高屏溪流域為南台灣第一大河流，全長171公里，流域面積3,257平方公里，年逕流量約為87億立方公尺，水源主要供應大高雄地區農業用水、工業用水及自來水用水之水源。隨著高屏溪攔河堰上游豬隻禁養政策的實施、旗美地區下水道建設及五明污水處理場的完工，有效的改善點污染源排放狀況。受到上游集水區大多以農業活動為主之影響，非點源活動逐漸成為高屏溪水質惡化之主要原因之一。雖然高屏溪流域平均年雨量高達3,000公厘，但是大部分降雨均發生於雨季，大量的水量均發生在春夏季的梅雨季節或颱風期間，因此造成大量的非點源污染情況發生。有鑑於此，高屏溪流域集水區治理規劃，應以全方面考量進行評估與規範，方能達到水資源永續發展利用之目標。
本研究應用非點源污染模式(Intergrated Watershed Management Model, IWMM)搭配地理資訊系統(Geographic Information System, GIS)，用以評估高屏溪流域非點源負荷對於水質之影響，研究方法首先取得高屏溪流域衛星影像圖及數值高程圖，藉由ArcView軟體進行流域集水區劃分，並將劃分完畢後集水區輸入IWMM模式中，本研究共劃分36塊陸地區間與21段河段，並以蒐集所得流域相關資料(如：降雨量、土地利用、土壤特性及河川物理性質)作為模式輸入依據，藉由與水質測站監測數據比對完成模式建置，進而達成流域污染量推估、參數敏感性分析及最佳管理方案研擬。另外並以河川水質模式(Water Quality Analysis Simulation Program, WASP)作為流域水質模擬之主要程式，首先彙整蒐集河段水文及水質相關資料與參數，並依照流域特性劃分51段河段，藉由監測站數據比對完成模式率定，達成本流域水質模式之建置，用以以評估污染物進入水體後對水質之整體衝擊與影響。
本研究主要目標如下：(1)建立高屏溪流域地理資訊系統蒐集並匯整流域相關資料；(2)利用IWMM模式評估高屏溪流域內各集水區非點源污染負荷；(3)利用IWMM模式評估最佳管理方案(Best Management Practice, BMPs)之研擬與評估；(4)利用WASP模式評估高屏溪流域各主、支流河段之污染狀況；(5)修改WASP水質模式原始碼用以模擬高屏溪流域內河川之懸浮固體(Suspended Solid, SS)濃度及河川污染指標(River Pollution Index, RPI)之推估；(6)整合IWMM及WASP兩套水質模式模擬高屏溪流域水質狀況，提升模式準確性與可利用性。其研究結果歸納如下：
1 . IWMM水質模式可以有效的模擬高屏溪流域氨氮(NH3-N)及懸浮固體(SS)污染負荷，其氨氮全年負荷量分別為：旗山溪152噸、荖濃溪243噸、隘寮溪340噸、及高屏溪1,643噸；懸浮固體全年負荷量分別為：旗山溪43,892噸、荖濃溪1,879,322噸、隘寮溪3,019,571噸、及高屏溪6,011,941噸。
2 . WASP水質模式可以有效模擬高屏溪流域氨氮(NH3-N)及生化需氧量(BOD) 污染負荷，其氨氮全年負荷量分別為：旗山溪8噸、荖濃溪61噸、隘寮溪28噸、及高屏溪6,780噸；生化需氧量全年負荷量分別為：旗山溪691噸、荖濃溪3,259噸、隘寮溪1,665噸、及高屏溪7,336噸。
3 . 此外藉由WASP程式的修改，進行懸浮固體及河川污染指標的預測及模擬，懸浮固體全年負荷量分別為：旗山溪90,727噸、荖濃溪2,498,850噸、隘寮溪1,307,757噸、及高屏溪2,570,645噸。
4 . 針對高屏溪流域的最佳管理策略，採用農田削減20%面積之整治策略，模擬結果顯示，氨氮削減率介於0.54%至17.23%；懸浮固體削減率介於2.40%至13.64%。
5 . 針對高屏溪流域的最佳管理策略，採用果園削減20%面積之整治策略，模擬結果顯示，氨氮削減率介於6.36%至12.03%；懸浮固體削減率介於5.86%至17.01%。
6 . 採用設置30m緩衝草帶作為整治策略，模擬結果顯示，氨氮削減率介於13.98%至79.63%；懸浮固體削減率介於85.85%至97.51%。
7 . 結合IWMM及WASP水質模式可有效改善單一模式模擬之限制及缺陷，並預測出乾季非點源污染佔河川整體污染不到10%；而濕季非點源污染之影響最高可達65%，因此藉由模式結合可進一步提升模式之準確性與可利用性。
本研究結果可預測在最佳管理策略實施前流域水質改善成效，並可預期短時間內對高屏溪流域水質影響，藉由全面性的高屏溪流域管理策略的提出，與本研究所獲得的經驗與結果可以提供未來其他流域進行控制策略之參考上的依據。

The Kaoping River basin is the largest and the most intensively used river basin in Taiwan. It is 171 km long, drains a catchment of more than 3,257 km2, and has a mean flow of 239 m3/s. It serves as a water supply to the Kaohsiung City (the second largest city in Taiwan), several towns, two counties, and a number of large industries (electronic, steel, petrochemical, etc.). Although the mean annual rainfall in this river basin is close to 3,000 mm, over 90% of which appears in the wet season. The period of high flow rate in the stream usually occurs in the late spring and summer due to the impacts of monsoon and typhoon. Non-Point Sources (NPS) pollutants, which are associated with stormwater runoff from agricultural land uses can be quite diffuse and difficult to treat. In this study, land use identification in the basin was performed by properly integrating the skills of geographic information system (GIS) and global positioning system (GPS). Remote sensing image and Digital Elevation Model (DEM) of Kaoping River Basin were applied for the