應用碎形分析河川棲地分佈之時空特性

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林伯航(Bo-Hang Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

應用碎形分析河川棲地分佈之時空特性
(Fractal Analysis on Temporal and Spatial Habitat Distribution)

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摘要(中)

摘要
本研究主要以碎形理論(fractal theory)探討烏溪中上游河川棲地分佈之研究。彙整國內外生態棲地結構量化之文獻，利用HEC-RAS 3.0及RHABSIM 2.2進行演算分析，河段模擬流量從5cms～180cms，並運用網格計數法(box counting algorithm)分析四種棲地型態(深潭、淺瀨、深流、緩流)的碎形維度，再以平均碎形維度(mean fractal dimension)表示河川棲地內全部嵌塊體的複雜程度，將碎形維度與潭瀨所佔面積、所佔面積百分比或歧異度等做一系列關係之探討，亦討論潭瀨棲地隨時間、空間之動態變化情形，並定義衡量棲地環境優劣的棲地指標，以此指標量化河川棲地之優劣，得1987～2001年河川棲地環境優劣之變化趨勢，結果得知淺瀨、深流、緩流這三種棲地型態之碎形維度皆介於2.0～2.6之間，此結果可以將棲地邊緣的複雜程度表現出來。綜而言之，運用碎形維度(fractal dimension)、棲地歧異度(habitat diversity)等方法，可以分析研究河段在不同年份下的棲地環境之變化，以及因時空變化後棲地環境之相對優劣程度。本研究對於未來生態保育以及生態工程施作上，亦提供一種有效的分析方式。

摘要(英)

ABSTRACT
In this study, fractal theory is applied to discuss the habitat distribution in the upstream Wu River. Collecting references were addressed on quantifying the ecological habitat. The habitat is analyzed by two model, HEC-RAS 3.0 and RHABSIM 2.2, simulating flow between 5cms and 180cms. This research makes use of box counting algorithm to analyze fractal dimension of pool, riffle, run and glide. Moreover, mean fractal dimension is estimated to represent the complexity of all patches in riverine habitat. This research discusses fractal dimension, the areas of habitat in river, diversity, and their temporal and spatial variety. Finally, in this study proposes the habitat index (HI) to determine the condition of riverine habitat from 1987 to 2001. The result shows that the fractal dimension is between 2.0 and 2.6, which represents the complexity of edge of habitats.
In a word, this research approach is proven to be feasible to apply fractal dimension and habitat diversity to analyze the variety of habitat in the different years. This method provides an efficient way to address ecological condition in natural rivers.

關鍵字(中)

★ 棲地碎形維度
★ 棲地歧異度
★ 棲地指標

關鍵字(英)

★ Habitat Diversity
★ Habitat Index
★ Habitat Fractal Dimension

論文目次

摘要....................I
英文摘要...............II
目錄..................III
圖目錄..................V
表目錄.................IX
符號表..................X
第一章緒論 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究動機 2
1.3 本文架構 3
第二章文獻回顧 4
2.1空間結構分佈之概念 4
2.2空間結構計量指標 5
2.2.1 國內相關空間結構計量指標之研究 8
2.2.2 國外相關空間結構計量指標之研究 11
2.3 景觀生態的規劃原則 13
第三章理論分析 20
3.1 碎形理論 20
3.1.1 碎形與非碎形 21
3.1.2 碎形特性 22
3.1.3 碎形維度之意義 25
3.2HEC-RAS模式介紹 28
3.3 RHABSIM模式介紹 32
3.3.1 水理模式(Hydaulic model) 32
3.4 棲地歧異度指數 34
第四章案例研究 37
4.1 研究區域 37
4.1.1 烏溪流域簡介 37
4.1.2 研究河段 38
4.1.3 氣象與水文 38
4.2烏溪流域魚類生態 43
4.3 研究方法 46
4.3.1 模式驗證及建立 48
4.4 潭瀨棲地類型與碎形維度之推估 49
4.5 棲地歧異度之推估 52
第五章結果與討論 58
5.1 潭瀨棲地碎形維度之推估與相關分析 58
5.1.1潭瀨棲地碎形維度與其所佔面積之關係 58
5.1.2 不同流量下的歧異度指數 67
5.1.3 潭瀨棲地碎形維度與所佔面積百分比之關係 68
5.2 潭瀨棲地於空間上與時間上之變化與分析 75
5.2.1 潭瀨棲地於空間上之動態變化 75
5.2.2 潭瀨棲地隨時間之動態變化 81
5.3 棲地環境變化之延續性 88
第六章結論與建議 99
6.1 結論 99
6.2 建議 101
參考文獻 102

參考文獻

參考文獻
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指導教授

吳瑞賢(Ray-Shyan Wu)

審核日期

2004-7-9

推文