Carlson(1977)統計北美水庫水質總磷(TP)、透明度(SD)與葉綠素-a(Chl-a)相關性，提出卡爾森營養狀態指標(Carlson trophic status index, CTSI)，本研究以南化水庫及鏡面水庫1993-2013年之水質監測資料，檢討CTSI應用於我國水庫水質管理之適宜性，研究目的: (1) 統計水庫水質參數與CTSI值相關性、(2)評估水庫水質與CTSI公式相關性、及(3)比較各水質管理指標判定優養化之比例。此外，營養狀態指標包含CTSI及OECD、美國EPA與Carlson提議之水質指標。
研究結果顯示美國EPA、OECD與日本直接以 Chl-a、TP濃度判定水質營養狀態，CTSI則應用於美國有些州之湖泊水質總量管制計畫。以南化水庫水質為例之統計結果，顯示南化水庫TN/TP平均值為37.54大於15，磷為優養化之限制營養源。SD、TP與Chl-a之間相關性低，其相關係數(r)分別0.08與0.19，無法以SD與TP推估Chl-a，此與Carlson統計北美水庫水質具高相關性(其r值分別0.93與0.846)之結果相異，故CTSI公式不適用於我國水庫水質管理。此外，南化水庫水質SD與SS之相關性(r=-0.77)高於SD與Chl-a之相關性(r= 0.08)，意味這SD主要受SS影響，致使CTSI值亦主要受TSI(SD)值影響。我國水庫集水區暴雨高SS，故SD不適用為我國水庫水質管理參數。
CTSI判定南化水庫優養化比例為27%，以TP為管理指標時，OECD TP、OECD年平均TP、USEPA TP與Carlson TP判定優養化比例分別為13%、16%、41%與32%。以Chl-a為管理指標時，OECD Chl-a、OECD年平均Chl-a、USEPA Chl-a與Carlson Chl-a判定優養化比例分別為1% 、5%、9%與9%。結果顯示因USEPA TP判定優養化限值為20 ug/L(相當於我國甲類水體標準)，判定優養化比例最高為41%。相對地，以Chl-a判定優養化比例最高為USEPA Chl-a之9%。鏡面水庫之結果與上述南化水庫之結果相似。Chl-a直接代表藻類數量，TP為藻類生長限制營養源，故建議我國水庫水質營養狀態管理指標可同時參採OECD平均TP與USEPA Chl-a或OECD年平均Chl-a。

Carlson(1977) developed CTIS(Carlson trophic status index) using the correlation of total phosphorus (TP), transparency (SD) and chlorophyll a (Chl-a) based on data of North America reservoir. In this study, the water quality data of Nan-Hua and Ching-Mien reservoirs monitored from 1993 to 2013 was collected by Taiwan EPA. The purposes of this research were: (1) to analyze the correlation between water quality parameters and CTSI, (2) to evaluate water quality parameters associated with the CTSI, (3) to compare the ratio of eutrophic status using trophic state indices. The trophic state indices (TSI) including CTSI, OECD comprehensive index (OECD) and US EPA are employed.
The US EPA, OECD and Japan classified trophic status by Chl-a and TP concentration. CTSI was applied in Lake TMDL of the United States. The results based on the data of Nan-Hua reservoir indicate that, for example, the average of N/P ratio of Nan-Hua reservoir was 38 (more than 15). The limiting nutrient might be TP for Nan-Hua reservoir. The low correlation is present SD, TP and Chl-a. The correlation coefficient(r) was 0.08 and 0.19, respectively. The consequences are different from Carlson’s results that SD between TP and Chl-a had high correlation(r= 0.93 and r= 0.846, respectively). CTSI can not apply to the management of reservoir water quality in Taiwan. The correlation between SD and SS was better than that between SD and Chl-a which means SD is mainly affected by SS. Because reservoirs had high SS concentration in Taiwan, SD is not appropriate for water quality parameters.
The ratio of eutrophic status was 27% by CTSI in Nan-Hua reservoir. The ratio of eutrophic status according to TP is 3% (OECD TP), 16% (OECD average TP), 41% (USEPA TP) and 32% (Carlson TP), respectively. The ratio of eutrophic status according to Chl-a were 1%(OECD Chl-a), 5%(OECD average Chl-a), 9%(USEPA Chl-a) and 9%(Carlson Chl-a), respectively. The highest ratio of eutrophic status according to TP was 41% by USEPA (TP), because the trophic status value for eutrophication was 20 μg /L. In contrast, the highest ratio of eutrophic status was 9% by USEPA (Chl-a). The results of Ching-Mien reservoir were similar to that result of Nan-Hua reservoir. Chl-a represented the density of algae and limiting nutrient was TP. Based on this research, we suggest that TP and/or Chl-a might be applied to classify the trophic status in Taiwan reservoir/lake.

