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姓名	謝文雄(Wen-Hsiung Hsieh)  查詢紙本館藏	畢業系所	水文與海洋科學研究所
論文名稱	水庫水位激烈變化下之水理水質模擬 (Hydrodynamics and Water Quality Simulation under Dramatic Variation of Water Level in Reservoir)
相關論文	★ 水資源供需指標建立之研究 ★ 救旱措施對水資源供需之影響分析 ★ 台灣地區颱風雨降雨型態之分析研究 ★ 滯洪池系統最佳化之研究 ★ 運用遺傳演算優化串聯水庫系統聯合運轉規線之研究 ★ 河川魚類棲地分佈之推估與分析研究－以卑南溪新武呂河段為例－ ★ 整合型區域水庫與攔河堰聯合運轉系統模擬解析及優化之研究 ★ 河川低水流量分流演算推估魚類棲地之研究-以烏溪上游為例 ★ 大漢溪中游生態基流量推估與棲地改善之研究 ★ 遺傳演算法運用在石門與翡翠水庫並聯系統操作規線之研究 ★ 石門水庫水質模擬與水理探討 ★ 越域引水水庫聯合操作規線與打折供水最佳化之應用－以寶山與寶山第二水庫為例 ★ 防洪疏散門最佳啟閉時間之研究 －以基隆河臺北市河段為例－ ★ 配水管網破管與供水穩定性關係之研究 ★ 石門水庫永續指標之建立與研究 ★ 台灣地區重要水庫集水區永續指標建立與評量
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摘要(中)	摘要 本研究主要利用CE-QUAL-W2模式，模擬石門水庫遭受污染及水位激烈改變下之水理、水質變化情形。以民國90年之實測資料作為模式參數檢定的依據，而以民國91年之資料作驗證，並進行模式參數之敏感度分析。之後考慮水庫不同入流量及污染負荷情況下對水理及水質之影響，如此便可得知模式於石門水庫之適用性。 結果分析顯示，以CE-QUAL-W2模式模擬石門水庫之水位、水溫及流場等水理現象，其結果大致良好。在模擬各項水質項目中，以溶氧之模擬結果與實測值最接近，再來依次是總磷、氨氮、葉綠素a及硝酸氮，整體而言，模擬結果尚可。民國91年2〜6月為水庫水位急遽下降時期，其水質變化由模式模擬反映出：葉綠素a濃度有明顯上升的趨勢；總磷與硝酸氮因藻類吸收利用，使得濃度下降；溶氧隨著藻類劇增而有降低現象；氨氮主要因暴雨逕流而使水庫污染負荷增加。參數敏感度分析結果，以藻類飽和生長率（AG）、飽和日光強度（ASAT）、藻類呼吸率（AR）、光消減係數（EXH2O）及藻類沉降率（AS）此五個參數對模式輸出結果影響較為顯著，在模擬過程中應慎選使用。
摘要(英)	Abstract This research simulates Shin-Men Reservoir’s hydrodynamics and water quality under suffering polluting and dramatic variation of water level by applying CE-QUAL-W2 model. This study is performed by applying year 2001’s in-situ measurement to be the accordance of model’s parameter’s test, and using year 2002’s in-situ measurement to be the calibration of model’s parameter and sensitivity analysis. Considering different inflow and pollutant loading’s effects to hydrodynamics and water quality to evaluate the suitability of the model in Shin-Men Reservoir. The result is acceptable in the prediction of the water level, water temperature, fluid dynamics simulated by CE-QUAL-W2. Among the items of water quality simulated, the dissolved oxygen (DO) is the most adequate, and the phosphorous (TP), ammonium nitrogen (NH3-N), chlorophyll-a (Chl-a), and nitrate nitrogen (NO3--N) are at acceptable. During the dramatic decrement period of water level between year 2002 Feb. to Jun., the model’s result shows: Chl-a runs the obviously uptrend, TP and NO3--N become low concentration for the algal absorb, DO decreases by algal’s breeding, NH3-N increases due to the reservoir pollutant loading by storm and runoff. The result of sensitivity analysis shows that the algal saturation growth rate (AG), saturation light intensity (ASAT), algal respiration rate (AR), light extinction coefficient (EXH2O), and algal settling rate (AS) are notable to model simulation, should be selected cautiously.
