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博碩士論文 etd-0908106-154614 詳細資訊
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論文名稱
Title
以系統動力學為決策基礎應用於感潮流域水質管理
Decision Supporting Tools Developed Tidal River Water Quality Management Based on Systematic Dynamic.
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
102
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2006-06-12
繳交日期
Date of Submission
2006-09-08
關鍵字
Keywords
數值模式、感潮流域、水理水質、系統動力學
water quality, hydrodynamic, systematic dynamic, tidal river, numerical
統計
Statistics
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中文摘要
在考量永續發展的前提下,河川流域水管理問題的決策是非常複雜且具挑戰性。本文以感潮河系(淡水河流域)為研究日標,因感潮河系受潮汐影響,且淡水河由三個主要支流匯入形成網路型河川,水理特性複雜,在數值模擬上更顯困難。以系統動力學軟體STELLA建構水理水質模式的目的為提供管理水質系統評估基礎,了解水質系統中各參數之交互關係與運作機制,其可對水質規劃中或既有的問題加以調查及分析,以確實瞭解水質特性與內涵,並據此做出最佳的選擇或決策,以求取最大的資源利用效益。
水理方面,本文在系統動力學軟體STELLA上,使用一維河川之緩變流量方程式,以「非線性半隱式差分法」求解各時段及地點之水理變數。經研究得知一維緩變流量模式,雖較無法模擬出交匯區流況及紊流情形,但類似淡水河流域之複雜流場于颱洪期間預測水位情形與實測值接近,且較二維、三維模式易於處理與節省時間。
水質方面,嘗試以Water Quality Analysis Simulation Program (WASP)內各相關水質質量守恆方程式基礎理論,探討水質中(包含葉綠素A、有機磷、無機磷、有機氮、氨氮、無機氮、碳生化需氧量、溶氧等八個參數)各生化反應變化,模式經檢定、驗証,敏感度分析後,其模擬結果営符合理論值,應可被廣泛使用。
Abstract
In the premise of consideration of age-longed development, it consists of very complicated and challengeable strategies to deal with managerial problem on river basin. This study is focus on the field of Tam Sui River. It is difficult to use numerical simulation in the following situation: The affect of tide on tidal river, the complication of hydrodynamic, and the formation of net-type Tam Sui River by three main confluents. The purpose of establishing hydrodynamic and water quality modeling with STELLA, a software used in systematic dynamic is to provide a valuation benchmark in water quality management. In water system, we want to understand the correlation and mechanism among parameters, and these will help us investigate and analyze the problems in water plan. We also want to make the best choice and decision and gain the biggest efficiency by understanding the characteristics and the contents of water quality.
We use one dimension of movement equation in programming STELLA. And we solve hydrodynamuc in different time and different place by using「non-linear implicit finite-difference 」. In the result of our study, it can not completely simulate the whole situation of turbulence. But in the period of typhoon and flood, the prediction of water line is similar with the real survey in the complexit field. And the one-dimension model is easier to deal with and time-saver than 2-dimension model and 3-dimension model.
