郭振泰臺灣大學：土木工程學研究所葉齡云Yeh, Ling -YunLing -YunYeh2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50519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 1005008261 bytesapplication/pdfen-US石門水庫水質模擬總磷懸浮固體BASINSNPSMGISVollenweidernon-point sourcesthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/50519/1/ntu-95-R93521329-1.pdf