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研究生: 田哲維
Che-Wei Tien
論文名稱: 植生滯留槽之SWMM水質模式參數優化及應用於茶園非點源污染之去除效益研究
The Parameters Optimization of SWMM on Bioretention Cell and The Non-Point Source Pollution Removal Effect of Tea Garden
指導教授: 何嘉浚
Chia-Chun Ho
口試委員: 何嘉浚
Chia-Chun Ho
陳起鳳
Chi-Feng Chen
李宗祐
Tsung-Yu Lee
江莉琦
Li-Chi Chiang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2022
畢業學年度: 110
語文別: 中文
論文頁數: 101
中文關鍵詞: 最佳管理措施非點源污染SWMM水文模式
外文關鍵詞: Best Management Practices, Non-point Source Pollution, SWMM
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為維護水庫的水質與安全,於水庫集水區內導入最佳管理措施(Best Management Practices , BMP)的概念是國際上最被公認且有效的作為之一,希望藉此來控制非點源污染(Non-Point Soure Pollution, NPS),以改善水庫水質。
有鑒於此,近年來在翡翠水庫集水區內植生滯留槽被廣泛的應用於茶園,以減少暴雨逕流所產生的非點源污染;本研究嘗試使用暴雨逕流管理模式(Storm Water Management Model, SWMM)來探討植生滯留槽在不同降雨類型中對於茶園非點源污染的去除成效,並透過現場水質採樣及流量監測,率定出SWMM模式中植生滯留槽之最優化參數。分析結果顯示,茶園總磷污染輸出總量將近一半比例是來自於豪雨事件所貢獻的,而小雨事件雖然場次多但所造成的污染貢獻量則最小;以近三年雨量綜合評估得知,植生滯留槽可以處理茶園約一半比例的逕流雨水,且平均約可削減19%的總磷輸出質量。
再者,本研究以翡翠水庫上游之一處典型綜合式聚落為案例探討對象,針對聚落集水區內之森林、茶園及養鹿場建立數值模型進行污染之輸出模擬,根據現地水質採樣率定驗證及模式分析結果可以得知,森林之總磷污染負荷係數為0.10 kg/ha-yr、茶園為2.49 kg/ha-yr以及養鹿場為0.05 kg/頭-yr,該子集水區之總磷輸出量為17.26公斤;另依現況配置固液分離槽、植生滯留槽、牧草緩衝帶、雨水地下貯集再利用設施及生態池等最佳管理措施後,再輔以模式分析後可以得知,所有設施共可削減約2.3公斤的總磷,削減率為13.5%;經評估後此區域若要再設置最佳管理措施應著重於茶園區域,根據Chen et al(2022)建議,若須達到短期目標則此區域需設置50 m2植生滯留槽,設置槽體後污染貢獻為12.16公斤;若須達到中長期目標,則此區域需設置72 m2植生滯留槽,設置槽體後污染貢獻為11.98公斤。最後翡翠水庫集水區入庫溪流之污染熱區—金瓜寮溪流域為探討對象,若欲使全年水質目標(總磷)達到甲類地面水體標準之達成率由80%提升至85%,則全流域所需之植生滯留槽數量約為310 m2,而若要提升至90%的目標,則需要560m2的植生滯留槽。


In order to maintain the water quality and safety of the reservoir, the concept of introducing the Best Management Practices (BMP) in the reservoir catchment area is one of the most recognized and effective actions in the world, hoping to control Non-Point Soure Pollution (NPS) and improve reservoir water quality.
In view of this, in recent years bioretention cell troughs have been widely used in tea gardens of Feitsui reservoir cathment to reduce non-point source pollution caused by storm runoff; The removal effect of non-point source pollution in tea gardens according to rainfall types, and through on-site water quality sampling and flow monitoring, the optimal parameters of the bioretention cell in the SWMM model were determined. The analysis results show that nearly half of the total output of total phosphorus pollution in tea gardens is contributed by heavy rain events, while light rain events have the smallest contribution to pollution. The troughs can handle about half the percentage of runoff rainwater from the tea plantation, and on average reduce the mass of total phosphorus output by about 19%.
Furthermore, this study takes a typical integrated settlement in the upper reaches of the Feitsui reservoir as a case study. Numerical models are established for the forests, tea gardens and deer farms in the settlement catchment area to simulate the pollution output. The results of verification and model analysis show that the total phosphorus pollution load factor of forest is 0.10 kg/ha-yr, that of tea garden is 2.49 kg/ha-yr, and that of deer farm is 0.05 kg/head-yr. The total phosphorus output is 17.26 kg; in addition, the best management measures such as solid separation tank, bioretention cell, forage buffer zone, underground rainwater storage and reuse facilities, and ecological pool are configured according to the current situation, and then supplemented by model analysis, it can be known that , all facilities can reduce a total of about 2.3 kg of total phosphorus, a reduction rate of 13.5%. After evaluation, if the best management measures are to be set up in this area, it should focus on the tea garden area. According to Chen et al (2022), if the short-term goal is to be achieved, 50 m2 bioretention cell should be set up in this area, and the pollution contribution after the tank is installed. It is 12.16 kg; if the medium and long-term goals are to be achieved, 72 m2 bioretention cell needs to be set up in this area, and the pollution contribution after the tank body is set up is 11.98 kg. Finally, the Jingualiao river basin, the polluted hot area of the stream entering the reservoir in the catchment area of Feitsui reservoir, is the object of discussion. If the annual water quality target (total phosphorus) is to meet the first surface water standard, the achievement rate will be increased from 80% to 85%. The number of bioretention cell required in the entire basin is about 310 m2, and to increase to 90% of the target, 560 m2 of bioretention cell are required.

摘要 i ABSTRACT iii 誌謝 v 目錄 vi 表目錄 viii 圖目錄 x 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 研究內容及流程 3 第二章 文獻回顧 5 2.1 非點源污染及最佳管理措施 5 2.1.1 非點源污染 5 2.1.2 最佳管理措施 9 2.1.3 臺北水源特定區非點源污染及植生滯留槽應用 12 2.2 非點源污染之採樣 16 2.2.1 採樣時機與頻率 17 2.2.2 量測流量設備和方法 17 2.3 水文模式 22 第三章 研究方法 27 3.1 研究區域 27 3.2 水質之採樣 31 3.3 模式介紹 32 3.3.1 ArcGIS軟體 32 3.3.2 SWMM模式 33 3.4 模式判定指標 46 3.5 單位污染負荷係數計算 48 第四章 結果與討論 50 4.1 採樣事件 50 4.2 茶園模式參數優化 51 4.2.1 水文參數敏感度分析 58 4.2.2 水文參數 60 4.2.3 水質參數 67 4.3 植生滯留槽參數優化建置 73 4.4 降雨類型分析 79 4.5 案例模擬 81 4.5.1 案例一模擬 81 4.5.2 案例二模擬 89 第五章 結論與建議 91 5.1 結論 91 5.2 建議 93 參考文獻 94

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