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系統識別號 U0002-0703201213552600
中文論文名稱 QUAL2K模式評估人工溼地改善大漢溪水質之研究
英文論文名稱 Evaluation of Constructed Wetland to Improve Da-Han Creek Water Quality by QUAL2K Model
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 水資源及環境工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Water Resources and Environmental Engineering
學年度 100
學期 1
出版年 101
研究生中文姓名 黃珮瑜
研究生英文姓名 Pei-Yu Huang
學號 699480280
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2012-01-06
論文頁數 92頁
口試委員 指導教授-康世芳
委員-陳起鳳
委員-李柏青
中文關鍵字 QUAL2K  人工溼地  Q75  大漢溪  水質 
英文關鍵字 QUAL2K  Constructed Wetland  Q75  Da-Han Creek  Water Quality 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要   本研究以QUAL2K水質模式檢討人工溼地改善水質濃度之效果,以大漢溪中下游河段及其8座人工溼地為研究區域,研究目的為:(1) 評估人工溼地改善大漢溪水質(BOD、SS及NH3-N)之效果、(2) 情境模擬流量(Q90、Q75、Q50)對水質改善之影響、及(3) 探討各人工溼地對水質改善之貢獻度。
  首先,QUAL2K水質模式參數(溫度修正係數、祛氧係數及再曝氣係數)等分別以相關係數(r)、決定係數(R2)及模式有效性係數(EF)及平均絕對值誤差率(MAPE)作率定及驗證,結果顯示模擬值除NH3-N外,BOD及SS均於可接受範圍內(r > 0.5、R2 > 0.7、EF > 0及MAPE < 50),顯示本研究模式模擬參數值合理。
  大漢溪沿岸人工溼地設置後可改善水體水質,以流量Q75為例,水質濃度改善程度BOD、SS及NH3-N分別為16%~41%、9%~16%及7%~23,依序為BOD > NH3-N > SS。情境模擬流量對水質濃度改善影響之結果,顯示流量越大則削減BOD及SS比例越小,BOD及SS水質濃度改善程度受情境流量影響,但NH3-N則不受影響。改善後之大漢溪中下游水質僅有SS符合丙類及丁類水體水質標準,BOD及NH3-N仍無法達到丙類標準,故需從源頭減量著手,減少大漢溪沿岸之生活污水後應能使BOD及SS濃度降低。
  此外,各別人工溼地改善水體水質之貢獻度及占整體削減比例依序為,BOD:浮洲人工溼地(38%)> 華江人工溼地(22%)> 新海一期人工溼地(13%)。SS:城林人工溼地(47%)> 鹿角溪人工溼地(15%)> 浮洲人工溼地(13%)。NH3-N:浮洲人工溼地(33%)> 新海一期人工溼地(27%)> 華江人工溼地(21%)。顯示人工溼地因其設計處理水量及對BOD、SS及NH3-N處理濃度不同而使改善程度有差異。於不同設計情境流量下之模擬結果亦顯示源頭流量越大,人工溼地所能削減污染物之比例降低,削減污染物能力:Q90 > Q75 > Q50。
英文摘要   The water quality model QUAL2K is applied in this study to simulate the improvement of water quality by constructed wetlands. The study area of this study is midstream and downstream of Da-Han Creek with its eight constructed wetlands. the purpose of this study is to: (1) evaluate the improvement and effects of water quality (BOD, SS and NH3-N) of Da-Han Creek by constructed wetland, (2) evaluate the effect of flow scenarios (Q90, Q75, Q50) on water quality improvement, and (3) explore the contribution of each constructed wetlands for water quality improvement.
  First, the fitness of the parameters (temperature correction factor, deoxygenation rate coefficient and reaeration coefficient) in QUAL2K were verified through calibration and validation based on four performance indexes, which are correlation coefficient (r), coefficient of determination (R2), model efficiency (EF) and mean absolute percentage error rate (MAPE), the results of calibration and validation indicate that the simulated values of BOD, SS are all located within acceptable range and have a good performance(r> 0.5, R2> 0.7, EF> 0 and MAPE<50)except NH3-N, thus it can be seen, the calibrated parameters were reasonable and applicable in this study.
