嘉明湖水質監測研究

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中華民國九十七年十一月七、八日 台北市國立台灣大學環境工程研究所

嘉明湖水質監測研究

陳羿孜，東華大學環境政策研究所研究助理 黃東緯，東華大學環境政策研究所研究助理 蘇銘千，東華大學環境政策研究所副教授 高年信，崑山科技大學環境工程所助理教授

劉吉川，東華大學運動與休閒學系教授

計畫編號：97A027 摘要

嘉明湖為全台最大之3000 公尺以上的高山湖泊，常吸引大量登山客進入本 區域進行遊憩活動，有鑑於此，嘉明湖區域湖水水質及周邊環境狀況，為本研究 之調查重點，並分別於95、96 年之夏季、冬季進行水質採樣分析。水質分析項 目包含溶氧量、水溫、氫離子濃度指數、導電度、透視度、濁度、化學需氧量、

總磷、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、葉綠素A、大腸菌，共 13 項。研究結果顯示，

枯水期因降雨量少且遊客數大增相對COD、大腸桿菌升高，因此人為活動實為 關鍵影響因素。分析本研究連續兩年之監測結果水質確實呈現輕微劣化之狀況，

整體而言，由水質採樣結果可看出人為及自然變遷對嘉明湖地區的影響，未來應 落實長期監測計畫以作為嘉明湖管理之依據，以利自然資源之管理。

關鍵字：嘉明湖、水質檢驗、遊憩活動

一、前言

嘉明湖位於台東縣海端鄉，玉山國家公園南方，海拔 3310 公尺，面積約 6 公頃，最大長度約120 公尺，最大寬度約 80 公尺，為全台最大之 3000 公尺以上 的高山湖泊，其海拔高度僅次於雪山翠池(3520 公尺)。為登山者心中首選的高山 湖泊之旅，因此常有大量登山客進入本區域。有鑑於此，嘉明湖區域湖水水質及 周邊環境狀況，為本研究之調查重點。依據農委會林務局自然資源與生態資料庫 資料顯示，本區域6~8 月平均氣溫 14℃，一月最低溫 2℃，平均溫度 9.6℃。雨 量集中夏、秋兩季，年雨量3,270mm，因此每年 10 至 12 月的乾季是較適合登山 的季節。嘉明湖周圍地表為碎岩混和土壤，主要植被為高山箭竹。本研究於 95 年度開始進行調查以瞭解本區污染狀態及分佈趨勢，至今已完成兩年研究結果。

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二、採樣計畫

本研究於嘉明湖地區進行水質採樣分析，各項工作以環檢所公告之實驗方法 進行，採樣計畫、採樣步驟、分析項目與方法、及品保與品管分述如下。

1. 採樣計畫與採樣步驟

水質採樣頻率為一年兩次，採樣時程規劃考量嘉明湖豐水期與枯水期之變 化，選擇夏季(95 年 8 月、96 年 7 月)及冬季(96 年 1 月、97 年 1 月)進行採樣，

由檢測結果可瞭解嘉明湖區域水體基本狀態以及污染分佈現況。水質採樣點共有 四點如圖1，分別為 CM1、CM2、CM3、CM4。CM1 為登山者由三叉山方向下 至湖區路徑之第一近湖點，該點對岸為CM3 人為活動較不易到達，故野生動物 活動痕跡較頻繁處。

CM2水樣

CM3水樣

CM1水樣

CM4水樣 CM2水樣

CM3水樣

CM1水樣

CM4水樣

圖1 水質採樣點位置圖

現場檢測與採樣時，水質檢測之溶氧量(DO)、水溫(Temp)、氫離子濃度指數 (pH)、導電度(Conductivity)、透視度(Transparency)等五項由研究人員現場檢測及 填寫採樣記錄表，送回實驗分析之水樣，在採樣時由研究人員現場填寫採樣記錄 表，將樣品分裝於不同的保存瓶，記錄採樣時間、地點、採樣瓶數、樣品編號、

現場測定項目測值，並經由採樣者簽名確認。依環檢所公告之實驗方法進行保存 與運送(NIEA W102.51C)，於時限內攜回實驗室進行處理分析。

2. 分析項目與方法

依照環檢所公告之程序執行，下列各項分析方法及保存說明彙整如表1。其

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中水質分析之溶氧量、水溫、氫離子濃度指數、導電度等四項於現場使用水質分 析儀（WTW Handheld Multi-Parameter Instruments Multi 340i, pH/Oxi 340i, and pH/Cond 340i）檢測，透視度則應用透視度計法(NIEA W221.50A)於現場檢測，