land use identification task. An integrated watershed management model (IWMM) was applied for simulating the water quality and evaluating NPS pollutant loads to the Kaoping River. The watershed was divided into catchments and river segments. The land use patterns were defined by the surface coverage of each catchment. The underneath soil can have several layers, and each land use has its vegetation characteristic and erosion coefficient. The model was calibrated and verified with field data from water quality monitoring stations. The calibrated model was used to develop best management practices (BMP). Moreover, the Water Quality Analysis Simulation Program (WASP) was also applied for the water quality simulation. The model was calibrated and verified with water quality data, and the model was used to analyze the impacts of NPS loading on water quality. The major objectives of this study were to (1) investigate and identify the current contributions of NPS pollutants to the Kaoping River pollution, (2) perform the land use identification and construct the watershed GIS to effectively manage the watershed, (3) perform water quality and soils sampling and analyses, (4) apply multimedia models for NPS pollution evaluation and water quality simulation, and (5) evaluate the effectiveness of the applied remedial strategies on watershed management and water quality improvement. This study identified major land-use patterns in Kaoping River Basin using SPOT images and GIS/GPS/RS techniques. The major findings from the GIS, field, and modeling tasks include the following:
(1) Fourteen types of land-use patterns in the watershed area of the basin were classified with the aid of the Erdas Imagine process system;
(2) Orchard gardens, rice paddies, sugarcane fields, betel palm farms, and tea gardens dominate the farmland areas in the basin and are scattered around on both sides of the river corridor; and
(3) Simulated results indicate that NPS pollution plays a significant role in the deterioration of the downstream water quality of Kaoping River and caused a significant increase in suspended solids loads into the basin’s water bodies.
Concern about the deteriorating condition of the river led the Government of Taiwan to amend relevant legislation and strengthen the enforcement of discharge regulations to effectively manage the river and control pollution. Based on the results of this study, application of BMPs [e.g., source reduction, construction of grassy buffer zone, and land-use management] for NPS pollutant control are required. Multimedia modeling results indicate that the application of the following specific BMPs can reduce the effects of NPS suspended solids pollution on the water quality of Kaoping River:
(1) Conversion of farmlands on hillsides of the upper catchment to forest; and
(2) Conversion of rice paddies and agricultural lands to buffer zones (e.g., grassy strip, detention pond, and constructed wetland) along the riverbank areas of the three sub-basins.