  The setting of constructed wetland on Da-Han Creek can improve the water quality. Take Q75 flow rate as an example, the improvement of BOD, SS and NH3-N were form 16% to 41%, 9% to 16% and 7% to 23, respectively, and the improvement of BOD is better than NH3-N and SS. The other major purpose of this study is to measure the impacts of different flow scenarios on water quality improvement. The results display that the reduction portion of BOD and SS concentration will decrease with increasing the flow rate. On the contrary, NH3-N are not affected. The improvement of water quality on middle and lower reaches of Da-Han Creek shows that only SS can meet the Surface Water Classification Standards of class C and D, however, BOD and NH3-N are still unable to meet the Surface Water Classification Standards of class C. The results point out that if we want to improve the water quality significantly, it proceed from the reduction sewage from the sources or upstream.
  Furthermore, this study explores the efficiency and contribution of water quality improvement of each constructed wetland. For BOD: Fuchou constructed wetland (38%)> Hwajiang constructed wetland (22%)> Sinhai-I constructed wetland (13%). SS: Chenglin constructed wetland (47%)> Lujiao Creek constructed wetland (15%)> Fuchou constructed wetland (13%). For NH3-N: Fuchou constructed wetland (33%)> Sinhai-I constructed wetland (27%)> Hwajiang constructed wetland (21%). The results indicates that the improvement efficiency of Constructed wetlands is effected by the capacity of wastewater treatment and the concentration of BOD, SS and NH3-N. Through Different flow scenario simulation, the results also show that the higher flow from upstream, the lower pollutants reduction proportion of constructed wetland. In this study, the reduction proportions under different flow rate are Q90> Q75> Q50.
論文目次 目錄 i
表目錄 iii
圖目錄 v
第一章 前言 1
1.1研究緣起 1
1.2研究目的 2
1.3研究流程 2
第二章 文獻回顧 4
2.1人工溼地 4
2.1.1人工溼地類別 5
2.1.2人工溼地去除污染物機制 8
2.1.3人工溼地對水中污染物去除效果 9
2.2水質模式 12
2.2.1國內常用水質模式 13
2.2.2模式評選 14
2.2.3模式介紹 15
2.2.4模式應用 23
第三章 研究區域及研究方法 26
3.1研究區域 26
3.1.1大漢溪模擬河段介紹 26
3.1.2大漢溪人工溼地 33
3.1.3污染源推估 35
3.2研究方法 38
3.2.1QUAL2K模式建置 38
3.2.2模擬結果判定指標 46
第四章 結果與討論 49
4.1模式率定及驗證 49
4.1.1 率定結果 50
4.1.2 驗證結果 52
4.2流量對水質影響 55
4.2.1不同流量之水質模擬 55
4.3人工溼地對水質改善效果 59
4.3.1有、無人工溼地之模擬 59
4.3.2各別溼地之模擬 68
第五章 結論與建議 78
5.1結論 78
5.2建議 80
參考文獻 81
附錄A 大漢溪人工溼地簡介 85

表目錄
表2.1 人工溼地類型特性表 7
