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系統識別號 U0002-2406201912382400
中文論文名稱 台灣水庫水質及其管理指標之評析
英文論文名稱 Evaluation of Reservoir Water Quality and its Management Index in Taiwan
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 107
學期 2
出版年 108
研究生中文姓名 陳宜婷
研究生英文姓名 I-Ting Chen
電子信箱 sharon1995@gms.tku.edu.tw
學號 606480316
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2019-06-14
論文頁數 132頁
口試委員 指導教授-康世芳
委員-林鎮洋
委員-陳起鳳
中文關鍵字 水質管理  水庫水質  優養化  營養狀態指標 
英文關鍵字 Water quality management  water quality  eutrophication  Trophic state index 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 為掌握公共給水水源之水庫水質良窳與檢視水庫集水區水質保育成效,台灣環保署使用卡爾森指標(Carlson trophic state index, CTSI),以總磷(TP)、葉綠素a(Chl-a)及透明度(SD)之水質參數計算CTSI值來判定水質營養狀態。做為水源用的水庫遭受汙染呈現優養化後,其水質安全性必遭質疑。然而國內研究較少檢討優養化水質與飲用水水源水質標準關聯性,尤其離島地區之水庫水質。
本研究以台灣本島20座主要水庫及離島地區(澎湖、金門、連江)水庫為對象,藉由環保署水質監測網之2011年至2018年水質資料,整理近8年水庫之水質現況並將本島之水庫水質資料進行優養化指標評估比較,研究目的為: (1)本島主要水庫之各項水質現況評析、(2)本島水庫管理指標之研議、(3)離島地區(澎湖、金門、連江)水庫之各項水質現況評析。
研究結果顯示本島20座主要水庫大多處於普養狀態,而部分水庫(包括明德、鏡面、鳳山及澄清湖水庫)長期處於優養狀態;離島則有96.4%的水庫長期處於優養化狀態。在水質優養化判定方面,由於本島和離島地區水庫之CTSI最主要影響因子皆為SD,而透明度會受到懸浮固體(SS)的影響,本島水庫SS與SD之相關性r為0.84,因此採用[TSI(TP)+ TSI(Chl-a)]/2指標大於50較為合適。若以單一指標參數葉綠素a來判定水質營養狀態,則採用美國環保署標準7 µg Chl-a/L或 OECD年平均值8 µg Chl-a/L。
若水庫水質管理目的回歸地面水體水質分類標準,本島甲類水體及乙類水體之水庫近8年水質TP達成率平均各別為72.8%與73.3%,應削減集水區TP與提高達成率作為施政目標,同時檢討甲類水體TP達成率偏低之水庫如寶山28.1%、石門31.3%及澄清湖25%;乙類水體之鳳山水庫達成率則為0%。然而, CTSI值非法規標準值,本島部分水庫雖處於優養化,但水質之氨氮(NH3-N)及化學需氧量(COD)皆符合飲用水水質標準,可正常供水;水質優養化且COD超過標準值之離島水庫,即澎湖、金門及連江地區,其比率分別為60%、82%與16%。且離島地區相較於本島之水庫水質COD達成率則偏低。
英文摘要 In order to grasp public service water source quality of reservoir and examine the effect of water quality conservation in reservoir watershed, Taiwan EPA uses water quality parameters such as total phosphorus (TP), chlorophyll a (Chl-a) and transparency (SD) to calculate the Carlson trophic state index (CTSI) and determine water quality trophic status of reservoirs. The water quality safety of the reservoirs used as the water source will be questioned after they are polluted (e.g. eutrophication). However, there are less domestic researches about the correlation between eutrophication and source quality standard of drinking water, especially reservoirs of outlying islands.
  In this study, 20 major reservoirs of Taiwan island and other reservoirs of outlying islands (Penghu, Kin-men and Lien-Chiang) are investigated. Based on the water quality data of the EPA Water Quality Monitoring Network, the water quality of the reservoir has been analyzed for the past 8 years from 2011 to 2018. The water quality data of Taiwan island are compared and evaluated for the eutrophication index. The purposes of this research are: (1) Evaluating the current condition of various water quality parameters in major reservoirs of Taiwan island, (2) Discussion on the reservoir management index of Taiwan island (3) Evaluating current condition of various water quality parameters of outlying islands reservoirs.
  The result shows that most of the major reservoirs are mesotrophic and some reservoirs, including Mingde Reservoir, Jingmian Reservoir, Fongshan Reservoir, and Chengcing Lake Reservoir, have been eutrophic for a long time. Besides, 96.4% reservoirs in the outlying islands are in a state of long-term eutrophication. Since the major factor affects CTSI of main island and outlying island is SD, and SD is affected by SS, the correlation coefficient(r) is 0.84. Therefore, using [TSI(TP)+ TSI(Chl-a)]/2 index to determine eutrophication is more suitable than CTSI in Taiwan. If the single parameter index Chl-a is used to determine the trophic state of the water, then the standard of U.S. EPA (7 μg Chl-a/L) or OECD annual average value (8 μg Chl-a/L) is adopted.
