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研究生:唐雍翔
研究生(外文):Yung-Hsiang Tang
論文名稱:氣象變化及入流水溫對新山水庫優養化之影響
論文名稱(外文):The Effects of Weather and Inflow Water Temperature on the Eutrophic Condition of Shin-Shan Reservoir
指導教授:吳先琪
指導教授(外文):Shian-Chee Wu
口試委員:柳文成童心欣闕蓓德
口試委員(外文):Wen-Cheng LiuHsin-Hsin TungPei-Te Chiueh
口試日期:2015-06-26
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:環境工程學研究所
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:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:127
中文關鍵詞:CE-QUAL-W2入流水溫浮昇射流水庫優養化水質模式
外文關鍵詞:CE-QUAL-W2inflow temperaturebuoyant jeteutrophicationquality model
相關次數:
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位於基隆市安樂區的新山水庫為一離槽水庫,提供基隆市以及鄰近新北市部分區域之公共給水。近年來新山水庫於夏季分層時期常處於優養化狀態。本研究利用CE-QUAL-W2模式搭配浮昇射流機制來模擬新山水庫之水質,分析進流水水量、溫度與水庫優養化程度之關係,探討不同進水條件對水庫優養化及水理、水質之變化情形。
本研究以2014年之實測數據做為模式參數校正之依據,而以2010年之實測資料做為驗證。分析結果顯示,以CE-QUAL-W2模式搭配浮昇射流模擬新山水庫之水位、水溫等水理變化情形,其結果較無浮昇射流之模式好。而本研究模擬的水質項目有總磷、硝酸鹽、氨氮及葉綠素a等,其結果顯示總磷模擬結果有偏低之情形,葉綠素a模擬結果,大致與實測狀況相吻合。
由模擬結果可看出,經浮昇射流計算後,入流水溫的變化,將影響入流水上浮最終停留之位置。當停留位置接近表面時,便會使入流營養鹽濃度累積於表層或斜溫層中,導致水庫優養情形更為嚴重。
整體而言,以CE-QUAL-W2模式搭配浮昇射流來模擬新山水庫之水質,對夏季分層水體之水質模擬有較良好的結果,顯示浮昇射流運用於分層水體之必要性。在水庫分層時期,由底層進水可有效減緩表層之藻華現象。另外入流水溫度會影響入流最後停留位置,若進流溫度較低時,如夜間進水,營養鹽較不易進入表層,可有效抑制藻類的繁殖;而進流水溫高時,將造成藻類大量生長。因此水庫管理單位在連續高溫,河水溫度較高時,應注意水庫水質之變化。可依不同之操作,舒緩水庫優養化現象,維持水資源的安全性與利用性。


Shin-Shan Reservoir located at Anle Dist., Keelung City in Taiwan is an off-channel reservoir, providing water for people living in Keelung City and surrounding area of New Taipei City. In recent years, Shin-Shan Reservoir had heavy algal blooms in summer when the water body was stratified. In this study, we adopted CE-QUAL-W2 model and integrated the buoyant jet mechanism into it to simulate the water quality of Shin-Shan Reservoir. The relationships between inflow rate, temperature and the degree of eutrophication were investigated, as well as those between the variation of eutrophication and the characteristics of inflow.
The model was calibrated and verified with the field data in 2014 and 2010, respectively. The results show that the predicted concentrations of phosphorus, nitrate, ammonium and chlorophyll a are close to real data. However, the total phosphorus concentration was underestimated by the model.
Model simulations reveal that temperature of inflow water affects the final position of inflow which becomes a buoyant jet in a stratified water body. When the inflow jet is dispersed near the water surface, the nutrients will be loaded in the epilimnion or metalimnion, leading to severe eutrophication.
CE-QUAL-W2 model with the buoyant jet mechanism is able to simulate the water quality of Shin-Shan Reservoir better than the model without consideration of the behavior of the buoyant plume. Furthermore, river temperature affects the final position of inflow. If the river water is cooler than the water of the thermocline, the nutrients will not be loaded into surface water, and there will be less growth of algae. On the contrary, if it is warmer, the algae will bloom heavily. Therefore, the authority of Shin-Shan Reservoir should closely watch the temperature of river water when it is climbing up quicker than that of the water in the reservoir, and choose appropriate operational approach to preserve the water quality in the reservoir.