表2.2 人工溼地去除污染物之機制 9
表2.3 國內人工溼地污染物去除研究 10
表2.4 國外人工溼地污染物去除研究 11
表2.5 國內常用水質模式 13
表2.6 各種開放渠道表面之曼寧粗糙係數 20
表2.7 QUAL2K質量傳輸模式流程代表符號說明表 22
表2.8 國內研究統整 24
表2.9 國外研究統整 25
表3.1 大漢溪流域水體分類 28
表3.2 地面水體分類及水質標準 28
表3.3 大漢溪人工溼地簡介 35
表3.4 大漢溪中下游集污區統計表 36
表3.5 大漢溪流域各類污染量推估結果 37
表3.6 大漢溪河段支排水資料表 38
表3.7 大漢溪河段水理資料表 40
表3.7 大漢溪河段水理資料表(續) 41
表3.8 2005年水溫統計資料 43
表3.9 QUAL2K預設之溫度係數θ值 44
表3.10 BOD影響因子 44
表3.11 K2建議值(20℃) 45
表3.12 QUAL2K參數建議值 45
表3.13 模式判定指標表 48
表4.1 大漢溪水質測站實測值 49
表4.2 水質率定結果判定指標表 52
表4.3 水質驗證結果判定指標表 54
表4.4 大漢溪人工溼地之處理水質水量設計值 60
表4.5 BOD模擬結果 61
表4.6 SS模擬結果 63
表4.7 NH3-N模擬結果 65
表4.8 模擬終點之BOD模擬結果 70
表4.9 模擬終點之SS模擬結果 73
表4.10 模擬終點之NH3-N模擬結果 76
表4.11 貢獻度整理 77

圖目錄
圖1.1 研究流程圖 3
圖2.1 表面流人工溼地系統(FWS) 6
圖2.2 地下流人工溼地系統(SFW) 7
圖2.3 人工溼地淨化機制概念圖 8
圖2.4 QUAL2K河段劃分概念圖 18
圖2.5 流量平衡圖 19
圖2.6 梯形渠道示意圖 20
圖3.1 大漢溪中下游水質測站位置圖 29
圖3.2 大漢溪水溫年平均變化圖 29
圖3.4 大漢溪BOD年平均變化圖 30
(a)板新取水口(b)三鶯大橋、柑園大橋、浮洲橋及新海大橋 30
圖3.5 大漢溪SS年平均變化圖 31
(a)板新取水口(b)三鶯大橋、柑園大橋、浮洲橋及(c)新海大橋 31
圖3.6 大漢溪NH3-N年平均變化圖 32
(a)板新取水口(b)三鶯大橋、柑園大橋、浮洲橋及新海大橋 32
圖3.7 新北市公共下水道普及率變化 33
圖3.8 大漢溪人工溼地分佈位置圖 34
圖3.9 集污區分布圖 36
圖3.10 大漢溪網格劃分及支排水排入位置圖 39
圖3.11 三鶯大橋之流量延時曲線 42
圖4.1 BOD模擬結果(率定) 50
圖4.2 SS模擬結果(率定) 51
圖4.3 NH3-N模擬結果(率定) 51
圖4.4 BOD模擬結果(驗證) 52
圖4.5 SS模擬結果(驗證) 53
圖4.6 NH3-N模擬結果(驗證) 54
圖4.8 流量模擬結果 55
圖4.9 BOD模擬結果 56
圖4.10 SS模擬結果 57
圖4.11 NH3-N模擬結果 58
圖4.12 人工溼地設置前後BOD模擬結果 62
(a) Q90=0.22 cms (b) Q75=0.59 cms (c) Q50=5.60 cms 62
圖4.13 人工溼地設置前後SS模擬結果 64
(a) Q90=0.22 cms (b) Q75=0.59 cms (c) Q50=5.60 cms 64
圖4.14 人工溼地設置前後NH3-N模擬結果 66
(a) Q90=0.22 cms (b) Q75=0.59 cms (c) Q50=5.60 cms 66
圖4.15 模擬終點BOD濃度改變量 69
(a) Q90=0.22 cms (b) Q75=0.59 cms (c) Q50=5.60 cms 69
圖4.16 模擬終點SS濃度改變量 72
(a) Q90=0.22 cms (b) Q75=0.59 cms (c) Q50=5.60 cms 72
圖4.17 模擬終點NH3-N濃度改變量 75
(a) Q90=0.22 cms (b) Q75=0.59 cms (c) Q50=5.60 cms 75
參考文獻 [1] Chapra, S., Pelletier, G.(2003)QUAL2K: A Modeling Framework for Simulating River and Stream Water Quality: Documentation and Users Manual.
[2] Chapra, S., Pelletier, G., Tao, H.(2008)QUAL2K: A Modeling Framework for Simulating River and Stream Water Quality(Version 2.11)Documentation.
[3] Churchill, M., Elmore, H., Buckingham, R.(1962)The Prediction of Stream Reaeration Rates. Jour. San. Eng. Div., Proc. Amer. Soc. Civil Engr 88, A4.
[4] Cox, B.A.(2003)A Review of Currently Available In-stream Water-quality Models and Their Applicability for Simulating Dissolved Oxygen in Lowland Rivers. Science of the Total Environment 314-316, 335-377.