目錄
目錄	I
表目錄	III
圖目錄	IV
第一章、	前言	1
1-1	研究緣起	1
1-2	研究目的	2
第二章、	文獻回顧	4
2-1	優養化	4
2-2	藻類生長影響因素	4
2-3	水質營養狀態指標	5
2-3-1	單一參數指標	6
2-3-2	多參數指標	13
第三章、	研究資料與方法	26
3-1	研究資料	26
3-2	南化水庫	27
3-3	鏡面水庫	29
3-4	水質指標工具	31
第四章、	南化水庫水質營養狀態管理指標結果	32
4-1	水庫水質狀態趨勢	32
4-1-1	各項水質變化趨勢	34
4-1-2	水質參數相關性	41
4-2	CTSI值影響因子	46
4-3	南化水庫水質參數與Carlson TSI公式關聯性	48
4-4	各水質指標營養狀態之判定	53
第五章、	鏡面水庫水質營養狀態管理指標結果	59
5-1	水庫水質狀態趨勢	59
5-1-1	各項水質變化趨勢	61
5-1-2	水質參數相關性	68
5-2	CTSI值影響因子	73
5-3	鏡面水庫水質參數與Carlson TSI公式關聯性	75
5-4	各水質指標營養狀態之判定	79
第六章、	結論	85
參考文獻	86


 
表目錄
表 2-1 OECD單一參數營養狀態標準	6
表 2-2 美國環保署單一參數營養狀態指標	7
表 2-3 Carlson單一參水庫水質指標	7
表 2-4 TSI(Chl-a)水質營養狀態指標	8
表 2-5 NLA單一參數營養狀態指標	9
表 2-6 加拿大總磷判定優養化指標	10
表 2-7 OECD水庫水質營養狀態判定	11
表 2-8 Forsberg 與 Ryding 水質營養狀態標準	12
表 2-9 CTSI指數值與水質營養程度之關係	13
表 2-10 NCTSI指數值與水質營養程度之關係	18
表 2-11 TSI指數值與水質營養程度之關係	19
表 2-12 TSI指數值與水質營養程度之關係	20
表 2-13 TSI指數值與水質營養程度之關係	21
表 2-14 TSI指數值與水質營養程度之關係	23
表 2-15 國外營養狀態水質研究	24
表 4-1 南化水庫水質參數(1994-2013)	32
表 4-2 南化水庫四季水質參數平均(1994-2013年)	33
表 4-3 南化水庫水質參數相關性及顯著值(p)	45
表 4-4 南化水庫水質參數與Carlson TSI公式關聯性	51
表 5-1 鏡面水庫水質參數(1993-2013年)	59
表 5-2 鏡面水庫四季水質參數平均(1993-2013年)	60
表 5-3 鏡面水庫質參數相關性及顯著值(p)	72
表 5-4 鏡面水庫水質參數與Carlson TSI公式關聯性	78