其餘皆攜回實驗室分析。

„ 水質分析項目：溶氧量(DO)、水溫(Temp)、氫離子濃度指數(pH)、導電 度(Conductivity)、透視度(Transparency)、濁度(Turbidity)、化學需氧量 (COD)、總磷(Total Phosphorus)、氨氮(Ammonia nitrogen)、硝酸鹽 (Nitrate)、亞硝酸鹽(Nitrite)、葉綠素 A(Chlorophyll A)、大腸菌(Coliform group density)，共 13 項。

表1 檢測分析方法

檢測項目 環檢所檢測方法編號 樣品保存 溶氧(DO) 疊氮化物修正法或電極

法(NIEA W421.54C) 現場測定 水溫 水溫檢測方法

(NIEA W217.51A) 現場測定 氫離子(pH) 電極法

(NIEA W424.50A) 現場測定 導電度 導電度計法

(NIEA W203.51B) 現場測定 透視度 透視度計法

(NIEA W221.50A) 現場測定 濁度 濁度計法

(NIEA W219.52C)

樣品應於採樣後儘速分析，否則須置於暗 處 4 ℃ 冷藏，以減少微生物對懸浮物的 分解作用，並於 48 小時內進行分析。

化學需氧量 (COD)

重鉻酸鉀迴流法 (NIEA W515.53A)

水樣應冷藏於 4 ℃ 暗處，應於採樣後 48 小時內進行分析。

硝酸鹽 分光光度計法(NIEA W419.50A)

分析前應保存於 4℃之暗處，在 24 小時 內儘速分析。必要時於每升水樣加入2 mL 之濃硫酸，延長保存期限至48 小時。

葉綠素 丙酮萃取法 (NIEA E507.01B)

採樣後立即放置暗處密封，以4℃冷藏方 式保存，期限不得超過24 小時。

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檢測項目 環檢所檢測方法編號 樣品保存

氨氮 靛酚比色法 (NIEA W448.51B)

樣品之運送及保存須在4 ℃以下暗處冷 藏，並於24 小時內檢測。若樣品為含有 機性及含氮性物質高的樣品或需保存較 長時間之樣品，採樣後應加入濃硫酸調整 pH 值至 2 或以下。

總磷 分光光度計/維生素丙 法(NIEA W427.52B)

以1+1 熱鹽酸洗淨之玻璃瓶採集水樣，添 加硫酸至 pH 小於 2，於 4 ℃暗處冷藏，

保存期限為七天。

大腸桿菌群 多管發酵法 (NIEA E201.53B)

所採水樣應具有代表性，且在檢驗之前不 再被污染。採樣後水樣儘速置入 0 ~ 5 ℃ 冰箱中保存運送。水樣應於採樣後 24 小 時內完成推定實驗。

(本研究整理)

3. 品保與品管 (1) 採樣程序之品保

於採樣出發前再次核對器材清單，工作人員須嚴控樣本之保存時間，樣品採 集後，將樣品裝於不同的保存瓶，並依環保署公告之方法(NIEA W102.51C)加以 保存及運送，在規定時限內送回實驗室進行化學分析。採樣時於現場填寫採樣記 錄表，記錄採樣時間、地點、採樣瓶數、樣品編號、現場測定項目測值，並經由 採樣者簽名確認。

(2) 樣品之管制

採樣人員應將樣品於規定時間內立即送回實驗室冷藏保存，在樣品保存前應 先確認樣品上之標示是否清楚正確，是否依規定密封及保存，所使用之容器是否 正確、適當，並在樣品接收單上詳細記錄，如樣品之保存、運送方式均符合規定，

樣品再立即予以保存、冷藏，並同時記載保存日期及時間，由負責人員簽名以示 負責。完成上述工作後，水質樣品應立即進行分析。檢驗人員進行分析時，均應 記錄分析之時間，所使用之樣品編號、數量及分析項目等資料，以利於日後作為 品保追蹤上之依據。

