭遠、張明倫、莊智瑋，2009，濁水溪河口揚塵對大氣懸浮微粒 (PM₁₀) 影響之研究，水土保持學報41(3), 285-296.
劉彥甫，2012，應用 Fluent 模式針對雲林麥寮離島工業區揚塵與海鹽之收集效率研究，成功大學環境工程學系學位論文。
林鴻維，2013，河川揚塵特性及其再懸浮評估-以彰化縣境為例，中山醫學大學職業安全衛生學系碩士班學位論文。
底宗鴻，2008，高雄地區陸域及鄰近海域懸浮微粒物化特性分析及時空分佈探討，國立中山大學環境工程研究所碩士論文。
孫孟祺，2008，利用受體模式推估中部空品區受到河川揚塵之影響，中興大學環境工程學系所學位論文。
謝宏益，2008， 擴散模式 ISC 與 AERMOD 之比較，中興大學環境工程學系所學位論文。
劉昱麟，2011，以數值方法探討河口揚塵排放行為，中興大學水土保持學系所學位論文。
林文印、顏有利、陳志傑、吳義林、張章堂、賴全裕，2012，河川揚塵對空氣品質影響預防評估計畫，100年度環保署/國科會空污防制科研合作計畫，NSC100－EPA－F－007－002。
郭崇義、林昭遠、林傳堯、黃隆明、望熙榮，2009，河川揚塵對中部大氣懸浮微粒影響程度之評估專案工作計畫，行政院環境保護署計畫，EPA-097-FA14-03-A042。
昱山環境技術服務顧問有限公司，2011，100年度濁水溪沿岸揚塵監測改善管理計畫，雲林縣環境保護局，YLEPB-100-015。
昱山環境技術服務顧問有限公司，2012，101年度濁水溪沿岸揚塵預警應變計畫，雲林縣環境保護局，YLEPB-101-017。
昱山環境技術服務顧問有限公司，2013，102 年度濁水溪河川揚塵防制及改善推動計畫，雲林縣環境保護局，YLEPB-102-019。
王福軍，2004，計算流體動力學分析-CFD軟件原理與應用，清華大學出版社。