In the aspect of water quality, we try to apply related mass balance equation in Water Quality Analysis Simulation Program (WASP) to find the chemical reaction among 8 parameters including chlorophyll A, organic phosphorus,inorganic phosphorus,organic nitrogen,ammonia,nitrate,carbonaceous biochemical oxygen demand,dissolved oxygen.After the test and verification, the simulation result meets our expectation and the theoretic value. This model could be extensively applied
目次 Table of Contents
目 錄
目 次 頁次
第一章 前言
1-1 研究計畫背景 1-1
1-2 研究目的 1-3
1-3 研究方法與流程 1-3
第二章 文獻探討
2-1 感潮河段概述 2-1
2-1-1 感潮河段之水理特性 2-2
2-1-2 感潮河段之淡水與海水混合現象 2-4
2-2 河川水質模式發展與介紹 2-5
2-2-1 水質模式發展沿革 2-6
2-2-2 水質模式之分類 2-8
2-2-3 水質模式之應用 2-13
2-2-4 水質模式評選 2-13
2-2-5 基本理論(以QUAL2E水質模式說明) 2-14
2-3 水質生化反應 2-16
2-3-1 浮游植物動力學 2-17
2-3-2 水中氮生化機制 2-18
2-3-3 水中磷生化機制 2-19
2-3-4 水中溶氧生化機制 2-20
2-4 水質模式中之相關參數設定 2-22
2-4-1 設計溫度與溫度修正係數 2-22
2-4-2 飽和溶氧量 2-24
2-4-3 袪氧係數( )之推求與探討 2-24

目 錄
目 次 頁次
2-4-4 再曝氣係數( )之計算 2-25
2-5 系統動力學 2-28
2-5-1 系統動力學發展與介紹 2-28
2-5-2 系統動力學模式理論 2-28
2-5-3 模式建構步驟 2-32
2-5-4 使用系統動力學優勢 2-33
第三章 研究方法
3-1 研究區域 3-1
3-2 水理模式相關理論 3-2
3-3 水質模式相關理論 3-8
第四章 模式檢定、驗証與應用
4-1 水理模式架構 4-2
4-2 水質模式架構 4-4
4-3 水理系統檢定與驗証 4-13
4-4 水質系統檢定與驗証 4-15
4-5 模式應用 4-15
4-5-1 水理系統模式 4-27
4-1-2 水質系統模式 4-29
第五章 結論與建議 5-1
參考文獻 參-1

表 目 錄
目 次 頁次
表2-2-2-1 水理模式分類比較圖 2-11
表2-2-2-2 水質模式分類比較圖 2-12
表2-3-1 水質組成可變因素 2-16
表2-4-1-1 溫度修正建議值 2-23
表2-4-3-1 袪氧係數建議值 2-25
表2-4-4-1 再曝氣係數建議值 2-28
表3-2-1 模擬範圍河段劃分 3-2
表4-1-1 水理模型函數說明 4-3
表4-2-1 浮游植物生化反應模型函數說明 4-5
表4-2-2 氮循環生化反應模型函數說明 4-7
表4-2-3 磷循環生化反應模型函數說明 4-9
表4-2-4 溶氧生化反應模型函數說明 4-11
表4-2-5 碳生化需氧量反應模型函數說明 4-12
表4-3-1 水理模式中各斷面之曼寧系數 4-14
表4-4 1 浮游植物模組使用參數 4-15
表4-4-2 氮循環模組使用參數 4-17
表4-4-3 磷循環模組使用參數 4-18
表4-4-4 溶氧(DO、CBOD、SOD)模組使用參數 4-18
表4-4-5 水質模式中各斷面之延散系數 4-19
表4-4-6 葉綠素A模組生化反應參數對水質模擬項目之敏感度分析 4-21
表4-4-7 溶氧模組生化反應參數對水質模擬項目之敏感度分析 4-22

圖 目 錄
目 次 頁 次
圖2-1-2-1 河口混合型態-均勻混合型(修改自Pritchard,1989) 2-5
圖2-1-2-2 河口混合型態-部份混合型(修改自Pritchard,1989) 2-5
圖2-1-2-3 河口混合型態-鹽契型(層化型)(修改自Pritchard,1989) 2-5
圖2-3-1-1 藻類生化機制(參考QUAL2E) 2-17
圖2-3-2-1 氨基生化機制(參考QUAL2E) 2-18
圖2-3-2-1 硝酸鹽基生化機制(參考QUAL2E) 2-19
圖2-3-3-1 磷酸鹽基生化機制(參考QUAL2E) 2-19
圖2-3-4-1 底泥需氧生化機制(參考QUAL2E) 2-20
圖2-3-4-2 底泥於缺氧環境下之電子傳遞最終產物 2-21
圖2-3-4-3 溶氧生化機制(參考QUAL2E) 2-21
圖2-3-4-4 生化需氧量機制(參考QUAL2E) 2-22
圖3-1-1 淡水河流域現況(資料來源:Google Earth) 3-2
圖3-2-1 淡水河流域斷面意示圖 3-4
圖4-1-1 水理系統模式建構 4-2