嘉明湖樣本分析品質保證與品質控制主要有兩點，一是於樣本分析前，所有 需要使用到的實驗器皿皆依據環保署公告之方法(NIEA PA107)進行徹底清潔，以 確保實驗分析結果之準確，降低實驗室干擾；二則為各實驗檢量線製備，依據環

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檢所之環境檢驗檢量線及查核指引規範，環境檢驗是以電極法、比色法(分光光 度計法)等，檢量線必須以檢驗方法上所規定之方式製作，按範圍需求配置五個 濃度得到檢量線，並作迴歸分析，其線性相關係數 R²值必須在0.995 以上。每次 樣品分析前皆重新製備檢量線，檢量線符合製備標準後，方可進行嘉明湖水質樣 本分析。

三、結果與討論

針對檢測結果進行討論及分析，各項監測結果依水質之物理性分析與化學性 分析說明，並與國內相關研究及環保署公告水體標準進行比較，以瞭解嘉明湖水 質變化情形。

1. 水質物理性分析

水質之物理性分析共包含溶氧量、水溫、氫離子濃度指數、導電度、濁度等 五項檢測項目，分析結果詳述如下。

(1) 溶氧(D.O.)

溶氧檢測結果如圖 2 所示，相較之下 96 年度採樣的溶氧均低 95 年同期，

將溶氧與採樣時溫度比對後也可看出溶氧的減少應與溫度的升高有關。且96 年 度調查時湖水水位相較於95 年下降許多，嘉明湖水主要依賴降雨補助，雨水補 助量較往年少，因此水中溶氧也較低。

4 5 6 7 8 9 10

5 7 9 11 13 15 17 19

TEMP(℃)

D.O.(mg/L)

20060817 20070124 20070724 20080118

圖2 歷次採樣溫度與溶氧比較圖 (2) 水溫(Temp)

96 年度湖區在夏季與冬季的湖區水溫均略高於上年度同期，兩次採樣所測 得之水溫依當時之季節屬合理範圍。

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(3) 氫離子濃度指數(pH)

pH 檢測結果 96 年與上年度同期相較之下，pH 值略為增加。此外由二個年 度的pH 值中也可看出在冬季枯水期時的 pH 值與夏季豐水期相較之下，枯水期 pH 值明顯較低。

(4) 導電度(Conductivity)

由嘉明湖水中的導電度可看出，湖水中的游離電子量少，顯示湖水中的溶解 固體屬微量(10^-6)，湖水中無過多鹽類，印證水中濁度、透視度之變化趨勢，導 電度之結果均屬合理。

(5) 濁度(Turbidity)與透視度(Transparency)

濁度結果顯示96 年 CM1、CM3 兩點皆低於 1NTU 外，其餘各次結果為 2.22 至5.56 NTU，差異不大。與透視度結果對照之下，歷次採樣結果透視度皆大於 30cm，顯示嘉明湖湖區水質清澈，水中懸浮固體量極少與導電度關係交叉比對，

結果呈現湖水無明顯懸浮固體物等污染發生。

上述五項物理水質分析現場檢測結果，個別比較乾季與豐水期，顯示豐水期 並無明顯大量之人為污染狀況，然降雨量對湖水水質具有明顯之影響，豐水期與 枯水期間的差異則因降雨量而造成水質差異，整體而言嘉明湖水質物理項目分析 結果並未發現重大明顯污染趨勢，因此長期水質監測實為必要之工作。

2. 水質化學性分析

水質之化學性分析共包含化學需氧量(COD)、總磷(Total Phosphorus)、氨氮 (Ammonia nitrogen)、硝酸鹽(Nitrate)、亞硝酸鹽(Nitrite)、葉綠素 A(Chlorophyll A)、大腸菌(Coliform group density)等七項檢測項目，分析結果詳述如下。

(1) 化學需氧量(COD)

COD 結果 97 年之 COD 檢測濃度明顯高於 96 年 7 月之結果，同樣因 96 年 湖水水位低於95 年，因此補助水量較少對於水體自淨能力相對也減低，故水體 現況表現在COD 檢測結果也極為明確。

(2) 氨氮(Ammonia nitrogen)、亞硝酸鹽(Nitrite)、硝酸鹽(Nitrate)

