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系統識別號 U0002-2106201016305000
中文論文名稱 集水區土地變遷對水質影響之關聯性分析
英文論文名稱 Correlation Analysis for Watershed Land Change and Water Quality
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 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 黃郁強
研究生英文姓名 Yu-Chiang Huang
學號 697480159
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-06-18
論文頁數 98頁
口試委員 指導教授-康世芳
委員-陳起鳳
委員-張保興
中文關鍵字 集水區  土地變遷  水質  皮爾森積差相關  顯著性  迴歸分析 
英文關鍵字 watershed  land change  water quality  Pearson product-moment correlation  significance  regression analysis 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 本研究探討土地變遷與流量對水質影響,以翡翠水庫集水區為研究區,探討不同水質項目受流量大小的影響程度,應用皮爾森(Pearson)積差相關分析與顯著性檢定觀察受土地變遷影響較顯著的水質項目,以多元迴歸分析分別建立各水質項目之迴歸公式,最後模擬未來土地利用情境,帶入迴歸式以推估未來土地利用變遷對水質之影響。
研究結果顯示:流量與水質濃度相關係最大為SS(R2=0.573);其次為總磷(R2=0.287)、氨氮(R2=0.149),流量大小與水質濃度具有正相關。土地利用型態改變對總磷、氨氮與硝酸鹽氮濃度的影響較其他水質項目顯著,而各種水質項目中,總磷及氨氮濃度受市集(R2>0.7)及農地(R2>0.6)影響最為顯著;硝酸鹽氮濃度則受林地影響最大(R2=0.727)。
多元迴歸式帶入馬可夫鍊(Markov Chain)模型求得金瓜寮溪流域未來之土地利用變化情形,則2052年河川水質之總磷、氨氮與硝酸鹽氮濃度,將較2004年分別增加11.1、35.4與11.0 %。多元迴歸式帶入BAU(Business As Usual)求得之土地利用變化情形,則2052年河川水質之總磷、氨氮與硝酸鹽氮濃度,將較2004年分別增加46.1、132.0與17.4 %。若自2010年起農地面積發展速率增加10倍,則2052年河川中之總磷、氨氮與消酸鹽氮濃度,較農地面積正常發展分別提高69.6、108.9與105.7 %;其中總磷與氨氮濃度分別提高25.65 μg/L 與0.158 mg/L,並超過甲類水體標準。
英文摘要 This study demonstrated the effects of land change and streamflow on water quality in Feitsui Reservoir Watershed and aimed to quantify the relationships rather than determining the qualitative interactions. Pearson product-moment correlation was used to identify the water quality those significantly affected by land change; furthermore, multiple regression analysis was applied to link the relationship. The derived regression equations were finally served as decision-making tools to predict the water quality in several future land use scenarios.
The results showed that the most significant correlation between flow and water quality occurred in suspended solid (SS), which coefficient of determination (R2) is 0.573. The correlations in other water qualities were much low, i.e. 0.287 for total phosphorous (TP) and 0.149 for ammonia-nitrogen (NH4-N). Although the concentrations of all water quality increase with higher streamflow, the correlations are not confident except SS. In the contrary, the relations between land use and water quality were distinct, especially in TP, NH4-N and nitrate-nitrogen (NO3-N). The effect levels from various land use on water quality were different. Urban and agriculture land affected TP and NH4-N clearly, in which the R2 is more than 0.7 and 0.6, respectively. The influence of NO3-N was dominated by forest and the R2 was 0.727.
Three land use scenarios were assumed. They are business as usual (BAU), forecast from Markov Chain model, and fastened development of agriculture. In the third scenario, the developing rate of agriculture is assumed 10 times than the past and the exceeded land is converted from forest land. Water quality was predicted under the land change scenario with multiple regression equations. The end year of prediction is set in 2052 and the base year to compare is 2004. The predicted water qualities are increasing in the calculation period under each scenario. The concentrations of TP, NH4-N, and NO3-N are increased 46.1%, 132.0%, and 17.4% in BAU scenario. While applying Markov Chain scenario, the increasing rate are less than those in BAU. If fastening the agriculture development in the study area, the concentrations of TP, NH4-N, and NO3-N will be higher 69.6%, 108.9%, and 105.7% than that in 2004. The concentration of TP and NH4-N will be 25.65 μg/L and 0.158 mg/L, both violate the water quality standard.
論文目次 目錄
致謝 I
中文摘要: II
英文摘要: III
目錄 V
表目錄 IX
圖目錄 XI
第一章 前言 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究目的 3
1-3 研究內容與流程 4
第二章 文獻回顧 6
2-1 非點源污染與河川水質評估因子 6
2-1-1 非點源污染輸出之來源 6
2-1-2 河川水質評估因子 9
2-2 土地利用與水文關係 13
2-2-1 土地利用對逕流影響 13
2-2-2 水文變化之推估 17
2-3 降雨逕流與水質變化 20
2-4 土地利用與水質影響 22
2-4-1 土地變遷對水質衝擊 22
2-4-2 土地類型對水質影響 24
第三章 研究區介紹與研究方法 27
3-1 研究區域 27
3-1-1 集水區範圍 27
3-1-2 地理條件 33
3-1-3 氣象及水文 35
3-1-4 歷年水質 40
3-2 相關統計分析 43
3-2-1 皮爾森積差相關係數 43
3-2-2 顯著性檢定 46
3-3 迴歸關係建立 51
3-3-1 簡單線性迴歸 52
3-3-2 多元線性迴歸 54
第四章 結果與討論 56
4-1 流量與水質關係 56
4-1-1 不同測站之流量與水質關係 56
4-1-2 不同期間之流量與水質關係 59
4-1-3 逕流對水質影響 61
4-2 土地利用與水質影響 64
4-2-1 皮爾森積差相關及顯著性檢定 64
4-2-2 迴歸關係建立 71
4-2-3 迴歸式之驗證 75
4-3 未來土地利用變遷對流域水質影響 80
4-3-1 未來土地利用情境推估 80
4-3-2 極端土地利用情境推估 86
第五章 結論 89
參考文獻 91
附錄A 翡翠水庫集水區 1998 及 2005 年間各測站流量與水質濃度關係圖 99
附錄B 翡翠水庫集水區 1998 及 2005 年間流量與水質濃度關係圖(不分測站) 102
附錄C 翡翠水庫集水區 1998、2005 年流量與水質濃度關係圖 104
附錄D 各土地類型面積百分比和水質濃度之相關結果 107


