河川水質系統動力模型建立與率定

圖 4.3.3 大甲溪流域匯集支流及排水幹線系統圖

（資料來源:區域水資源永續利用之策略模擬分析）

本研究對污染物推估之主要項目為生化需氧量(BOD)，BOD 通常可定 義為：水中易受微生物分解的有機物質，在某特定時間及溫度下，被微生 物的分解氧化作用所消耗的氧量。一般所稱的生化需氧量係以 20℃培養 5 日後所測得的結果，記做 BOD 。BOD 可表示水中生物可分解的有機物含 量，間接也表示了水體受有機物污染的程度。BOD 數據在環工上有極廣泛 之應用，它是測定家庭污水或是工業廢水最重要的試驗，所得的數據為安 定化所需之氧量來表示廢水的強度。它亦是用來測定可被生物氧化的有機 物量的唯一方法，並可用於決定承受水體之 BOD 或氧化作用的速率，故 BOD 可作為河川污染的主要準則。對於河川相關污染源的推估，主要是以 質量平衡的觀念來進行，其計算方程式如 4-5 式，以表 3.4.2-1 的地體水質 標準為水質指標依據。

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在整體污染之系統動力模式中，利用各河段推估出的模擬數值結合並 推算，來進行模擬河段之水質推估。大甲溪水質系統動力模式如圖 4.3.4。

第一河段污染來源為和平鄉谷關地區的遊憩污染，其餘第二河段的污染來 源為依集污區中各行政區域污染源，其中包括有生活污染、畜牧污染和事 業污染。在設計系統動力模型時，將分別對於三個河段所承受的各項污染 源建置其專屬的系統動力模型，反應這些污染對於大甲溪流域河川水質的 影響。

一、各河段系統動力模型建立：

各河段污染類型包括遊憩污染、生活污染、畜牧污染及事業污染。以 下針對各類型污染推估方式做一詳細介紹。

圖 4.3.4 流域水質系統動力模式圖

1. 遊憩污染

第一河段污染主要來源為和平鄉谷關地區的遊憩污染，在台灣地區有 相當多的風景區可供民眾進行旅遊，雖然帶動風景區的經濟發展，卻也同 時對於風景區本身環境造成衝擊。就本研究區域內，以谷關風景區所造成 的遊憩污染對於大甲溪河川水質有較顯著的影響，和平鄉谷關風景區，除 了風景區本身所吸引的遊客外，另外還有更多旅客因為谷關地區的溫泉慕 名而來。當地也有相當多的溫泉旅館，所產生的點源污染相當可觀。所以 第一河段污染針對著遊憩污染進行模擬推估，對於谷關之遊憩污染的推估 步驟如下：

(1) 推估谷關地區遊客數及當地住戶人數，參考交通部觀光局參山國家風景 區管理處提供的資料及民國 93 年大甲溪流域污染源稽查管制計畫報告 中，谷關地區每年遊客人次大約為 350,000 人，旬成長量率 0.03%，其 中谷關地區的遊客住宿率約為 20%，當地住戶人數約為 800 人。

(2) 推估河段內廢污水產生量，第一河段內的廢污水的來源為遊憩污水。推 估方式為由谷關地區旅客數乘以住宿之每人每日遊憩污水產生量（245 升/日）以及非住宿之每人每日遊憩污水產生量（245 升/日），最後相 加這兩項數據得到第一河段廢污水產生量。