  In the part of surface water quality classification standard, the average water quality TP achieving rate of class I water body reservoir and class II water body reservoir in Taiwan island for the past 8 years are 72.8% and 73.3%, respectively. Thus, reducing TP in reservoir watershed and improving TP achieving rate should be the policy objectives. In addition, the class I water body reservoir and class II water body reservoir, which are low TP achieving rate such as Baoshan Reservoir (28.1%), Shihmen Reservoir (31.3%), Chengcing Lake Reservoir (25%), and Fongshan Reservoir (0%) should be reviewed. However, CTSI is not an official standard in Taiwan. Despite some of reservoirs in Taiwan island are eutrophic, the concentration of NH3-N and COD meet the drinking water quality standard. Therefore, the water can be supplied from reservoirs. The percentage of reservoirs, which are eutrophication and COD over proof, in Penghu, Kinmen and Lienchiang are 60%, 82%, and 16% respectively. Moreover, the COD achieving rate of reservoirs in outlying islands is lower than that of Taiwan island.
論文目次 第一章 前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究架構 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 優養化 4
2.2 水庫優養化之影響 5
2.3 水質營養狀態評估指標 6
2.3.1 單一參數指標 7
2.3.2 多參數指標 13
第三章 研究資料與方法 24
3.1 研究資料 24
3.1.1 本島20座主要水庫 25
3.1.2 離島地區水庫(澎湖、金門、連江) 27
3.2 研究使用水質指標 30
3.2.1 OECD單一參數指標 30
3.2.2 美國全國湖泊評估(NLA)標準 30
3.2.3 OECD水庫水質管理指標 30
3.2.4 卡爾森營養狀態指數法 30
3.3 相關水質標準 31
3.3.1 地面水體水質分類標準 31
3.3.2 飲用水水源水質標準 31
第四章 結果與討論 32
4.1 本島水庫水質現況評析 32
4.1.1 本島19座主要水庫各項水質現況趨勢 32
4.1.2 本島CTSI值之影響因子 48
4.1.3 地面水體分類水質標準之達成率 50
4.1.4 飲用水水源水質標準之達成率 52
4.1.5 CTSI值與飲用水水源水質標準關聯性 54
4.1.6 小結 56
4.2 本島水庫管理指標研議 57
4.2.1 CTSI值與各TSI值指標 57
4.2.2 葉綠素a單一參數指標 59
4.2.3 [TSI(Chl-a)+TSI(TP)]/2指標 63
4.2.4 各水質營養狀態指標之優養化比較 65
4.2.5 小結 69
4.3 離島水庫水質現況評析 70
4.3.1 澎湖地區水庫各項水質現況趨勢 70
4.3.2 金門地區水庫各項水質現況趨勢 85
4.3.3 連江地區水庫各項水質項況趨勢 100
4.3.4 CTSI值之影響因子 115
4.3.5 飲用水水源水質標準之達成率 121
4.3.6 CTSI值與飲用水水源水質標準關聯性 125
4.3.7 小結 128
第五章 結論 129


圖目錄
圖 1.3 1 研究方法流程圖 3
圖 3.1 1 台灣本島水庫分布位置圖 25
圖 3.1 2澎湖地區水庫集水區地理位置圖 27
圖 3.1 3 金門地區水庫集水區地理位置圖 28
圖 3.1 4 連江地區北竿鄉水庫集水區地理位置圖 28
圖 3.1 5 連江地區南竿鄉水庫集水區地理位置圖 29
圖 3.1 6 連江地區東引鄉水庫集水區地理位置圖 29
圖 4.1 1臺灣本島19座主要水庫水質TP變化(2011年至2018年) 33
圖 4.1 2 臺灣本島19座主要水庫水質Chl-a變化(2011年至2018年) 35
圖 4.1 3 臺灣本島19座主要水庫水質SD變化(2011年至2018年) 37