With application of these two proposed BMPs, the peak suspended solids concentrations in the wet seasons could be significantly reduced. Results and experience obtained from this study will be helpful in designing the watershed management strategies for other similar river basins.

謝誌 I
中文摘要 III
Abstract V
目錄 VII
圖目錄 XI
表目錄 XV
第一章 前言 1
1-1 研究緣起 1
1-2 研究方法流程與目標 3
第二章 文獻回顧 5
2-1 高屏溪流域背景介紹 5
2-1-1 地理位置與地型特徵 5
2-1-2 氣候 9
2-1-3 水文 10
2-1-4 地質 12
2-1-5 人口分佈與污染源推估 16
2-1-6 流域內養豬戶分佈情況 19
2-1-7 測站位置與流域水質資料概述 22
2-1-8 歷年水質變化比較 27
2-1-9 高屏溪流域之相關研究 41
2-2 高屏溪流域GIS/GPS/RS系統建立 42
2-2-1 全球衛星定位系統(Global Positioning System, GPS) 42
2-2-2 地理資訊系統(Geographic Information System, GIS) 43
2-2-3 遙感探測(Remote Sensing, RS) 46
2-2-4 建立高屏溪流域地理資訊系統 49
2-2-5 高屏溪流域土地利用判識 52
2-2-6 莫拉克風災後崩塌地變遷 55
2-3 水質模式評選及應用 58
2-3-1 水質模式之篩選. 64
2-3-2 國內水質模式發展現況 66
2-3-3 IWMM水質模式介紹 69
2-3-4 IWMM模擬原理 71
2-3-5 WASP水質模式介紹 75
2-3-6 WASP模擬原理 77
第三章 研究與方法 81
3-1 水質評析方式 81
3-1-1 水體水質分類標準與採樣分析方法 81
3-1-2 河川污染指標(River Pollution Index, RPI) 85
3-1-3 水質指數(Water Quality Index, WQI) 85
3-1-4 水質資料彙整與蒐集 87
3-2 非點源污染模式建置 91
3-2-1 IWMM研究範圍界定與河段劃分 91
3-2-2 氣象資料 93
3-2-3 集水區畫分 95
3-2-4 地理資訊系統建置 98
3-2-5 點污染源輸入 100
3-2-6 肥料施放資料 102
3-3 河川水質模式建置 103
3-3-1 WASP研究範圍界定與河段劃分 103
3-3-2 流量 107
3-3-3 怯氧係數 108
3-3-4 再曝氣係數 109
3-3-5 其他參數的選定 110
第四章 結果與討論 113
4-1 水文及水質調查分析結果 113
4-1-1 水文調查結果 113
4-1-2 水質調查結果 116
4-2 非點源污染模式率定與驗證 121
4-2-1 IWMM水文參數率定 121
4-2-2 IWMM水質參數率定 124
4-2-3 IWMM參數率定與驗證值 136
4-2-4 IWMM模式參數敏感性分析（sensitivity analysis） 141
4-2-5 IWMM模式推估高屏溪流域污染量 143
4-2-6 高屏溪流域最佳管理作業(BMP)整治策略模擬 148
4-2-7 曾文溪越域引水工程對水質影響之評估 156
4-3 河川水質模式率定與驗證 160
4-3-1 WASP水質參數率定 160
4-3-2 WASP模式推估高屏溪流域污染量 164
4-3-3 WASP模式參數敏感性分析（sensitivity analysis） 170
4-3-4 WASP模式模擬懸浮固體及河川污染指標 173
4-4 整合兩模式模擬高屏溪流域氨氮非點源污染量貢獻 183
4-4-1 歷年整合模式應用之相關研究 183
4-4-2 非點源污染模式及河川水質模式整合方式 185
4-4-3 整合兩模式模擬結果探討 189
第五章 結論與建議 193
5-1 結論 193
5-2 建議 196
參考文獻 199

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