圖4-2-1 浮游植物生化反應模型 4-4
圖4-2-2 氮循環生化反應模型 4-6
圖4-2-3 磷循環生化反應模型 4-8
圖4-2-4 溶氧生化反應模型 4-10
圖4-2-5 碳生化需氧量生化反應模型 4-10
圖4-3-1 模擬結果(1)與台北大橋之實測水位歷線(2)比較(測試用) 4-1
圖4-4-1 水理-水質各模組間資訊流 4-23


圖 目 錄
目 次 頁 次
圖4-4-2 藻類生長率測試(無光照之條件下) 4-23
圖4-4-3 磷模組測試(藻類生長率為零之條件下) 4-24
圖4-4-4 氮模組測試(藻類生長率為零之條件下) 4-25
圖4-4-5 溶氧模組測試(藻類生長率為零之條件下) 4-25
圖4-4-6 藻類與氨氮、無機磷模組測試(質量守恆定律) 4-26
圖4-4-7 藻類與溶氧模組測試(質量守恆定律) 4-27
圖4-5-1-1 巴比侖颱洪台北橋水位歷線(H10)與部份實測值(h10)比較 4-28
圖4-5-1-5 碧利斯颱洪台北橋水位歷線(H10)與部份實測值(h10)比較 4-29
圖 4-5-2-1 關渡大橋BOD模擬值與實測值比較 4-30
圖 4-5-2-2 重陽大橋BOD模擬值與實測值比較 4-30
圖 4-5-2-3 華中橋BOD模擬值與實測值比較 4-31
圖 4-5-2-4 關渡大橋DO模擬值與實測值比較 4-31
圖 4-5-2-5 重陽大橋DO模擬值與實測值比較 4-32
圖 4-5-2-6 華中橋DO模擬值與實測值比較 4-32
圖4-5-2-10 關渡大橋BOD截除率30%、50%、80%時DO變化 4-34
圖4-5-2-11 底泥浚挖後DO變化(華中橋) 4-34
圖 4-5-2-9 次系統之應用(修改至柳文成,2005) 4-35
參考文獻 References
中文部份:
1. 溫清光、范正成、張尊國、鄭克聲、林鎮洋(2000),『流域集水區非點源最佳管理措施之研究』,行政院環保署委託專案研究計畫。
2. 歐陽嶠輝,『淡水河水系水污染調查及河川自淨能力之研究』。
3. 歐陽喬暉(1997),『廢水氮、磷之生物處理技術』,工業污染防治第62期,P100~P132。
4. 許銘熙、連上堯,『基隆河水質之動態模擬』。
5. 許銘熙、柳文成、郭義雄、郭振泰(1998),『淡水河河口環流特性之研究』,台灣水利第46卷第1期,P33~P42。
6. 許銘熙、柳文成、郭義雄、郭振泰(1990),『密度變化對河口環流、鹽份分佈與水質之影響』,農業工程學報第45卷第1期,P1~P12。
7. 許銘熙、柳文成、郭義雄、吳啟瑞、王琪芳(2003),『利用數值模式探討淡水河系感潮段之水理特性』,台灣水利第51卷第1期,P1~P8。
8. 許銘熙、柳文成、郭義雄(2001),『應用多步分解計算法於水質動態傳輸模式之研究』,台灣水利第49卷第2期,P1~P8。
9. 郭振泰、郭文健(1998),『高屏溪東港溪污染量調查及整治規畫之高屏溪總量管制』,行政院環保署委託執行研究專案,EPA-87-G105-03-03。
10. 柳文成(2005),『從水質模式談污染控制』,水與綠永續工程期刊第256期,P28~P36。
11. 許銘熙、柳文成、吳啟瑞、謝文雄(2005),『基隆河底泥耗氧之研究』,台灣水利,第53巻第2期,P13~P20。
12. 柳文成、謝文雄、吳瑞賢(2004),『水庫水位激烈變化下之水理水質模擬』,台灣水利,第52巻第3期,P60~P77。
13. 許銘熙、柳文成、張勝騰、吳啟瑞、謝文雄(2004),『淡水河河口鹽度與懸浮細泥之時空變化』,台灣水利,第52巻第3期,P16~P31。
14. 郭振泰、楊智傑、陳彥璋(2004),『以類神經網路預測淡水河河口之潮位』,台灣水利,第52巻第4期,P24~30。
15. 李鴻源、洪佐承、林永峻、林穎典(2002),『網路型感潮河川之水質模擬』,中國土木工程學刊,第14巻第1期,P79~P91。
16. 莊德豐(2004),『河川水質改善技術之探討』,美和技術學院學報,第23巻第1期,P87~P106。
17. 任家弘、林俊全、趙文愷、徐美玲(2004),『高屏溪流域環境水資源分佈與水質、水污染變遷之研究』,地理學報,第37期,P139~P160。
18. 鄭仙偉、劉文聖、李土勲(2004),『推求河川一維延散係數之演算法』,中國土木水利工程學刊,第16巻第4期,P709~P714。
19. 柯志昌、吳濟華、屠益民(2004),『高屏溪流域水資源管理系統動力學模型建立與政策模擬分析』,都市計畫,第三十一巻第二期,P167~194。
20. 朱啟勲,『感潮河川之水理』,台灣省台北地區防洪治本計畫。
21. 霍雨時,『河川系統水力特性之分析』。
22. 莊漢章,『潮汐調合分析法』。
23. 陳函馨(2002),『以系統動力學建立感潮河川水理水質模式』,國立中山大學海洋環境及工程研究所碩士論文。
24. 吳芳池(2003),『河川流域管理-WASP水質模式評估愛河之整治方案』,國立中山大學環境工程研究所碩士論文。
25. 張鴻斌(2003),『高雄市都市發展與市中區水污染之系統動力學研究』,國立中山大學公共事務管理研究所碩士論文。
26. 李明益(2001),『河川流域水管理系統動力學模式之發展建立』,國立中央大學環境工程研究所碩士論文。
27. 蔡致維(2004),『愛河之水文研究』,國立中山大學海洋資源研究所碩士論文。