關鍵字(中)	★ 水理 ★ CE-QUAL-W2 ★ 敏感度分析 ★ 水質	關鍵字(英)	★ sensitivity analysis ★ hydrodynamics ★ CE-QUAL-W2 ★ water quality
論文目次	目錄 摘要I AbstractII 目錄III 圖目錄V 表目錄XI 第一章 導論1 1.1 研究緣起1 1.2 研究目的1 1.3 研究範圍及流程2 1.4 章節簡介3 第二章 文獻回顧5 2.1 水質模式5 2.2 國內外相關研究6 第三章 模式理論分析8 3.1 模式簡介8 3.2 水理模式基本控制方程式8 3.3 熱收支模式10 3.4 水庫之分層效應11 3.5 水質傳輸模式12 3.6 生化反應模式13 第四章 石門水庫水理及水質探討24 4.1 石門水庫簡介24 4.2 水庫水質優養評估方法25 4.3 水庫歷年資料分析30 4.4 模式於水庫之水理及水質模擬36 4.4.1 水庫之分段與分層36 4.4.2 模式之輸入資料37 4.4.3 模式之檢定與驗證44 第五章 模式參數之敏感度分析76 5.1 參數之描述76 5.2 敏感度分析之理論79 5.3 參數之敏感度分析80 第六章 模式之應用108 6.1 水庫入流量改變對水理及水質之影響108 6.2 水庫污染負荷改變對水質之影響116 6.2.1 污染源之簡述116 6.2.2 污染削減量分析116 第七章 結論與建議122 7.1 結論122 7.2 建議125 參考文獻126 圖目錄 圖1.1 研究流程4 圖3.1 水的密度與溫度之關係20 圖3.2 水庫水溫之年分佈概略情況21 圖3.3 葉綠素a系統22 圖3.4 磷系統22 圖3.5 氮系統23 圖3.6 溶氧系統23 圖4.1(a) 石門水庫民國83-91年表水域總磷年實測平均值及標準偏差32 圖4.1(b) 石門水庫民國83-91年表水域葉綠素a年實測平均值及標準偏差32 圖4.1(c) 石門水庫民國83-91年表水域透明度年實測平均值及標準偏差32 圖4.2(a) 石門水庫民國83-91年表水域葉綠素a月實測平均值及標準偏差33 圖4.2(b) 石門水庫民國83-91年表水域總磷月實測平均值及標準偏差33 圖4.2(c) 石門水庫民國83-91年表水域氨氮月實測平均值及標準偏差33 圖4.2(d) 石門水庫民國83-91年表水域硝酸氮月實測平均值及標準偏差34 圖4.2(e) 石門水庫民國83-91年表水域溶氧月實測平均值及標準偏差34 圖4.3 石門水庫民國83-91年表水域之CTSI、MTSI及NCTSI指標35 圖4.4 石門水庫淤積之縱斷面39 圖4.5 石門水庫淤積測量之橫斷面位置40 圖4.6 石門水庫二維模擬網格之劃分41 圖4.7 石門水庫各支流流域面積分佈42 圖4.8 水庫及支流水質採樣點位置43 圖4.9(a) 石門水庫民國90年大壩站水位變化之實測與模擬比較（檢定）48 圖4.9(b) 石門水庫民國91年大壩站水位變化之實測與模擬比較（驗證）48 圖4.10(a) 石門水庫民國90年1-6月大壩站水溫之實測與模擬比較（檢定）49 圖4.10(b) 石門水庫民國90年7-12月大壩站水溫之實測與模擬比較（檢定）50 圖4.11(a) 石門水庫民國91年1-4月大壩站水溫之實測與模擬比較（驗證）51 圖4.11(b) 石門水庫民國91年5-12月大壩站水溫之模擬值52 圖4.11(b) 石門水庫民國91年5-12月大壩站水溫之模擬值（續）53 圖4.12(a) 石門水庫民國90年1-6月等溫線54 圖4.12(b) 石門水庫民國90年7-12月等溫線55 圖4.13(a) 石門水庫民國91年1-6月等溫線56 圖4.13(b) 石門水庫民國91年7-12月等溫線57 圖4.14(a) 石門水庫民國90年1-6月流場58 