(3) 推估河段內污染流達量，第一河段的污染流達量基本來源為遊憩污染流 達量，是由遊憩污染負荷量扣除遊憩污染處理量得到遊憩污染排放量，

最後排放量乘以該河段的流達率得到遊憩污染流達量。細節如下：

A. 遊憩污染負荷量推估方式為由推估出的谷關地區遊客數乘以住宿 率得知旅客住宿人數，再由旅客居住人數乘以每人每日遊憩污染負 荷量（0.04kg/日），再加上當地住戶的污染負荷量就等於遊憩污染

負荷量。

B. 遊憩污染處理量部分，考量當地遊憩污染處理情形，包括公共下水 道系統接管率、專用下水道系統普及率及污水處理設施設置率等因 素。關於遊憩污染去除率部分，是考慮化糞池處理效率，大約為 40%。

C. 遊憩污染流達量部份，由遊憩污染負荷量扣除遊憩污染處理量得知 遊憩污染排放量，再由排放量乘以該河段的流達率等於遊憩污染流 達量。

D. 流達率定義為到達河川的流達量和排放源頭的排放量的比值，數值 部 分 是 參 考 行 政 院 環 保 署 建 議 的 流 達 率 約 0.1~1 之 間 （ 如 表 4.3.3-2）。本研究依據此項數據範圍，依二次規劃法率定而出。

表 4.3.3-2 一般流達率建議值

（資料來源：行政院環保署網站）

2.生活污染

生活污染的水質水量部份，會隨著鄉鎮市的人口數、生活方式及生活 習慣的有所不同。對於生活污染推估步驟如下：

A. 推估河段內集污區各行政區人口數，資料來源依據各區公所戶政單 位之民國96年人口統計資料和台中縣政府主計室的歷年人口資 料。表4.3.3-3為河段內集污區推估的人口數，表4.3.3-4為推估民國 70-93年間大甲溪流域人口年平均成長率。

表 4.3.3-3河段內集污區推估的人口數

11205 11205

東勢鎮 詒福 1958

139835

(資料來源：區域水資源永續利用之策略模擬分析)

表 4.3.3-4 各河段人口平均年成長率

河段 人口平均年成長率

德基水庫至石岡壩段 -0.3%

石岡壩至河口段 0.96%

(資料來源：區域水資源永續利用之策略模擬分析)

B. 推估河段內生活污水產生量，是由各個排水分區的人口數乘以每人 每日用水量，再乘以每人每日污水產生百分比（80%）得出，一般 每人每日污水產生量會隨著生活水準的提高而日益增加。

C. 推估河段內生活污染流達量，由生活污染負荷量扣除生活污染處理 量得到生活污染排放量，最後排放量乘以該河段的流達率得到遊憩 污染流達量。系統動力如圖4.3.5，期推估細節如下：

a. 生活污染負荷量推估方式為每個排水分區的人口數乘以每人每 日污染負荷量（0.04kg/日）得出。

b. 生活污染處理量部分，考量當地生活污染處理情形，包括公共 下水道系統接管率、專用下水道系統普及率及污水處理設施設 置率等因素。關於生活污染去除率部分，是考慮化糞池處理效 率，大約為 40%。

c. 生活污染流達量部份，由生活污染負荷量扣除生活污染處理量 得知生活污染排放量，再由排放量乘以該河段的流達率等於生 活污染流達量。

d. 流達率定義為到達河川的流達量和排放源頭的排放量的比值，

數值部分是參考行政院環保署建議的流達率約 0.1~1 之間（如 表 4.3.3-2）。本研究依據此項數據範圍，依二次規劃法率定而 出。

圖 4.3.5 生活污染系統動力推估模式 3.畜牧污染

畜牧污染量主要來自於所飼養的家禽家畜，其中包括牛、羊、猪、雞、

鴨及鵝等，其中雞多為圈養式，且排泄物含水量低、產量少，故不列入推 估中；而牛、羊、鴨及鵝的數量及排泄物對環境污染的程度，遠不及猪隻 對環境品質影響的衝擊大，故推估之畜牧污染以養猪業為主。對於畜牧污 染推估步驟如下：

A. 推估河段內集污區各行政區域所畜養的猪隻數，資料來源為民國97 年行政院農業委員會猪隻數統計資料和民國87-93年台中縣政府主 計室統計年報資料。表4.3.3-5為河段內推估的猪隻數，表 4.3.3-6 為推估民國87-93年大甲溪流域畜養猪隻年平鈞成長率。