圖 4.1 4 臺灣本島19座主要水庫水質CTSI變化(2011年至2018年) 39
圖 4.1 5 臺灣本島19座主要水庫水質SS變化(2011年至2018年) 41
圖 4.1 6 本島19座水庫SS與SD之相關性 43
圖 4.1 7本島19座水庫SS與SD之對數關係 43
圖 4.1 8 臺灣本島19座主要水庫水質COD變化(2011年至2018年) 44
圖 4.1 9 臺灣本島19座主要水庫水質NH3-N變化(2011年至2018年) 46
圖 4.1 10 2011-2018年本島20座主要水庫CTSI及三項參數之盒鬚圖 48
圖 4.1 11 本島19座主要水庫水質CTSI值與COD之關聯性 55
圖 4.1 12 本島19座主要水庫水質CTSI值與NH3-N之關聯性 55
圖 4.2 1 本島20座主要水庫2011-2018年CTSI值之趨勢 (優養化比例為28.6%) 58
圖 4.2 2本島19座水庫2011-2018年Chl-a小於7 µg/L之趨勢 (優養化比例為21.2%) 59
圖 4.2 3 本島19座主要水庫2011-2018年Chl-a小於10 µg/L之趨勢 (優養化比例為10%) 60
圖 4.2 4 本島20座主要水庫2011-2018年[TSI(Chl-a)+TSI(TP)]/2值之趨勢 (優養化比例為15.55%) 64
圖 4.3 1澎湖地區6座水庫水質TP變化(2011年至2018年) 71
圖 4.3 2 澎湖地區6座水庫水質Chl-a變化(2011年至2018年) 72
圖 4.3 3 澎湖地區6座水庫水質SD變化(2011年至2018年) 74
圖 4.3 4澎湖地區6座水庫水質CTSI指標變化(2011年至2018年) 76
圖 4.3 5澎湖地區6座水庫水質SS變化(2011年至2018年) 78
圖 4.3 6 澎湖地區6座水庫SS與SD之相關性 80
圖 4.3 7 澎湖地區6座水庫SS與SD之對數關係 80
圖 4.3 8澎湖地區6座水庫水質COD變化(2011年至2018年) 81
圖 4.3 9澎湖地區6座水庫水質NH3-N變化(2011年至2018年) 83
圖 4.3 10 金門地區11座水庫水質TP變化(2011年至2018年) 86
圖 4.3 11 金門地區11座水庫水質Chl-a變化(2011年至2018年) 87
圖 4.3 12 金門地區11座水庫水質SD變化(2011年至2018年) 89
圖 4.3 13金門地區11座水庫水質CTSI指標變化(2011年至2018年) 91
圖 4.3 14 金門地區11座水庫水質SS變化(2011年至2018年) 93
圖 4.3 15 金門地區11座水庫SS與SD之相關性 95
圖 4.3 16 金門地區11座水庫SS與SD之對數關係 95
圖 4.3 17 金門地區11座水庫水質COD變化(2011年至2018年) 96
圖 4.3 18 金門地區11座水庫水質NH3-N變化(2011年至2018年) 98
圖 4.3 19 連江地區11座水庫水質TP變化(2011年至2018年) 101
圖 4.3 20 連江地區11座水庫水質Chl-a變化(2011年至2018年) 102
圖 4.3 21 連江地區11座水庫水質SD變化(2011年至2018年) 104
圖 4.3 22 連江地區11座水庫水質CTSI指標變化(2011年至2018年) 106
圖 4.3 23 連江地區11座水庫水質SS變化(2011年至2018年) 108
圖 4.3 24 連江地區11座水庫SS與SD之相關性 110
圖 4.3 25 連江地區11座水庫SS與SD之對數關係 110
圖 4.3 26 連江地區11座水庫水質COD變化(2011年至2018年) 111
圖 4.3 27 連江地區11座水庫水質NH3-N變化(2011年至2018年) 113
圖 4.3 28 2011-2018年澎湖地區水庫CTSI及TSI參數之盒鬚圖 115
圖 4.3 29 2011-2018年金門地區水庫CTSI及TSI參數之盒鬚圖 117
圖 4.3 30 2011-2018年連江地區水庫CTSI及TSI參數之盒鬚圖 119
圖 4.3 31澎湖地區水庫水質CTSI值與COD之關聯性 125
圖 4.3 32 金門地區水庫水質CTSI值與COD之關聯性 126
圖 4.3 33 連江地區水庫水質CTSI值與COD關聯性 127

表目錄
表2.3 1 OECD單一參數營養狀態之基準 7
表 2.3 2 Carlson單一參數判定營養狀態之基準 8
表 2.3 3 美國環保署單一參數判定營養狀態之指標 8
表 2.3 4 TSI(Chl-a)判定營養狀態之指標 9
表 2.3 5 NLA單一參數判定營養狀態之指標 10
表 2.3 6 加拿大TP單一參數判定營養狀態之指標 11
表 2.3 7 OECD水庫水質營養狀態判定 12
表 2.3 8 CTSI指數值與水質營養程度之關係 14
表 2.3 9 MTSI 指數值與水質營養程度之關係 15
表 2.3 10 NCTSI指數值與水質營養程度之關係 17
表 2.3 11 TSI指數值與水質營養程度之關係 18
表 2.3 12 TSI1指數值與水質營養程度之關係 20
表 2.3 13 TSI2指數值與水質營養程度之關係 21