圖4.14(b) 石門水庫民國90年7-12月流場59 圖4.15(a) 石門水庫民國91年1-6月流場60 圖4.15(b) 石門水庫民國91年7-12月流場61 圖4.16 石門水庫民國90年大壩站葉綠素a之實測與模擬比較（檢定）66 圖4.17 石門水庫民國90年大壩站總磷之實測與模擬比較（檢定）67 圖4.18 石門水庫民國90年大壩站氨氮之實測與模擬比較（檢定）68 圖4.19 石門水庫民國90年大壩站硝酸氮之實測與模擬比較（檢定）69 圖4.20 石門水庫民國90年大壩站溶氧之實測與模擬比較（檢定）70 圖4.21 石門水庫民國91年大壩站葉綠素a之實測與模擬比較（驗證）71 圖4.22 石門水庫民國91年大壩站總磷之實測與模擬比較（驗證）71 圖4.23 石門水庫民國91年大壩站氨氮之實測與模擬比較（驗證）72 圖4.24 石門水庫民國91年大壩站硝酸氮之實測與模擬比較（驗證）72 圖4.25 石門水庫民國91年大壩站溶氧之實測與模擬比較（驗證）73 圖4.26 石門水庫民國90年之主、支流入流歷線74 圖4.27 石門水庫民國91年之主、支流入流歷線74 圖5.1(a) 光消減係數對葉綠素a之參數敏感度分析結果84 圖5.1(b) 光消減係數對總磷之參數敏感度分析結果84 圖5.1(c) 光消減係數對氨氮之參數敏感度分析結果84 圖5.1(d) 光消減係數對硝酸氮之參數敏感度分析結果85 圖5.1(e) 光消減係數對溶氧之參數敏感度分析結果85 圖5.2(a) 藻類飽和生長率對葉綠素a之參數敏感度分析結果86 圖5.2(b) 藻類飽和生長率對總磷之參數敏感度分析結果86 圖5.2(c) 藻類飽和生長率對氨氮之參數敏感度分析結果86 圖5.2(d) 藻類飽和生長率對硝酸氮之參數敏感度分析結果87 圖5.2(e) 藻類飽和生長率對溶氧之參數敏感度分析結果87 圖5.3(a) 藻類死亡率對葉綠素a之參數敏感度分析結果88 圖5.3(b) 藻類死亡率對總磷之參數敏感度分析結果88 圖5.3(c) 藻類死亡率對氨氮之參數敏感度分析結果88 圖5.3(d) 藻類死亡率對硝酸氮之參數敏感度分析結果89 圖5.3(e) 藻類死亡率對溶氧之參數敏感度分析結果89 圖5.4(a) 藻類代謝死亡率對葉綠素a之參數敏感度分析結果90 圖5.4(b) 藻類代謝死亡率對總磷之參數敏感度分析結果90 圖5.4(c) 藻類代謝死亡率對氨氮之參數敏感度分析結果90 圖5.4(d) 藻類代謝死亡率對硝酸氮之參數敏感度分析結果91 圖5.4(e) 藻類代謝死亡率對溶氧之參數敏感度分析結果91 圖5.5(a) 藻類呼吸率對葉綠素a之參數敏感度分析結果92 圖5.5(b) 藻類呼吸率對總磷之參數敏感度分析結果92 圖5.5(c) 藻類呼吸率對氨氮之參數敏感度分析結果92 圖5.5(d) 藻類呼吸率對硝酸氮之參數敏感度分析結果93 圖5.5(e) 藻類呼吸率對溶氧之參數敏感度分析結果93 圖5.6(a) 藻類沉降率對葉綠素a之參數敏感度分析結果94 圖5.6(b) 藻類沉降率對總磷之參數敏感度分析結果94 圖5.6(c) 藻類沉降率對氨氮之參數敏感度分析結果94 圖5.6(d) 藻類沉降率對硝酸氮之參數敏感度分析結果95 圖5.6(e) 藻類沉降率對溶氧之參數敏感度分析結果95 圖5.7(a) 飽和日光強度對葉綠素a之參數敏感度分析結果96 圖5.7(b) 飽和日光強度對總磷之參數敏感度分析結果96 圖5.7(c) 飽和日光強度對氨氮之參數敏感度分析結果96 圖5.7(d) 飽和日光強度對硝酸氮之參數敏感度分析結果97 圖5.7(e) 飽和日光強度對溶氧之參數敏感度分析結果97 圖5.8(a) 底泥磷釋放率對葉綠素a之參數敏感度分析結果98 圖5.8(b) 底泥磷釋放率對總磷之參數敏感度分析結果98 圖5.8(c) 