水中氨氮濃度其變化趨勢為枯水期高於豐水期，顯示湖水水質均勻環湖採樣 結果未發現特殊污染處。含氮有機物主要來自動物排泄物及動植物屍體的分解，

依氨氮、亞硝酸鹽氮及硝酸鹽氮程序而漸次穩定。因此當水體中存在氨氮，可表 示該水體受污染時間較短，氨氮所代表為新鮮污染源，硝酸鹽氮與亞硝酸鹽氮濃 度變化則顯示湖水有持續性氮污染源排入，其氧化還原作用持續進行中，歸納可 能為遊客或野生動物所致，但因量還不多，亞硝酸鹽為氨氮轉換為硝酸鹽之中間 產物，應持續檢測，可推估本區域氨氮-硝酸鹽氮之變化趨勢。

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(3) 葉綠素 A(Chlorophyll A)

96 年 7 月葉綠素 a 結果，為 0.57 mg/m3~0.74 mg/m3，而 97 年則未測得，

96 年度兩次採樣濃度均較去年度同時期為低，而葉綠素也可顯示出湖水中是否 有過多的藻類生長並與各種營養鹽類比較後也可看出是否有優養化的跡象，高葉 綠素濃度代表水中的浮游生物含量很高，嘉明湖豐水期時葉綠素高且溶氧量高提 供浮游生物較佳之生長環境，枯水期時普遍水質較豐水期差因此業綠素含量也呈 現較低之結果，除化學性分析，業綠素也可作為比較水質變化之重要監測項目。

(4) 總磷(Total Phosphorus)

96 年總磷相較於 97 年略為升高。水中的磷幾乎全部以磷酸鹽（phosphate）

型式存在，磷是植物生長的重要養分，但當過量的磷進入水體，將造成藻類大量 繁殖及死亡，並會因其腐敗分解消耗水中大量的氧，形成水體缺氧和優養化致使 水質惡化，目前總磷量尚不足以構成嚴重污染，但若持續升高應為水質惡化之警 訊，應持續監測以瞭解其變化。

(5) 大腸菌(Coliform group density)

96 年 7 月大腸菌檢測結果則顯示水質有受污染之虞，測得大腸菌數為 130(每 100 毫升菌落數)，97 年 1 月則均未測得大腸桿菌，96 年 7 月出現的大腸桿菌濃 度較歷次採樣結果要高，由於此次採樣時明顯發現採樣點週邊有動物活動的情 形，因此推測較高的大腸菌數可能來自於動物的排遗，而大腸菌的出現也代表著 水體中致病菌存活的可能性提高。

3. 相關研究之比較分析 (1) 台灣湖泊酸化研究

針對夏季與冬季時 pH 值有較大的變化，環保署也對此作過研究(吳義林，

1998)，在台灣地區的湖泊及水庫中海拔 1,000 公尺以上的湖泊均有酸化的狀況發 生，由於高山湖泊所在地質大多是尚未風化的岩塊，或者風化土壤層較薄，因此 不會對湖泊的pH 值造成影響，因此湖泊酸化的主要來源為酸雨所造成，特別是 在東北季風時，大陸東北、日本、韓國及大陸沿岸的污染排放會經由長程傳輸影 響台灣地區。當鋒面過境時，大陸南方的污染物排放會經由鋒面雲系的東移或南 移影響台灣地區，並隨著降雨進入水體中造成水體的酸化。本研究結果顯示嘉明 湖冬季水質有明顯酸化之趨勢，與上述研究結果具有一致性。

(2) 環保署「保護生活環境相關環境基準陸域地面水體(河川、湖泊)標準」

依照環保署公告保護生活環境相關環境基準陸域地面水體(河川、湖泊)標 準，水體分級標準為台灣地區常用來評量水體品質之指標之一，可判斷出水體目 前狀況及可適用之性質，其適用性質如下：

甲類：適用於一級公共用水、游泳、乙類、丙類、丁類及戊類。

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乙類：適用於二級公共用水、一級水產用水、丙類、丁類及戊類。