誌謝 i
摘要 iii
Abstract iv
目錄 vi
圖目錄 ix
表目錄 xii
一、前言 1
1.1. 研究緣起 1
1.2. 研究目的 2
二、背景與原理 3
2.1. 亞熱帶分層水庫與藻類之特性 3
2.1.1. 水庫熱分層現象 3
2.1.2. 研究場址介紹 4
2.1.3. 新山水庫背景資料調查 5
2.2. 優養化現象 6
2.2.1. 優養化指標 7
2.3. 密度流 8
2.3.1. 密度流對水庫水質的影響 8
2.3.2. 密度流的形式-新山水庫 9
2.4. 浮昇射流介紹 10
2.4.1. 射流基本理論與機制 11
2.4.2. 浮流基本理論與機制 13
2.4.3. 浮昇射流理論與機制 14
2.5. 水庫模式 17
2.5.1. 水庫模式的發展 17
2.5.2. 國內水庫模式之相關研究 18
2.5.3. CE-QUAL-W2模式介紹 18
三、實驗設備與研究方法 20
3.1. 資料收集與水樣分析 20
3.1.1. 水庫幾何形狀 21
3.1.2. 庫內水質資料 21
3.1.3. 氣象資料 23
3.1.4. 進出水資料 23
3.2. 分析水庫水質與藻類消長之關係 24
3.2.1. 資料類型 24
3.2.2. 相關分析 24
3.2.3. 探討藻類與各因子之相關性 25
3.3. 建立水質模式之方法 25
3.3.1. 模式各類方程式介紹 26
3.3.2. 模式輸入資料介紹 32
3.3.3. 水庫網格設定 34
3.4. 建立浮昇射流模式之方法 35
3.4.1. 模式架構 35
3.4.2. 輸入檔設定介紹 38
四、結果與討論 39
4.1. 藻類消長與各項水質參數之相關性 39
4.1.1. 藻類歷年變化 39
4.1.2. 藻類與水質因子之相關性分析 40
4.1.3. 藻類與進流水之相關性分析 43
4.2. 浮昇射流搭配CE-QUAL-W2模式之校正與驗證 44
4.2.1. 模式之基本設定 44
4.2.2. 水理模擬結果 46
4.2.2.1水位模擬結果 46
4.2.2.2溫度模擬結果 48
4.2.3. 水質模擬結果 52
4.2.3.1總磷模擬結果 52
4.2.3.2氨氮及硝酸鹽模擬結果 54
4.2.3.3葉綠素a模擬結果 56
4.3. 浮昇射流模式之影響 59
4.3.1. 模式之基本設定 59
4.3.1.1單純使用CE-QUAL-W2模式之基本設定 60
4.3.2. 進流位置之比較 60
4.3.3. 水理模擬結果 61
4.3.4. 水質模擬結果 63
4.3.4.1總磷與硝酸鹽模擬結果 63
4.3.4.2葉綠素a模擬結果 66
4.3.5. 浮昇射流模式影響之討論 67
4.4. 進流位置對水質之影響 68
4.4.1. 不同入流位置經浮昇射流計算後最終停留位置之差異 68
4.4.2. 不同進流位置對總磷濃度分布之影響 70
4.4.3. 不同進流位置對硝酸鹽之影響 73
4.4.4. 不同進流位置對葉綠素a的影響 75
4.4.5. 不同進流位置對水質影響之討論 77
4.5. 在不同操作下入流溫度對水質之影響 78
4.5.1. 日夜間進水與實測溫度之關係 79
4.5.2. 日夜間進水對營養鹽之影響 81
4.5.3. 日夜間進水對葉綠素a之影響 84
4.5.4. 日夜間進水對水質影響之討論 86
五、結論與建議 87
5.1. 結論 87
5.2. 建議 88
參考文獻 89
附錄一 93
附錄二 95
附錄三 96
附錄四 98
附錄五 99
附錄六 100
附錄七 102
附錄八 104
附錄九 105
附錄十 108
附錄十一 115
附錄十二 117
附錄十三 120



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