底泥磷釋放率對氨氮之參數敏感度分析結果98 圖5.8(d) 底泥磷釋放率對硝酸氮之參數敏感度分析結果99 圖5.8(e) 底泥磷釋放率對溶氧之參數敏感度分析結果99 圖5.9(a) 磷半飽和常數對葉綠素a之參數敏感度分析結果100 圖5.9(b) 磷半飽和常數對總磷之參數敏感度分析結果100 圖5.9(c) 磷半飽和常數對氨氮之參數敏感度分析結果100 圖5.9(d) 磷半飽和常數對硝酸氮之參數敏感度分析結果101 圖5.9(e) 磷半飽和常數對溶氧之參數敏感度分析結果101 圖5.10(a) 氨氮遞減率對葉綠素a之參數敏感度分析結果102 圖5.10(b) 氨氮遞減率對總磷之參數敏感度分析結果102 圖5.10(c) 氨氮遞減率對氨氮之參數敏感度分析結果102 圖5.10(d) 氨氮遞減率對硝酸氮之參數敏感度分析結果103 圖5.10(e) 氨氮遞減率對溶氧之參數敏感度分析結果103 圖5.11(a) 氮半飽和常數對葉綠素a之參數敏感度分析結果104 圖5.11(b) 氮半飽和常數對總磷之參數敏感度分析結果104 圖5.11(c) 氮半飽和常數對氨氮之參數敏感度分析結果104 圖5.11(d) 氮半飽和常數對硝酸氮之參數敏感度分析結果105 圖5.11(e) 氮半飽和常數對溶氧之參數敏感度分析結果105 圖5.12(a) 硝酸氮遞減率對葉綠素a之參數敏感度分析結果106 圖5.12(b) 硝酸氮遞減率對總磷之參數敏感度分析結果106 圖5.12(c) 硝酸氮遞減率對氨氮之參數敏感度分析結果106 圖5.12(d) 硝酸氮遞減率對硝酸氮之參數敏感度分析結果107 圖5.12(e) 硝酸氮遞減率對溶氧之參數敏感度分析結果107 圖6.1 石門水庫民國91年2-6月原始入流量與改變入流量之比較111 圖6.2 石門水庫民國91年大壩站原始水位與改變水位之比較112 圖6.3 石門水庫民國91年5、6月大壩站原始水溫與改變水溫之比較112 圖6.4(a) 石門水庫民國91年5月之原始流場113 圖6.4(b) 石門水庫民國91年5月之改變流場113 圖6.5(a) 石門水庫民國91年6月之原始流場114 圖6.5(b) 石門水庫民國91年6月之改變流場114 圖6.6 石門水庫民國91年5、6月大壩站原始與改變葉綠素a之比較115 圖6.7 石門水庫民國91年5、6月大壩站原始與改變總磷之比較115 圖6.8(a) 石門水庫民國90年各種入流污染削減率之大壩處葉綠素a變化120 圖6.8(b) 石門水庫民國90年各種入流污染削減率之大壩處總磷變化120 圖6.9(a) 石門水庫民國91年各種入流污染削減率之大壩處葉綠素a變化121 圖6.9(b) 石門水庫民國91年各種入流污染削減率之大壩處總磷變化121 表目錄 表4.1 OECD單一參數判斷優養化之標準27 表4.2 Carlson單一參數判斷優養化之標準27 表4.3 US EPA單一參數判斷優養化之標準27 表4.4 石門水庫各支流控制之流域面積42 表4.5 水庫及支流水質採樣點編號43 表4.6 石門水庫生化反應參數檢定值47 表4.7 石門水庫民國90年大壩站水質實測與模擬結果之AME與RMSE值75 表4.8 石門水庫民國91年大壩站水質實測與模擬結果之AME與RMSE值75 表5.1 生化反應參數對水質模擬項目之敏感度分析83 表6.1 石門水庫民國90年之入流污染削減後之污染量119 表6.2 石門水庫民國91年之入流污染削減後之污染量119
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指導教授	吳瑞賢(Ray-Shyan Wu)	審核日期	2003-7-15
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