[5] Di Toro, D.M., O'Connor, D.J., Thomann, R.V.(1971)A dynamic Model of The Phytoplankton Population in The Sacramento-San Joaquin Delta. Adv. Chem. Ser 106, 131-180.
[6] El-Sheikh, M.A., Saleh, H.I., El-Quosy, D.E., Mahmoud, A.A. (2010) Improving Water Quality in Polluated Drains with Free Water Surface Constructed Wetlands. Ecological Engineering 36, 1478-1484.
[7] Goktas, R.K., Aksoy, A.(2007)Calibration and Verification of QUAL2E Using Genetic Algorithm Optimization. Journal of Water Resources Planning and Management 133, 126-136.
[8] Gordon, H.L., Goldman, S. (1992)Simulations on The Counterion and Solvent Distribution Functions Around Two Simple Models of A Polyelectrolyte. The Journal of Physical Chemistry 96, 1921-1932.
[9] Huertas, E., Folch, M., Salgot, M., Gonzalvo, I., Passarell, C.(2006) Constructed Wetlands Effluent for Stream Flow Augmentation in The Besos River (Spain). Desalination 188, 141-147.
[10] Jan, V. (2007) Removal of Nutrients in Various Types of Constructed Wetlands. Science of the Total Environment 380, 48-65.
[11] Kannel, P.R., Lee, S., Lee, Y.S., Kanel, S.R., Pelletier, G.J., Kim, H.(2007) Application of Automated QUAL2Kw for Water Quality Modeling and Management in The Bagmati River, Nepal. Ecological Modelling 202, 503-517.
[12] Knight, R.L., WE, P.J.V., Borer, R.E., Pries, J.H.(2000)Constructed Wetlands for Livestock Wastewater Management. Ecological Engineering 15, 41-55.
[13] Neralla, S., Weaver, R.W., Lesikar, B.J., Persyn, R.A.(2000)Improvement of domestic wastewater quality by subsurface flow constructed wetlands. Bioresource Technology 75, 19-25.
[14] Paliwal, R., Sharma, P., Kansal, A.(2007)Water Quality Modelling of the River Yamuna (India) Using QUAL2E-UNCAS. Journal of Environmental Management 83, 131-144.
[15] Park, S.S., Lee, Y.S.(2002)A Water Quality Modeling Study of the Nakdong River, Korea. Ecological Modelling 152, 65-75.
[16] Purandara, B.K., Varadarajan, N., Venkatesh, B., Choubey, V.K.(2011)Surface Water Quality Evaluation and Modeling of Ghataprabha River, Karnataka, India. Environmental Monitoring and Assessment 184, 1371-1378.
[17] Salvai, A., Bezdan, A.(2008)Water Quality Model QUAL2K in TMDL Development. Water Quality Model QUAL2K in TMDL Development 27.
[18] Sindilariu, P.-D., Brinker, A., Reiter, R.(2009) Factors Influencing the Efficiency of Constructed Wetlands Used for the Treatment of Intensive Trout Farm Effluent. Ecological Engineering 35, 711-722.
[19] Streeter, H.W., Phelps, E.B.,(1958)A Study of the Pollution and Natural Purfication of the Ohio River. US Department of Health, Education, & Welfare.
[20] Turner, D.F., Pelletier, G.J., Kasper, B.(2009)Dissolved Oxygen and pH Modeling of A Periphyton Dominated, Nutrient Enriched River. Journal of Environmental Engineering 135, 645.
[21] Wang, W., Yu, Y.(2001)Process and Design of Wastewater Treatment by Constructed Wetland. Urban Environment & Urban Ecology 1.
[22] Wolansk, D.(2005)Total Maximum Daily Loads(TMDLs)Analysis for Pocomoke River, Delaware. Delaware Department of Natural Resources and Environmental Control 820 Silver Lake Blvd, Suite220.
[23] Zainudin, Z., Rahman, N.A., Abdullah, N., Mazlan, N.F.(2010)Development of Water Quality Model for Sungai Tebrau Using QUAL2K. Journal of Applied Sciences 10, 2748-2750.
