第二章 文獻回顧
第一節 國外有關氣候條件對河川水質影響的相關研究
不同研究指出，土壤會受到各種因素的影響而發生不同程度的沖蝕，而影響 土砂污染物在水土環境中的流佈與傳輸，造成水質之變化，以下擇要回顧。
Muukkonen et al. ( 2009 a，b ) 指出，土壤的結構、化學組成、離子含量、pH 等，皆會影響土壤中污染物的流佈與傳輸，致使土砂污染物流入河川，造成後續 利用上的困難。
Blavetet al. ( 2009 ) 探討法國臨地中海區域土地利用型態對土壤沖蝕的影響，
其所探討的土地利用型態包括：灌叢型、休耕型、以及數種葡萄種植策略 ( 包括：
化學及機械式畝間除草、植草、麥桿地表披覆、碎石披覆、以及清除碎石等 )。
結果發現，灌叢型、休耕型兩種土地利用型態中，未發現土壤沖蝕。在採用化學 除草的葡萄園中，有較高的逕流量及土壤沖蝕，但是當修枝後將枝葉留在葡萄園 土壤表面，土壤沖蝕會減緩。葡萄園土壤表面以麥桿或碎石披覆，可防止逕流及 土壤沖蝕。而植草則顯示效率有限，即使某些研究顯示其未來值得推廣。研究亦 探討土壤不同表面特性 ( 包括碎屑、草、碎石、麥殼等土壤披覆 )、0 至 5 公 分表土層特性 ( 團粒穩定度 ( aggregate stability )、有機碳含量及孔隙率等 ) 與 逕流量、土壤沖蝕之間之關係。結果顯示，麥殼披覆、團粒穩定度、有機碳含量、
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孔隙率與逕流量有高度相關；土壤披覆則與濁度有高度相關；上述的相關特性皆 與土壤沖蝕高度相關；然而，逕流量卻與濁度呈現低度相關。
Sthiannopkao et al. ( 2009 ) 於泰國北部地區，探討暴雨對土壤沖蝕以及後續 水資源利用的影響。研究結果顯示，泰國北部地區由於人為的森林砍伐及農地開 墾，在雨季暴雨時產生嚴重的沖刷，造成濁度的增加，影響水資源的利用；並減 少水庫的容量。據估計，在 1965 至 1990 年間，每年約有 1500 萬噸的淤泥流入 水庫，影響後續的水處理效率。在集水區上游，濁度高達 5000NTU，由於水庫的 澄清功能，在自來水廠取水口的濁度可降至 300NTU，然而處理難度仍然相當高。
該自來水廠每天供水量為 72960 m3 day-1，每天的鋁鹽使用量，在雨季 ( 五月到 十月 ) 和乾季分別為 42.33 gm-3 及 28.46 g m-3。由於原水的濁度變動甚大，造 成加藥量難以調整，也造成處理水水質不穩定，更造成大量的污泥難以處理。
另外，國外土砂汙染物流部與傳輸模式的研究現況，在探討降雨-逕流之關係 時，HEC-HMS 是常用的模式 (USACE, 2001)。HEC-HMS 是美國工兵團水文工 程中心 (Hydrologic Engineering Center, HEC) 以 HEC-1 為基礎，並結合地理資訊 系統及圖形使用者介面所研發的模式，可進行水文分析，資料儲存及管理應用，
通常使用於 推求不 同集水區之 降雨 -逕流關係。McLin et al. (2001) 即利用 HEC-HMS 推求各迴歸週期之尖峰流量，再以 HEC-RAS 劃設洪氾範圍區，提供 淹水預警及居民洪災保險之參考。
其次，在探討土壤流失量之估算時，常使用 Renard et al. (1997) 所修訂之修 正通用土壤流失公式 (Revised Universal Soil Loss Equation, RUSLE)，公式中的降 雨逕流沖蝕因子或稱為降雨沖蝕指數 (Rainfall erosivity index, R)，是與降雨特性 相關的重要因子。氣候對於土壤沖蝕因子之影響相當複雜，其中以降雨沖蝕指數 受氣候影響最為顯著，Nearing (2001) 的研究結果即顯示氣候變遷將導致降雨特 性之改變，而降雨沖蝕指數將隨之變化。
QUAL2K（簡稱 Q2K）是美國環保署自 1987 年對 QUAL2E 所進行的修改版、
並於 2003 年公佈適用於新的電腦 Windows 作業系統之版本等，其結合微軟系統
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之 EXCEL 及 VBA 軟體，並具圖形使用者界面(GUI)。該模式相當完備且免費，
