中~優養水域 矽藻類 優養水域 矽藻類與綠藻類
圖 3‐4 新山水庫 93 年總磷模擬分析與實測結果圖(檢定)
3.7.2 WASP 模式
3.7.2 WASP 模式
WASP模式首先由美國曼哈頓學院(Manhattan College)發展，再經美國環保 署加以修正。此模式通常用來模擬地表水(surface water)之污染物傳輸現象(Di Toro et al., 1983)，主要是根據有限段落法(finite‐segment scheme)。WASP模式 的優點是可依水體情況的需要，決定建立一維、二維或三維的水體模式，考慮線 性或非線性，時變(time variable)或非時變(steady state)，可說是具有非常大的 彈性空間。WASP模式已被廣泛的應用於河川、湖泊、水庫、港灣及海岸等水體，
其模擬的項目包括溶氧(DO)、大腸菌、優養物質及毒性物質等(Ambrose et al., 1993)。
WASP5包括優養模式(EUTRO5)及毒性物質模式(TOXIWASP) 兩個子模 式。EUTRO5可模擬八種污染物在水中(water column)及底泥(sediment bed)之 傳輸情形，包括氨氮(ammonia)、亞硝酸氮/硝酸氮(nitrite/nitrate)、無機磷 (orthophosphate)、水生植物生物量(phytoplankton biomass)、生化需 氧量 (CBOD)、溶氧、有機氮(organic nitrogen)及有機磷(organic phosphorus)，其中 水生植物生物量通常以葉綠素a(chlorophyll a)為代表。TOXIWASP則可以模擬 有機化合物、重金屬等毒性物質與泥沙沈積物在水體及底泥之傳輸情形。
在國內 WASP 模式已成功地被應用至一些水庫之優養分析，包括翡翠、寶
第三章 水庫中各生物相及其關聯性
SL：直接或擴散污染物質之消失項(sink)或生成項(source) [ M/L3‧T ] SB：邊界污染物質之消失項(sink)或生成項(source) [ M/L ‧T ] B 3
SK：動量污染物質之消失項(sink)或生成項(source) [ M/L3‧T ]
式中第(1)項表示水流對物質傳輸的對流項(Advection term)，第(2)項表示物質於
( )
j j jj j j j j jj(
j j)
j j(
j j)
j jRj,j+1：j格點與j+1 格點之間之交換係數(Exchange coefficent)，
定義為
第三章 水庫中各生物相及其關聯性 之調查與分析
圖 3‐6 WASP5 水質變數反應圖
1.葉綠素 a
( )
V(
G D)
A VK A Q A Q A dtAV d
out in in
sa + −
−
−
=
式中，A = 葉綠素a濃度[ M/L3 ]
Am = 入流之葉綠素a濃度[ M/L3 ] G = 葉綠素 a 生長率[ 1/T ] D = 葉綠素 a 死亡率[ 1/T ] Ksa = 葉綠素a沉降率[ 1/T ] Qout = 水庫湖泊出流量[ L3/T ] Qin = 水庫湖泊入流量[ L3/T ] V = 水庫、湖泊水體體積[ L3 ]
針對葉綠素a的水質參數：G(葉綠素a生長率)，D(葉綠素a死亡率)及Ksa(葉 綠素a沉降率)作進一步的介紹：
(1)生長率
Gmax隨藻類不同而有差異。一般範圍介於 1.5~2.5 ( 1/day ) (b)日照影響因子
依據 Di Toro et al.(1971)研究得知，其日照因子可以表示成通式：
( )
= 2.718[
exp(
−α1)
−exp(
−α0]
第三章 水庫中各生物相及其關聯性
對藻類所吸收之養分，可分為磷系統與氮系統，根據 Michaelis‐Menton 之 表示法： Min DIN N
水體中但可分為有機氮和無機氮兩種，其中無機氮包括安氮(NH3)、硝酸氮
第三章 水庫中各生物相及其關聯性
OCRB = 藻類含氧百分比，無維度 RESP = 藻類呼吸耗氧率[ M/L3/T ]
水中飽和溶氧CDOS是以Mirtimer(1981)之研究所得的經驗公式：
( )
(7.7117−1.31403ln +45.93)
= TS
DOS e
C
式中，TS = 水表溫度[℃]。
因為新山水庫為沒有支流的單一進出口離槽水庫，所以將新山水庫分為五 個段落，第一段落為新山水庫對外到基隆河的進出口區域，第二段落為進出口到 大壩的區域同時包括環保署長期監測的測點一，第三段為水庫的第一個彎，第四 段是環保署第一與第二測點的中間區域，第五段為環保署長期監測的測點二和離 大壩最遠的區域。共分為五個網格，圖 3‐7 為新山水庫水質二維模擬網格分割圖。
大壩 2
測點1
進出水口
3 1
4
5 測點2
圖 3‐7 新山水庫二維水質模擬網格分割圖
圖 3‐8 與圖 3‐9 為新山水庫民國 93 年與民國 94 年以 WASP5 模式動態計算