[24] 台北縣政府水利局(2011),「台北縣淡水河流域水理水質監測與成效評估管理計畫 第二次工作成果報告」。
[25] 台北縣政府水利局(2010),「台北縣淡水河流域水理水質監測與成效評估管理計畫 第一次工作成果報告」。
[26] 新北市政府環保局(2011),「探索大漢溪生態廊道-現地處理水質淨化場指導覽手冊」。
[27] 行政院環保署(2005),「流域別水污染總量管制暨配套措施之研究」。
[28] 李公哲等(1985),「臺灣地區河川水質模式應用現況及準則研擬之可行性研究」,國立台灣大學環境工程學研究所,行政院環保署。
[29] 李黃允(2001),「以二階段人工溼地去除生活污水中之營養鹽」,國立中山大學環境工程研究所,碩士論文。
[30] 李翠玉(2008),「人工溼地對水中污染物削減之研究-以嘉義縣荷苞嶼溼地為例」,立雲林科技大學環境與安全衛生工程研究所,碩士論文。
[31] 林亮君(2005),「不確定環境下的河川總量管制策略」,朝陽科技大學環境工程與管理系,碩士論文。
[32] 邱文彥等(2000),「綠色環保技術之研究及策略研究-溼地對水資源之保育管理及永續利用---子計畫VI:本土化人工溼地設計資料庫之建立(II)」,國立台灣海洋大學河海工程系,行政院國家科學委員會。
[33] 張秀琴(2004),「利用QUAL2E水質模式模擬淡水河系興建污水下水道之水質影響」,中原大學土木工程學系,碩士論文。
[34] 張鈞凱(2005),「大漢溪流域污染調查與削減策略評估」,國立台灣大學環境工程學研究所,碩士論文。
[35] 陳江河(2004),「台灣鄉村住宅建築生活汙水處理改善方式之研究-以蘆葦床處理系統為例」,國立台灣大學生物環境系統工程學研究所,碩士論文。
[36] 陳信安(2005),「應用人工溼地進行河川灘地水質淨化之研究-以新竹客雅溪為例」,中華大學土木工程學系,碩士論文。
[37] 陳柏州(2004),「以人工溼地淨化水質之研究」,國立高雄第一科技大學環境與安全衛生工程系碩士班,碩士論文。
[38] 陳榮凱,(2007),「以QUAL2K水質模式模擬狹長型人工溼地之研究」,國立高雄第一科技大學環境與安全衛生工程系碩士班,碩士論文。
[39] 曾淑君(2010),「QUAL2K應用於台中市河川水污染防治之研究」,逢甲大學環境工程與科學所,碩士論文。
[40] 黃日昇(2009),「應用QUAL2K建立高屏溪及東港溪河川水質模式與管理策略之研究」,屏東科技大學環境工程與科學系碩士班,碩士論文。
[41] 陳憲琦(2011),「結合HSPF模式與負荷延時曲線法推估北勢溪集水區變動的總量管制值」,國立台北科技大學土木與防災研究所,碩士論文。
[42] 黃聖授(2001),「高屏溪涵容能力之評估」,國立中山大學環境工程研究所,碩士論文。
[43] 葉琮裕(2004),「人工溼地運用於廢水處理之評析」,環保訓練園地,第 70期,行政院環保署。
[44] 廖俊強(2008),「QUAL2K於舊濁水溪水污染防治之應用」,逢甲大學水利工程與資源保育學系碩士班,碩士論文。
[45] 劉思明(1988),「QUAL2E在河川涵容能力求法上之應用」,國立成功大學環境工程研究所,碩士論文。
[46] 劉醇慶(2006),「利用QUAL2K探討蘭陽溪氮鹽削減之影響」,國立東華大學環境政策研究所,碩士論文。
[47] 歐文生(2005),「生活污水應用人工溼地處理及再利用之研究」,國立成功大學建築研究所,博士論文。
[48] 顏宛珍(2006),「以人工溼地處理校園化糞池出流水之研究」,國立台灣科技大學化學工程系碩士班,碩士論文。
[49] 內政部營建署網站(2011)http://www.cpami.gov.tw/chinese/index.php?option=com_content&view=article&id=9995&Itemid=53
[50] Natural Systems International Website http://www.natsys-inc.com/resources/about-constructed-wetlands/
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