也提供原始的程式碼可供彈性修改(Chapra and Pelletier，2003)。QUAL2K 模式可 模擬定常態（steady state）及擬動態（pseudodynamic）下的樹枝狀混合均勻的河 川水質；適用水體為感潮或非感潮河川，可模擬的污染物包括 DO、生化需氧量 (biochemical oxygen demand, BOD)、藻類、有機氮、NH3-N、亞硝酸氮、有機磷、
溶 解 磷 、 大 腸 桿 菌 等 ， 應 用 性 頗 高 。 而 模 擬 功 能 方 面 ， 可 用 不 等 間 距 河
（unequally-spaced reaches）段輸入。美國環保署於 2003 年將 QUAL2K 新版本 的水質模式提供下載，允許不同單位長度的單元存在，可針對不同河段進行模擬，
目前已有許多應用(Saadatpour and Afshar; 2007; Prakash et al., 2007; Fang et al., 2008)，如應用 QUAL2K 建立河流水質模型並模擬污染指標，並檢驗模型參數(陳 家軍等，2004)。
另外，為了建立可與現有活性污泥模式之成份相容的河川水質模式，並使二 者鍊結，以進行整體性的廢水處理廠/河川水質系統分析，於是 IWA 的 Task Group on River Water Quality Modeling 發展河川水質模式 NO.1 (River Water Quality Model NO.1, RWQM1)，以描述各成份於河川中的變化 (Shanahan et al., 2001;
Reichert et al., 2001; Vanrolleghem et al., 2001)。首先，RWQM1 依據河川水質質 量平衡的觀念，說明模式所使用之基本擴散/對流/轉化方程式；在成份方面，共 考慮溶解性有機物(SS)、溶解惰性有機物(SI)、銨氮(SNH4)、氨氮(SNH3)、亞硝酸 氮(SNO2)、硝酸氮(SNO3)、磷酸氫根 (SHPO4)、磷酸二氫根(SH2PO4)、溶氧(SO2)、
溶解性二氧化碳及碳酸(SCO2)、碳酸氫根(SHCO3)、溶解性碳酸根(SCO3)、氫離 子(SH)、氫氧離子(SOH)、溶解性鈣離子(SCa)等 15 項溶解成份及異營菌(XH)、
亞硝酸菌(XN1)、硝酸菌(XN2)、藻類(XALG)、消費者(XCON)、粒狀有機物(XS)、
惰性粒狀有機物(XI)、吸附於粒狀物之磷酸鹽(XP)、粒狀無機物(XII)等 9 項粒狀 成份，亦考慮 23 項生物化學程序。
上述相關研究整理如下表 2.1。
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表 2-1 國外有關氣候條件對河川水質或土壤影響之相關研究
學者/年代 氣候條件對河川水質之影響的相關研究
Sthiannopkao et al.，2007 等
土壤會受到各種因素的影響而發生不同程度的沖蝕，而影響 土砂污染物在水土環境中的流佈與傳輸。
Muukkonen et al.
( 2009 a，b )
土壤的結構、化學組成、離子含量、pH 等，皆會影響土壤中 污染物的流佈與傳輸，致使土砂污染物流入河川，造成後續 利用上的困難。
Blavetet et al.
( 2009 )
結果顯示，麥殼披覆、團粒穩定度、有機碳含量、孔隙率與 逕流量有高度相關；土壤披覆則與濁度有高度相關；上述的 相關特性皆與土壤沖蝕高度相關；然而，逕流量卻與濁度呈 現低度相關。
Sthiannopkao et al.
( 2009 )
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雖然國外對土砂污染物在水土環境中的流布與傳輸有相當研究，亦討論影響 土砂污染物流佈與傳輸的因子，但仍存在一些問題。
一、雖然探討雨量、土壤結構、土壤化學組成、土壤離子含量、土壤 pH、土壤 表面特性、土地利用型態和逕流量、土壤沖蝕之間的關係，但針對極端氣候 條件對土砂污染物流佈與傳輸的影響，則未進行相關研究。
二、僅針對特定階段進行研究，例如土壤沖蝕對濁度的影響，或是雨量等因素對 土壤沖蝕的影響，而不是探討氣候條件對土石災害或者水資源之利用，進行 全面性的探討，也就是無法全面性預測或模擬氣候條件對水質的影響。
三、HEC-HMS、RUSLE、QUAL2K 或是 RWQM1，皆無法應用氣候條件於水質 預測之問題。
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