表目錄
表2-1 河川污染等級表 12
表2-2 土地利用型態對泥沙沉積物產生的影響 19
表2-3 各類土地污染物之單位面積污染量(單位:kg/ha-yr) 26
表3-1 翡翠水庫研究區土地數值化後各項面積統計表 30
表3-2 石門水庫研究區土地數值化後各項面積統計表 31
表3-3 2000 ~ 2007 年北勢溪流域日雨量大於 30 mm 場次表 37
表3-4 1998 與 2005 年翡翠水庫主要支流之月平均流量變化 38
表4-1 翡翠水庫集水區各測站流量與水質濃度關係表 57
表4-2 1998 及 2005 年間流量與水質濃度關係表(不分測站) 59
表4-3 1998、2005 年流量與水質濃度關係表(R2值) 62
表4-4 各土地類型面積百分比和水質濃度之相關係數整理 64
表4-5 研究區總氮與總磷輸出係數(單位:kg/ha-year) 70
表4-6 2005 年翡翠水庫流域各土地和水質統計資料之迴歸結果 71
表4-7 不同水質之多重土地利用方式多元迴歸分析結果(R2>0.6) 73
表4-8 不同水質之多重土地利用方式多元迴歸分析結果(R2>0.4) 73
表4-9 1998 年翡翠水庫流域水質推估值與實際值之比較(R2>0.6) 76
表4-10 1998 年翡翠水庫流域水質推估值與實際值之比較(R2>0.4) 76
表4-11 2006 年石門水庫流域水質推估值與實際值之比較(R2>0.6) 77
表4-12 2006 年石門水庫流域水質推估值與實際值之比較(R2>0.4) 77
表4-13 馬可夫鍊推估金瓜寮溪集水區未來土地利用百分比 81
表4-14 推估金瓜寮溪集水區 1998 - 2052 水質濃度(馬可夫鍊) 82
表4-15 BAU 推估金瓜寮溪集水區未來土地利用百分比 83
表4-16 推估金瓜寮溪集水區 1998 - 2052 水質濃度(BAU) 84
表4-17 金瓜寮溪未來農地快速增長之土地利用百分比 86
表4-18 推估金瓜寮溪開墾農地後 2010 - 2052 水質濃度 87


圖目錄
圖2-1 都市發展對當地水文系統影響示意圖 16
圖2-2 土地開發前後的水體流量變化 16
圖3-1 翡翠水庫水源保護區集水區範圍圖 28
圖3-2 翡翠水庫研究區 2005 年各項土地利用類型比例表示圖 32
圖3-3 石門水庫研究區 2006 年及翡翠水庫研究區 1998 年各項土地利用類型比例表示圖 32
圖3-4 翡翠水庫集水區雨量站位置圖 36
圖3-5 1991 ~ 2008 年翡翠水庫主要支流之年平均流量變化 38
圖3-6 1998 年翡翠水庫主要支流之月平均流量變化 39
圖3-7 2005 年翡翠水庫主要支流之月平均流量變化 39
圖3-8 翡翠水庫水質測站位置圖 41
圖3-9 1991 ~ 2006 年翡翠水庫及主要支流總磷變化趨勢 41
圖3-10 1991 ~ 2006 年翡翠水庫及主要支流氨氮變化趨勢 42
圖3-11 皮爾森積差相關係數示意圖 45
圖3-12 分配示意圖 46
圖3-13 相關係數 的檢定程序 50
圖3-14 簡單線性迴歸 示意圖 52
圖4-1 翡翠水庫集水區各測站流量與水質濃度關係圖 57
圖4-2 1998 及 2005 年間流量與水質濃度關係圖(不分測站) 59
圖4-3 1998、2005 年流量與水質濃度關係圖 62
圖4-4 各土地類型面積百分比和水質濃度之相關係數表示圖 65
圖4-5 2005 年翡翠水庫流域土地利用與水質項目之相關係數 72
圖4-6 馬可夫鍊推估金瓜寮溪集水區未來土地利用百分比推估圖 81
圖4-7 1998 - 2052 金瓜寮溪集水區水質濃度推估圖(馬可夫鍊) 82
圖4-8 BAU 推估金瓜寮溪集水區未來土地利用百分比推估圖 84
圖4-9 1998 - 2052 金瓜寮溪集水區水質濃度推估圖(BAU) 85
圖4-10 金瓜寮溪未來農地快速增長之土地利用百分比推估圖 87
圖4-11 2010 - 2052 金瓜寮溪集水區開墾農地後水質濃度推估圖 88

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論文使用權限
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