第三章 水庫中各生物相及其關聯性
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 月份
NH3(mg/l)
預測值 實際值
圖 3‐10 新山水庫 93 年氨氮模擬與實測結果(檢定)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 月份
NH3(mg/l)
預測值 實際值
圖 3‐11 新山水庫 94 年氨氮模擬與實測結果(驗證)
第三章 水庫中各生物相及其關聯性 之調查與分析
0 1 2 3 4 5
1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 月份
NO3(mg/l)
模擬值 實測值
圖 3‐12 新山水庫 93 年硝酸氮模擬與實測結果(檢定)
0 1 2 3 4 5
1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 月份
NO3(mg/l)
模擬值 實測值
圖 3‐13 新山水庫 94 年硝酸氮模擬與實測結果(驗證)
0 10 20 30 40 50 60
1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 月份
PO4(μg/l)
模擬值 實測值
圖 3‐14 新山水庫 93 年磷酸鹽模擬與實測結果(檢定)
0 10 20 30 40 50 60
1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 月份
PO4(μg/l)
模擬值 實測值
圖 3‐15 新山水庫 94 年磷酸鹽模擬與實測結果(驗證)
第三章 水庫中各生物相及其關聯性 之調查與分析
0 10 20 30 40 50 60
1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 月份
葉綠素(μg/l)
模擬值 實測值
圖 3‐16 新山水庫 93 年葉綠素 a 模擬與實測結果(檢定)
0 10 20 30 40 50 60
1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 月份
葉綠素(μg/l)
模擬值 實測值
圖 3‐17 新山水庫 94 年葉綠素 a 模擬與實測結果(驗證)
0 2 4 6 8 10 12
1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 月份
DO(mg/l)
模擬值 實測值1
圖 3‐18 新山水庫 93 年溶氧模擬與實測結果(檢定)
0 2 4 6 8 10 12
1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 月份
DO(mg/l)
模擬值 實測值1
圖 3‐19 新山水庫 94 年溶氧模擬與實測結果(驗證)
第三章 水庫中各生物相及其關聯性
0
第三章 水庫中各生物相及其關聯性 之調查與分析
度比夏季更高，依照水庫生態測量的結果，可以看到浮游動物在夏季的倍增，所 以造成藻類在夏季的時候並沒有比春季要高。
水體優養化程度主要以多變數指標法及單一參數指標法定量來判定。多變 數指標法主要根據水中總磷、葉綠素 a、透明度及有機氮等 3～4 種複合參數計 算為指標。單一參數指標法主要以總磷、透明度、葉綠素 a 等單一參數，以單項 參數是否超過界定值，作為判定之標準。由於模式中無法模擬透明度，故以下削 減負荷、預測水體優養化程度主要是以單一參數指標法定量來判定。
表 3‐6 美國環境保護署單一參數判定優養化之標準 等級 總磷(ppb) 葉綠素‐a(ppb) 透明度(m) 貧養 < 10 < 4 > 3.7 中養 10~20 4~10 2~3.7 優養 > 20 > 10 < 2
表 3‐7 OECO 單一參數判定優養化之標準
等級 總磷(ppb) 葉綠素‐a(ppb) 透明度(m) 貧養 < 7.9 < 2.0 > 4.6 貧養~中養 8~11 2.1~2.9 4.5~3.8
中養 12~27 3.0~6.9 3.7~2.4 中養~優養 28~39 7.0~9.9 2.3~1.8 優養 > 40 > 10 < 1.7
表 3‐8 Carlson 單一參數判定優養化之標準 等級 總磷(ppb) 葉綠素‐a(ppb) 透明度(m) 貧養 < 12 < 2.6 > 4 中養 12~24 2.6~7.2 2~4 優養 > 24 > 7.2 < 2
利用模擬的結果來作入流磷系統遞減率與葉綠素 a 濃度之關係，可以做出 以下兩個圖，並且利用美國環境保護署單一參數判定優養化之標準可以看出 93 年時大約在削減 40～50%時可以達到中養，而 94 年時大約削減 20～30%後可以
達到中養；而兩年削減大約 70～80%的時候才可以達到貧養的狀況。
第三章 水庫中各生物相及其關聯性