丙類：適用於三級公共用水、二級水產用水、一級工業用水、丁類及戊類。

丁類：適用於灌溉用水、二級工業用水及環境保育。

戊類：適用環境保育。

以上述標準對嘉明湖水質進行分類，顯示嘉明湖在冬季時溶氧均屬甲類水 質，而95 年 8 月與 96 年 7 月則分別為乙級與丙級，但溶氧量會隨溫度升高而減 少，因此在溶氧的水質分類上應與當時水溫同時進行評估，才能夠得到客觀的結 果，本研究經比對溶氧與溫度之關係後，嘉明湖溶氧量在採樣當時水溫狀況下均 為合理。pH 檢測結果 95 年 8 月與 96 年 7 月均屬甲級水質，而在 96 年 1 月與 97 年 1 月則因 pH 值過低，超出環保署所公告之標準，由溶氧與 pH 值也可明顯 看出水質分類與採樣季節的變化。而COD 在水體分類的變動較大，因此也應進 一步分析湖區週邊的有機質可能來源。氨氮除了在95 年 8 月為乙級水質外其他 各次均為甲級，而總磷的水質分類在95 年 8 月至 96 年 7 月均為甲級水質，而在 97 年 1 月時則為乙級水質，由氨氮與總磷的水質分類變化來看，也可發現湖區 週邊應有營養鹽類排入，才會造成水質的變化，推論人為活動與野生動物棲息活 動，均為不可忽略之因素。大腸桿菌多為未測得或是歸類為甲級水質，只有在 96 年 7 月採樣時被歸類為乙級，由於該次採樣時採樣點週邊有野生動物活動，

因此推論為生物活動所造成的影響。未來規劃嘉明湖生態旅遊及遊憩行為管理原 則，應將水體用途特性予以考量，進而訂定管理辦法以維持嘉明湖之環境生態。

四、結論與建議

嘉明湖水質分析結果顯示，部分水質分析項目在採樣間隔期間水質有明顯變 化。綜合分析近四年登山人數如圖3 所示，93 及 94 年遊客人數近 4,000 人但 95 年後因旅遊風氣及登山設施改善後方便性增加而使遊客數遽增，96 年全年遊客 人數累計達9,738 人(圖 4)。COD 濃度在豐水期時為 2 至 5mg/L，枯水期升高為 3 至 20 mg/L；大腸菌數結果也顯示水質易受到湖區周邊生物影響，96 年度夏季 均測得大腸菌，菌落數達到130 MPN / 100 mL，而當時也發現有野生動物在湖邊 活動，冬季時則未測得大腸桿菌。比較96 年 9 月至 12 月達遊客人數高峰每月均 超過 1,000 人以上之豋山人數，因枯水期降雨量少且遊客數大增相對 COD、大 腸桿菌升高，因此人為活動時為關鍵影響因素。分析本研究連續兩年之監測結果 水質確實呈現輕微劣化之狀況，建議仍應進行長期監測，作為遊憩與旅遊管理辦 法制訂之依據。

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中華民國九十七年十一月七、八日 台北市國立台灣大學環境工程研究所 遊客人數

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

92 93 94 95 96 97

年 遊客人數

圖3 統計 93 至 96 年林務局統計嘉明湖登山人數

嘉明湖96年1月至97年2月遊客數量

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

96年1 月

96年2月 96年3月

96年4月 96年5月

96年6月 96年7月

96年8 月

96年9月 96年10月

96年11月 96年12月

97年1月 97年2月

人數

圖4 統計 96 年 1 月至 97 年 2 月登山人數

整體而言，採樣結果可看出人為及自然變遷對嘉明湖地區的影響，未來應落 實長期監測計畫以作為嘉明湖管理之依據，以利自然資源之管理。建議修訂長期 監測內容為一年進行兩次的嘉明湖水質監測，分豐水期(7 月至 9 月)及枯水期(11 月至 2 月)各取樣一次，水質檢驗項目包含：溶氧量、水溫、氫離子濃度指數、

導電度、化學需氧量、總磷、透視度、濁度、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、葉綠素、

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大腸桿菌數，共13 項，採樣結果可作為人為污染對環境之影響研究，將可具體 呈現人為活動與環境變化之關係。

參考文獻

1. 吳義林，“酸雨對台灣地區自然環境及人體健康之危害與管制計劃─子計 畫九：大氣中不同媒介之酸沈降總量推估研究”，NSC87-EPA-P-006-010 (1998)。

2. 經 濟 部 水 利 署 北 區 水 資 源 局 ，

http://www.wranb.gov.tw/wranb_summer/content/shihman/shihman02_04_02 .asp (2008)。

3. 劉吉川，“向陽遊樂區及嘉明湖登山步道遊憩衝擊監測”，行政院農委會 林務局台東林區管理處委託計畫 (2007)。