臺灣河川生態定量評定與改善方式之研究

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毛振泰(Chen-Tai Mao) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

臺灣河川生態定量評定與改善方式之研究
(The Study of Quantitative Assessment and Improvement Methods in Ameliorating River Ecology In Taiwan)

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摘要(中)

有關水利及生態理論間之量化平台，是水利工程規劃設計時要解決的問題，本研究，利用台灣淡水及河口魚類誌中所記錄之魚類調查資料、中央研究院生物多樣性中心所架構之台灣魚類資料庫及相關國內外文獻，依據臺灣本島魚類棲息之五個動物地理分區，以各分區中淡水特有魚種之生存適合性作為評估河川生態的標準，制訂各分區上、中、下游河段之四種棲地適合度曲線（流速、水深、底質及水質棲地適合度曲線）。所繪的五區共60幅棲地適合度曲線圖，亦應用於筏子溪的不同型態河槽棲地分析及臺灣本島河川生態寬度及彎曲量化分析，共有以下結論：
1.由筏子溪不同型態河槽棲地分析結果發現，設計的河川寬度與型態皆能影響棲地面積數量。拓寬河道可增加河川棲地，傳統使用的複式斷面仍具有保持棲地之優勢。設計河槽型態愈彎曲複雜，某些流量下魚類適合的棲地愈多，當流量至Q50 之較大值後，河水已漫溢出岸邊，所有淹水區域成為魚類最佳棲地。這也呈現平常在颱風時期，臺灣常有民眾在大洪水時在岸邊捕魚景象之具體說明。
2.經分析全臺灣本島32個河段棲地型態，建議於營造改善已存在堤線之河川環境時，應至少保留設原計畫河寬的百分之七十作為河川生態寬度（Be），維持其原有河川地貌及地形，不予改變。另對於需新建河川防洪構造物河段，建議儘量採用計畫河寬計算公式所得之最大值（Max計畫河寬），作為治理計畫線寬度（Bp），並以Be=0.1324* Bp1.1931 之公式，求取治理河段需維持自然狀態的最小寬度。
3.在河川彎曲量化分析方面，從分析32河段中的11處蜿蜒河段，發現，Lepold and Wolman(1960)所獲得的蜿蜒河槽幾合特性中，彎頂距（λ）的公式尚可於臺灣適用，但彎槽擺幅與彎曲半徑公式則顯得並不適合。另河川彎曲處的凸岸區腹地，在水位溢槽時皆為優良棲地，在河川管理時，應列為水利用地保持自然狀態。
4.本研究在適合度曲線現地觀測試驗方面，發現前人繪製的適合度曲線，有僅針對單一目標魚種及受限於人工作業限制等缺憾。未來利用水中攝影長期藉由電腦記錄影像資料，分析適合度曲線應為經濟可行的方式之一。
5.本研究所研析的結果，可作為目前政府部門已展開之大規模水利建設計畫，如國土復育計畫及易淹水地區水患治理計畫之規劃參考，讓水利工程師更藉重生態學界的智慧，使未來所營造河川之環境更符合生態理念。

摘要(英)

With the aim to resolve problems in quantifying ecological and hydrological aspects of water works engineering and design, this study applies data on fish species from the “Freshwater and estuarine fishes of Taiwan”, “The Fish Database of Taiwan “ from the Center for Biodiversity, Academia Sinica, and international scientific literature to fit four different habitat suitability curve regimes (flow velocity, water depth, bed material and water quality) of the upstream, midstream and downstream sections of rivers in five different geographical zones in Taiwan. In total, 60 habitat suitability curves for local endemic freshwater water species were drawn and used as the standard to assess river habitat ecology. This methodology was applied for different river channel types in Fatze River and a quantitative analysis was carried out for ecological width and sinuosity typical of rivers in Taiwan. The conclusions derived from our study can be summarized as follows:
1.The analysis on different river channel types in Fatze River shows that river width and channel form design both affect habitat area. Widening the river channel will increase river habitat area and traditionally methods in designing a complex cross-sectional relief are most efficient in maintaining habitat area. The more complex the design of the river channel sinuosity also increases habitat area for endemic fish species under certain discharge velocities. Once discharge exceeds Q50, the floodwater top the riverbanks and create optimal habitat conditions for the freshwater fish species. This conclusion is also visually corroborated by the presence of fishermen up and down the river coasts once a typhoon passes.
2.Following the analysis of 32 river sections and their habitat types in Taiwan, we concluded that for the future construction and amelioration of river embankments a minimum of 70% of the original channel width must be reserved for river ecology (Be). The landscape and topographical relief of the river must remain untouched. Additionally, for river sections in need of new floodworks construction, our study recommends that the largest value of the river width equation be used for regulating the project width (Bp). Furthermore, the relationship between Be and Bp should be established at Be=0.1324* Bp1.1931 to calculate the requisite minimum width of the river to maintain base ecology.
3.The analysis of the river sinuosity in 11 meanderings of the 32 rivers has confirmed that of the hydraulic geometric relationships obtained by Leopold and Wolman (1960), the equation for the distance between two meanders（λ）is applicable to Taiwan while the equations for amplitude and radius of the meander are not. The region outside of the river bend is a suitable habitat area during floods and, as such, by river management guidelines should be protected and preserved.
4.In situ observation and application of habitat suitability curves from previous studies targeted a single fish species and were constrained by physical limitations. In the future, the use of underwater long-term video cameras and datalinks for immediate computer analysis is recommended for field trials.
5.The results achieved in this study can used as a reference by government bodies involved in large-scale water works engineering projects (e.g. the Homeland Restoration Project and the Regulation of Flood-Prone Areas Project). It can be a functional tool in eco-engineering, and facilitate the implementation of ecological concepts in engineering and construction work.