圖目錄
圖 1-1 研究方法流程圖	3
圖 3-1 台灣本島水庫之分布圖	26
圖 3-2 南化水庫集水區	27
圖 3-3 南化水庫測站分布位置	28
圖 3-4 鏡面水庫集水區	29
圖 3-5 鏡面水庫測站分布位置	30
圖 4-1 1994-2013年南化水庫水溫變化	34
圖 4-2 1994-2013南化水庫TP濃度變化	35
圖 4-3 1994-2006年南化水庫TN濃度變化	35
圖 4-4 1994-2006年南化水庫TN/TP變化	36
圖 4-5 1994-2013年南化水庫SD變化	37
圖 4-6 1994-2013年南化水庫SS濃度變化	37
圖 4-7 1994-2013年南化水庫Chl-a濃度變化	38
圖 4-8 1995-2013年平均CTSI值	39
圖 4-9 1995-2013年南化水庫年平均CTSI值與三項TSI值分布	40
圖 4-10 1994-2013年南化水庫CTSI濃度變化	40
圖 4-11 南化水庫Chl-a與TP之相關性	41
圖 4-12 南化水庫Chl-a與SD之相關性	42
圖 4-13 南化水庫SS與TP之相關性	43
圖 4-14 南化水庫SS與SD之相關性	44
圖 4-15 南化水庫SD與TP之相關性	44
圖 4-16 1994-2013南化水庫CTSI三項參數之盒鬚圖	46
圖 4-17 1994-2013南化水庫CTSI大於50三項參數之盒鬚圖	47
圖 4-18 南化水庫ln(SD)與ln(Chl-a)	49
圖 4-19 南化水庫ln(SD)與ln(SS)	50
圖 4-20 南化水庫ln(Chl-a)與ln(TP)	50
圖 4-21 南化水庫SD與1/TP	51
圖 4-22 1995-2013年南化水庫CTSI與三項TSI之年平均值	52
圖 4-23 南化水庫以Chl-a單一指標判定為優養之比例	53
圖 4-24 南化水庫以TP單一指標判定為優養之比例	54
圖 4-25 OECD年平均Chl-a濃度判定優養化分布	56
圖 4-26 OECD年最大Chl-a濃度判定優養化分布	56
圖 4-27 OECD年平均TP濃度判定優養化分布	57
圖 4-28 南化水庫以OECD判定為優養之比例	57
圖 4-29 南化水庫以多參數指標判定為優養之比例	58
圖 5-1 1993-2013年鏡面水庫水溫變化	61
圖 5-2 1993-2013鏡面水庫TP濃度變化	62
圖 5-3 1993-2006年鏡面水庫TN濃度變化	62
圖 5-4 1993-2006年鏡面水庫TN/TP變化	63
圖 5-5 1993-2013年鏡面水庫SD變化	64
圖 5-6 1993-2013年鏡面水庫SS濃度變化	64
圖 5-7 1993-2013年鏡面水庫Chl-a濃度變化	65
圖 5-8 1994-2013年平均CTSI值	66
圖 5-9 1993-2013年鏡面水庫年平均CTSI值與三項TSI值分布	67
圖 5-10 1993-2013年鏡面水庫CTSI變化	67
圖 5-11 鏡面水庫Chl-a與TP之相關性	68
圖 5-12 鏡面水庫Chl-a與SD之相關性	69
圖 5-13 鏡面水庫SS與TP之相關性	70
圖 5-14 鏡面水庫SS與SD之相關性	71
圖 5-15 鏡面水庫SD與TP之相關性	71
圖 5-16 1993-2013鏡面水庫CTSI三項參數之盒鬚圖	73
圖 5-17 1993-2013鏡面水庫CTSI大於50三項參數之盒鬚圖	74
圖 5-18 鏡面水庫ln(SD)與ln(Chl-a)	76
圖 5-19 鏡面水庫ln(SD)與ln(SS)	76
圖 5-20 鏡面水庫ln(Chl-a)與ln(TP)	77
圖 5-21 鏡面水庫SD與1/TP	77
圖 5-22 1994-2013年鏡面水庫CTSI與三項TSI之年平均值	78
圖 5-23 鏡面水庫以Chl-a單一指標判定為優養之比例	79
圖 5-24 鏡面水庫以TP單一指標判定為優養之比例	80
圖 5-25 OECD年平均Chl-a濃度判定優養化分布	82
圖 5-26 OECD年最大Chl-a濃度判定優養化分布	82
圖 5-27 OECD年平均TP濃度判定優養化分布	83
圖 5-28 鏡面水庫以OECD判定為優養之比例	83
圖 5-29 鏡面水庫以多參數指標判定為優養之比例	84

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