表 4.3.3-5 河段內集污區推估的猪隻數

B. 推估河段內畜牧廢水產生量，是由各個排水分區的猪隻數乘以每頭 猪每日污水產生量得出畜牧廢水產生量（30升/日）。

C. 推估河段內畜牧污染流達量，由畜牧污染負荷量扣除畜牧污染處理 量得到畜牧污染排放量，最後排放量乘以該河段的流達率得到畜牧 污染流達量。其系統動力模式如圖4.3.6，估算細節如下：

a. 畜牧污染負荷量推估方式為每個排水分區的猪隻數乘以每頭猪 每日污染負荷量（0.16kg/日）得出。

b. 畜牧污染污染處理量部分，由於畜牧業之廢水原水水質與處理 後之廢水水質差異甚大，經行政院環保署列管之畜牧業由於排 放水必須符合放流水標準，均已設置廢水處理設施，而非列管 部份因為養猪規模較小，大多為無處理設備，而本研究中假設 河段內的養猪戶皆有設置處理設備。而畜牧污染去除率的部分 是考慮三階段式處理系統，大約為 80%。

c. 畜牧污染流達量部份，由畜牧污染負荷量扣除畜牧污染處理量 得知畜牧污染排放量，再由排放量乘以該河段的流達率等於畜 牧污染流達量。

d. 流達率定義為到達河川的流達量和排放源頭的排放量的比值，

數值部分是參考行政院環保署建議的流達率約 0.1~1 之間。本 研究依據此項數據範圍，依二次規劃法率定而出。

圖 4.3.6 畜牧污染系統動力推估模式 4.事業污染推估系統動力模式

因台中主要工業區如大里工業區及台中港關連工業區等皆不在大甲溪 集污範圍內，且相關大型工業區皆有做污水處理等相關處理設施。其於零 星工廠因總類過多無法統計各個污染排放資料。在本研究中，將以大甲溪 流域水污染防治規劃報告以及其他相關資料進行對事業廢水水量和污染量 的推估值。表 4.3.3-7 為各河段事業污染推估值。圖 4.3.7 事業污染系統動 力推估模式。

圖 4.3.7 事業污染系統動力推估模式

表4.3.3-7 各河段事業污染推估值 的平均值（如表 4.3.3-8），率定出流達率如表 4.3.3-11，水質檢定結果圖如 圖 4.3.8。

表4.3.3-8 第一河段水質、流量測站實測資料及推估水質濃度 各月份的平均值（如表 4.3.3-9），率定出流達率如表 4.3.3-11。水質檢定結 果圖如圖 4.3.9。

表4.3.3-9 第二河段水質、流量測站實測資料及推估水質濃度

1 28391.73 40095648 1.34 45743017 1.10 1.10 2 28383.55 78540672 1.27 45312684 0.82 0.82 3 28375.63 104180832 0.86 118437602 0.95 0.95 4 28367.58 113132160 1.02 94517207 1.04 1.04 5 28359.52 179366496 1.35 195724257 1.13 1.13 6 28351.59 295133440 1.25 310282840 1.28 1.41 7 28343.54 157464416 1.25 199630542 1.13 1.18 8 28335.74 267875712 1.53 239464265 1.60 1.60 9 28327.64 120936960 1.24 105307760 1.65 1.65 10 28319.81 89038944 1.04 102330950 0.79 0.79 11 28311.75 50688000 0.77 66303667 0.93 0.93 12 28303.93 38631456 1.20 53994076 0.97 0.97

推估第三河段的水質濃度的目標函數及限制式如式 4-9。率定之來源水 質實測值為石岡壩水質測站（歷年各月份的平均值）、來源流量以本研究

推估第三河段的水質濃度的目標函數及限制式如式 4-9。率定之來源水 質實測值為石岡壩水質測站（歷年各月份的平均值）、來源流量以本研究