關鍵字(中)

★ 生態河寬

關鍵字(英)

★ Ecological river width

論文目次

摘要 III
Abstract IV
目錄 VI
表目錄 IX
圖目錄 X
代號說明 XIII
第一章導論 1
1.1　研究動機 1
1.2　研究目標與方向 1
1.3　研究範疇 2
1.4　本研究流程與章節架構 2
第二章文獻回顧 4
2.1　概述 4
2.2　河川環境定性改善目標 4
2.3　臺灣魚類生態 7
2.4　河川生態定量評定方式 9
2.4.1 美國HABITAT SUITABILITY INDEX MODELS（HSI） 9
2.4.2 IFIM 模式 13
2.5　河川生態定量改善方法 14
2.6　河川量化特性及分類（河川水流、河川寬度、河川分類及河川型態等） 15
2.6.1河川水流分類 15
2.6.2 河川寬度的研究 15
2.6.3勢能與河流形態 16
2.6.4河川型態分類及相關分類系統 18
第三章研究方法 28
3.1　概述 28
3.2　研究範圍 28
3.3　HEC-RAS模式介紹 28
3.4　本研究應用之棲地評估方式說明 30
3.5　二維棲地模擬模式原理及RIVER2D模式介紹 31
3.6　數值高程模型原理與應用 32
3.7　棲地類型與河床底質 33
第四章臺灣本島河川原生魚種適合度曲線研究結果 37
4.1　概述 37
4.2　臺灣特有淡水魚種棲地適合度指數的定義 37
4.3　前人相關棲地適合度曲線繪製及應用 39
4.4　台灣河川淡水特有魚種各區棲地適合度曲線之研訂 39
4.4.1台灣本島五個主要動物地理區劃分 40
4.4.2流速適合度曲線之制訂與繪製 40
4.4.3水深適合度曲線之制訂與繪製 47
4.4.4底質適合度曲線之制訂與繪製 51
4.4.5水質適合度曲線之制訂與繪製 54
第五章研究河川及河段之擇取與分析結果 58
5.1　概述 58
5.2　擇定研究河段 58
5.3　各研究河段水理特性分析 58
5.3.1 各選取河系、河川及河段基本特性及參考資料來源 58
5.3.2各河段河道坡降及河床質分析 70
5.3.3各河段河槽型態分析 70
5.4　定義選取河段上中下游 74
5.4.1依臺灣河口及淡水魚類誌（1999）定性分類 74
5.4.2依山本晃一（1997）、千山捻（1991）等方式分類 74
第六章河川形狀與生態棲地關係研究結果 79
6.1　概述 79
6.2　筏子溪的魚類調查 79
6.3　原河道及原河道拓寬後四種河川型態之訂定與地形製作 80
6.4　五種河川型態之棲地分析 80
6.5　結果分析 80
第七章臺灣河川生態寬度與彎曲研析結果 86
7.1　概述 86
7.2　臺灣河川生態寬度的定義及推求 86
7.2.1臺灣河川的傳統治理與天然河川型態 86
7.2.2河川廊道的重要性與本研究河川生態寬度之定義 86
7.2.3各研究河段WUA分析及生態河寬之推求 88
7.2.4生態河寬之檢討 95
7.3　臺灣河川彎曲量化分析 95
7.3.1臺灣河川的彎曲幾何特性分析 95
7.3.2臺灣河川彎曲段的棲地特性分析 100
7.4　結果分析 100
第八章生態觀測站的建置與試驗結果 105
8.1　設站位置及資料蒐集 105
8.2　流速及水深棲地適合度曲線建置 109
8.3　各種制定棲地適合度曲線方式比較 109
第九章結論與建議 114
9.1 結論 114
9.2 建議 115
參考文獻 116

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指導教授

吳瑞賢(Ray-Shyan Wu)

審核日期

2007-3-26

推文