28. 洪豐偉(2004),『系統動力學為基礎之決策支援系統應用於墾丁南灣海洋海岸地區整進管理之研究』,國立中山大學海洋環境及工程研究所碩士論文。
29. 黃鈺珊(2001),『高屏溪流掝永續發展水資源政策規畫之系統動力學研究』,國立中山大學公共事務管理研究所碩士論文。

英文部份
30. Annie Chapelle,1999,『Modelling nitrogen primary production and oxygen in a Mediterranean lagoon,Impact of oysters farming and inputs from the watershed』,Ecological Modelling ,vol.127,p161~181.
31. Buffoni,G. and A. Cappelletti,1999,『Oxygen dynamics in a highly trophic aquatic environment. The case of Orbetello Coastal Lagoon』,Estuarine, Coastal and Shelf Science, vol. 49,p763–774.
32. Cox, B.A.,2003,『A review of currently available in-stream water-quality models and their applicability for simulating dissolved oxygen in lowland rivers』,The Science of the Total Environment ,vol.314,p335~377.
33. Friend, P.L., M.B. Collins, P.M. Holligan,2003,『Day–night variation of intertidal flat sediment properties in relation to sediment stability』,Estuarine, Coastal and Shelf Science ,vol.58, 663~675.
34. Lane, R., Hassan S. Mashriqui , G. Paul Kemp ,John W. Day, Jason N. Day, Anna Hamilton,2003,『Potential nitrate removal from a river diversion into a Mississippi delta forested wetland Robert』,Ecological Engineering,vol.20, p237~/249.
35. Mehrzad Shams, Goodarz Ahmadi , Duane H. Smith,2002,『Computational modeling of flow and sediment transport and deposition in meandering rivers』 Advances in Water Resources ,vol.25 ,p689~699.
36. Soraya M. Patchineelama,Bjorn Kjerfveb,2003,『Suspended sediment variability on seasonal and tidal time scales in the Winyah Bay estuary South Carolina,USA』,Estuarine, Coastal and Shelf Science ,vol.59,p307~318.
37. Seok S. Park,Yumee Naa,Christopher G. Uchrin,2003,『An oxygen equivalent model for water quality dynamics in a macrophyte dominated river』,Ecological Modelling ,vol.168,p1~12
38. Wang, P. F., J. Martin , G. Morrison,1999,『Water quality and eutrophication in Tampa Bay, Florida』,Estuarine, Coastal and Shelf Science ,vol .49, p1–20.
39. Yang, M.D., R.M. Sykes, C.J. Merry ,1999,『Estimation of algal biological parameters using water uality modeling and SPOT satellite data 』,Ecological Modelling,vol.125,p1~13.
40. Zheng,L.,C. Chen, F. Y. Zhang,2004,『Development of water quality model in the Satilla River Estuary, Georgia 』,Ecological Modelling,vol. 178,p457~482.
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