表 2.3 14 TSI指數值與水質營養程度之關係 23
表3.1 1 台灣20座主要水庫水體分類 26
表 4.1 1本島19座主要水庫近8年之水質TP參數(2011年至2018年) 34
表 4.1 2本島19座主要水庫近8年之水質Chl-a參數(2011年至2018年) 36
表 4.1 3本島19座主要水庫近8年之水質SD參數(2011年至2018年) 38
表 4.1 4 本島19座主要水庫近8年之水質CTSI參數(2011年至2018年) 40
表 4.1 5本島19座主要水庫近8年之水質SS參數(2011年至2018年) 42
表 4.1 6本島19座主要水庫近8年之水質COD參數(2011年至2018年) 45
表 4.1 7本島19座主要水庫近8年之水質NH3-N參數(2011年至2018年) 47
表 4.1 8 2011-2018年本島20座主要水庫CTSI及各項TSI之參數 49
表 4.1 9 本島20座水庫2011-2018年TP達成率 51
表 4.1 10 飲用水水源水質標準 52
表 4.1 11 本島20座主要水庫水質NH3-N、COD達成率(2011-2018年) 53
表 4.2 1 本島20座主要水庫CTSI值與各TSI值大於50之筆數及比率 58
表 4.2 2 本島20座主要水庫2011-2018年優養化比率 (%) 62
表 4.2 3 2015-2018年本島優養化水庫之統計 65
表 4.2 4 2015-2018年本島[TSI(TP)+ TSI(Chl-a)]/2評估優養化水庫之統計 66
表 4.2 5 2015-2018年本島OECD年平均優養化水庫之統計 66
表 4.2 6 2015年水質年報CTSI值年平均大於50之水庫 67
表 4.2 7 2016年水質年報CTSI值年平均大於50之水庫 67
表 4.2 8 2017年度水質年報CTSI值年平均大於50之水庫 68
表 4.2 9 2018年度水質年報CTSI值年平均大於50之水庫 68
表 4.3 1 澎湖地區6座水庫近8年之水質TP參數(2011年至2018年) 71
表 4.3 2 澎湖地區6座水庫近8年之水質Chl-a參數(2011年至2018年) 73
表 4.3 3 澎湖地區6座水庫近8年之水質SD參數(2011年至2018年) 75
表 4.3 4澎湖地區6座水庫近8年之水質CTSI參數(2011年至2018年) 77
表 4.3 5澎湖地區6座水庫近8年之水質SS參數(2011年至2018年) 79
表 4.3 6澎湖地區6座水庫近8年之水質COD參數(2011年至2018年) 82
表 4.3 7澎湖地區6座水庫近8年之水質NH3-N現況(2011年至2018年) 84
表 4.3 8金門地區11座水庫近8年之水質TP參數(2011年至2018年) 86
表 4.3 9 金門地區11座水庫近8年之水質Chl-a參數(2011年至2018年) 88
表 4.3 10金門地區11座水庫近8年之水質SD參數(2011年至2018年) 90
表 4.3 11金門地區11座水庫近8年之水質CTSI參數(2011年至2018年) 92
表 4.3 12金門地區11座水庫近8年之水質SS參數(2011年至2018年) 94
表 4.3 13 金門地區11座水庫近8年之水質COD參數(2011年至2018年) 97
表 4.3 14 金門地區11座水庫近8年之水質NH3-N參數(2011年至2018年) 99
表 4.3 15連江地區11座水庫近8年之水質TP參數(2011年至2018年) 101
表 4.3 16 連江地區11座水庫近8年之水質Chl-a參數(2011年至2018年) 103
表 4.3 17 連江地區11座水庫近8年之水質SD參數(2011年至2018年) 105
表 4.3 18 連江地區11座水庫近8年之水質CTSI參數(2011年至2018年) 107
表 4.3 19 連江地區11座水庫近8年之水質SS參數(2011年至2018年) 109
表 4.3 20 連江地區11座水庫近8年之水質COD參數(2011年至2018年) 112
表 4.3 21 連江地區11座水庫近8年之水質NH3-N參數(2011年至2018年) 114
表 4.3 22 2011-2018年澎湖地區水庫CTSI及各項TSI之參數 116
表 4.3 23 2011-2018年金門地區水庫CTSI及各項TSI之參數 118
表 4.3 24 2011-2018年連江地區水庫CTSI及各項TSI之參數 120
表 4.3 25 澎湖地區水庫2011-2018年COD及NH3-N達成率(單位%) 122
表 4.3 26 金門地區水庫2011-2018年水質COD及NH3-N達成率(單位%) 123
表 4.3 27 連江地區2011-2018年水庫水質COD及NH3-N達成率(單位:%) 124

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26. 環保署(2015),優養化水庫水質治理及改善專案工作計畫期末報告。
27. 環保署(2017),北區水庫水質永續管理計畫期末報告。
28. 行政院環境保護署全國環境水質監測資訊網,http://wq.epa.gov.tw
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