第三章 研究方法與步驟
3.1 台灣中西部海岸濕地研究目標之選定
3.1.2 濕地水文之調查研究
一般而言，構成溼地水文系統的主要因子不外乎：降雨、地表逕流、地下 水、蒸發散量、及影響海岸溼地型態之潮汐，了解這些因子的特性，將有助於 規劃溼地後續的保育及管理工作，同時也可提供生態調查研究的輔助資訊。
圖 3.1 台中縣清水鎮高美濕地採樣分佈點
圖 3.2 台中港大肚溪口北岸濕地採樣分佈點
圖 3.3 彰化縣大肚溪口南岸濕地採樣分佈點
一般性的水文調查，往往需要大量的戶外做業，而且需要諸多儀器的配合 使用，因此調查經費非常昂貴；在主客觀環境的限制下，為了配合本研究計畫 目標，能在兩三年內將南部地區的溼地，完成基礎資料的調查研究，有關水文 調查部份將參考國外文獻記載的方法，以相關資料的蒐集和分析為主，再以現 場的踏勘及簡單量測為輔，所得成果仍足以代表該溼地概約的水文特性，各調 查項目詳細說明如下。
（a）航空相片資料數化：水文因子和溼地周圍的環境有著密不可分的關係，因 此首先藉助航空相片，可以協助研究人員了解溼地及周圍環境的空間分佈 慨況，除此之外，航空相片資料經過掃描數化並校正座標後，成為地理資 訊系統的底圖（base map），再與其他圖層套疊之後，可進行其他相關的 分析工作（Lyon, and McCarthy, 1995），圖 3.4 所示即為航空相片資料套 疊河川行水區域線的成果。
（b）溼地範圍之量測：利用全球定位系統（GPS）劃定溼地的範圍，是較傳統 導線測量方便且經濟上可行的做法，經由 GPS 接收儀中資料處理晶片解算 出經緯度座標，即可獲得溼地所在位置；然而一般的 GPS 接收儀因為 S/A
（selective availability）效應干擾訊號，定位精確度只達 50~100 公尺，為 了增加測量精確度，研究中將使用 DGPS 差分修正，該項技術是將未知點 的位置，扣除一固定已知點的誤差，以便獲得較精確的位置，因而提高 GPS 定位的精確度至 5~10 公尺以內。
（c）降雨資料之蒐集：除了受潮汐影響之溼地外，降雨是形成溼地水源的最主 要因素，雨水降落在溼地上，則直接補助溼地水體，此外受降雨影響之地 表逕流及地下水，也是溼地的重要水源。中央氣象局在各地之測站資料，
將可提供有關降雨的資訊，
圖 3.4 航空相片資料套疊河川行水區域線圖例
但若是所調查之溼地離測站較遠，則必須使用內差的方式，例如克立金 法（Kriging Method），以求得較近似實際的降雨量。
（d）蒸發散量之計算：由地表及水面所蒸發的水氣稱為蒸發（evaporation），
降雨落在植物上的水分，經陽光照射而排至大氣的水氣稱為蒸散
（transpiration），兩者合稱為蒸發散量（evapotranspiration），蒸發散會 隨著氣象條件而有所變化，例如：溼度及溫度。蒸發散量可直接量測，
或是依據簡易氣象變數的經驗公式來加以估算，本研究將採用桑氏
（Thronthwaite）方程式（Chow, 1964），該經驗公式常被使用，而且已 成功應用在一些溼地研究（Rykiel, 1984），其公式如下說明：
i a
流入溼地的地表逕流主要型態可區分為漫地流（overland flow）及渠道流
（channel flow），漫地流經常是伴隨著下雨而發生，或是在海岸型溼地由 於潮位升高所引起，而渠道流則是發生在當溼地也是天然河川一部份的情 理資訊系統（Geographic Information System, GIS），及配合數值高程資 料，有效且正確地提供水文分析所需的環境資訊（呂建華等，1998），
也因此分散式參數（distributed parameters）的分析模式，在集水區水文 分析上，扮演著越來越重要的角色，以下分別就資料蒐集、處理，及分 析程序，作簡單的說明。
1. ) DTM 資料：DTM 資料是將高程資料以網格的方式，儲存在地表上等 分佈的每個點，每個資料點即代表該網格在空間對應位置的高程值；
使用 DTM 資料時，必須注意的是網格尺寸的大小，影響地理資料系統
相當九個 10m×10m 的網格，因此用 30m×30m 網格所製作的三度空間 立體圖當然比 10m×10m 網格的立體圖來的粗略，除非該區域都是相當 平緩的地形；然而大尺寸網格也有其適用時機，當研究區域較大時，
使用小網格的 DTM 資料無論在資料取得及計算的考量上均較不經 濟，此時大尺寸網格的使用則是較實際的做法，一般如偏遠地區的自 然資源管理便是屬於這樣的應用領域。DTM 資料目前可透過國立中央 大學太空及遙測中心購買，該單位所提供之 DTM 資料均為 40m×40m 的網格大小。
2.) 高程資料前處理：原始的數值化高程資料不能直接運用於電腦分析作 業，原因為自然的地形上會有吸洞（sink）或局部窪陷的地貌，漫地 流流至該區域時，由於較周圍地勢低，水流將會先蓄滿該吸洞後，再 向低處流動；電腦模擬漫地流，只根據高程資料來判定流向，若遇到 吸洞地形時，電腦自動分析程序便無法繼續執行，因為在此特定網格 周圍的八個網格，其高程均較高，落於此間的水流將無法繼續向下游 流動；為了改善此一現象，需要將原始高程資料進行吸洞填平的工作，
經此前置處理之高程資料方能提供後續之水文分析。
3.) 網格流向分析：經吸洞填平處理後，數值高程資料中每一網格，均需 與相鄰網格之高程進行比對，而最後的流向為某網格與周圍八個網格 之最大高程差者，圖 3.6 所示之箭號方向，即是代表網格的流向分佈，
也就是代表漫地流在流經某網格後向下游流動的方向。
4.) 河川網路分析：分析完格網流向後，集水區中每一格網均有其唯一路 徑流至集水區的匯集點或出流口（outlet），稱之為流徑（flow path）；
而流量累積值（flow accumulation value）為任一網格累積上游網格流 入之個數（Jenson and Domingue, 1988），依此定義可知，流徑上之流 量累積值一定較非流徑的網格大，且愈向下游流量累積值愈大，運用
流量累積值即可劃定河川渠道的網路（Tarboton et al., 1991）；有了河 川渠道網路後，可進一步進行河川級序（stream order）的分析，級序 分析是將河溪編號，由分水嶺發源之小溪定義為一級河溪，兩條或兩 條以上的一級河溪匯流後成二級河溪，依此類推。
5.) 集水區劃定：電腦分析程序可根據設定之門檻值（threshold）自動找出 集水區的範圍，對同一區域而言，門檻值愈高，所劃定的子集水區個數 就愈少；集水區劃定之後，再套疊上溼地範圍之圖層，便可清楚了解溼 地與周圍集水區的空間相關位置，對溼地後續的保育及管理工作上，將 有非常大的幫助。
分析結果可代表該溼地漫地流的概況，如果需要進一步預估漫地流流 量，則可由以下公式計算求得：
w p
i R P A
S = ⋅ ⋅
Si = 溼地的直接地表逕流，（m3） Rp = 水力反應係數
P = 集水區平均降雨量，（m）
Aw = 集水區排入溼地的面積，（m2）
以上公式說明漫地流與集水區中供應溼地的降雨量體積（P×Aw）成正比，
其比值由水力反應係數代表，在國外文獻中曾記載，在美國東部的小集 水區來說，Rp從 4%到 18%不等（Lee, 1980），在台灣則仍須蒐集相關 的文獻，並整理出具代表性的水力反應係數，以供本調查研究使用。
圖 3.5 網格流向分析圖例
渠道流：
渠道流流量是以渠道斷面積乘以平均流速而得，觀測流速的方法有很多，本研 究將視不同的環境使用適當的方法。一般而言，最直接的方法是利用流量計，
量測水流多處斷面的流速，或是以最簡單的橘子皮漂浮法，量測當橘子皮（有 90%或部份果皮在水面下流動）流至下游所需時間，再轉換成速度。若是無法 量測平均流速，則仍有數個替代方法可供使用，首先是利用現成的水文調查資 料，將水位高程與流量作成率定曲線（Rating Curve），再經由簡單的水位量 測即可找出所對應的流量。另一個常用的方法為鹽滴定法（Salt-Titration），
主要的原理是依據質量不滅定律，在河段的上游將濃度 C1的鹽水，以流量 q 的速率投入河川中，在投放鹽水之前，量測投放點的河水含鹽濃度 Cb，在下 游鹽水與河水已均勻混合之處觀察河水的含鹽濃度 C2，假設河川流量為 Q，由 物質不滅原理可以推導出下式（Addison，1954）：
2
此外，曼寧公式（Manning Equation）也可用於計算渠道流流量，但先決條件 必須事先調查河流坡度及地表粗造度等資料，公式詳如下：
S = 水力梯度 A = 橫斷面面積
溼地地下水文的調查中，除了需要了解導水係數外，地下水位變化的監測也是非 常重要，如圖 3.6 所示。然而這些資料都必須藉助現場鑿井調查，才能得到較可 靠的數據，所需投的人力
降雨前地下水位線
降雨中及降雨後地下水位線 降雨
阻水層
圖 3.6 地下水位變化示意圖
物力非常龐大。因此對本研究計畫而言，只能蒐集鄰近溼地之水資源局、中央地 調所、及台糖等單位已設監測井資料，再利用內差方法求取導水係數及地下水位 變化等資料。另外，導水係數也可參照國外已調查分類資料，根據溼地或土壤種 類對照取得導水係數（Mitsch, Gosselink, 1998）。
3.2 水質分析方法
3.2.1 採樣方法與保存方法
每隔七天赴煉油廠，採集溼地系統之進流水（即煉油廠砂濾池放流水）
及溼地系統處理後之放流水。採樣時以數個 1 公升之 PV 塑膠瓶及數個 200 mL 廣口褐色玻璃瓶為採樣容器（所使用之採樣瓶，事先以酸液酸洗，再以清水及 去離子水沖洗，乾燥後備用）。立刻將採集回來之水樣帶回到實驗室，依檢測 項目進行前處理，馬上保存在 4℃下冷藏。表 3.1 所示為各種水質檢測項目及 保存方法。
3.2.2 水質分析項目與分析方法
本實驗分析的項目及方法如表 3.1 所示。水樣檢測項目詳細的分析步驟，
本實驗分析的項目及方法如表 3.1 所示。水樣檢測項目詳細的分析步驟，