中 華 大 學

中 華 大 學 碩 士 論 文

石門水庫優養化之研究

Research of Eutrophication for the Shihmen Reservoir

系 所 別：土木與工程資訊學系 碩士班 學號姓名：M09304054 許皓婷

指導教授： 陳有祺 教授

中華民國 九十五 年 六 月

摘要

關鍵字：石門水庫、優養化、卡爾森指標

磷、葉綠素-a、水溫、藻類細胞數、大腸桿菌、導電度。

ABSTRACT

Keywords: Shihmen Reservoir, Eutrophication, Carlson Trophic State Index（CTSI）.

The eutrophication of the Shihmen Reservoir was evaluated by using many indices. The relationship between Carlson Trophic State Index

（CTSI）and algal indices（including algal cells, Shannon-Weaver, and DAIpo）was studied by using statistics.

According to the study, the order of factors which affect the eutrophication of the Shinmen Reservoir are Secchi transparency, total phosphorous, Chlorophyll-a, water temperature, algal cells, coliform, and conductivity.

誌 謝

就學期間幸蒙恩師陳有祺博士不辭辛勞的指導與修正，紮實且嚴 謹使學生在研究生活中獲益良多，也教導學生做人處事的道理，讓學 生除了認真學習外，更懂得去愛身邊的每個人，並時常懷著喜樂的心 去看待每件事物，在此致上萬分的謝意。

在論文口試期間，承蒙胡通哲博士、廖光正博士、莊明德博士、

周文杰博士，授予精闢之建議與指正，使本研究更加完整，特此表達 學生的敬意。對於當日學弟妹的熱心協助，在此一併致謝。

另外，特別感謝兩位研究所生涯中最重要的兩位戰友囿任及經 權，在我最低潮時總是陪在我身邊用另類的方式激勵我，使我更有動 力將論文完成；研究期間，感謝同學佳琪、雅潔、政儒、俊傑、聖倉、

文賓、明勳、家偉、信安學長、世杰學長、泰盛學長、妙霏學姊，學 妹曉婷、晏笙、凱華，學弟芳義、昱佑、佳銘、聖晨，營建系同學安 盛、宜衡、廷鋒、旻佑、水域中心助理淑莉、採樣夥伴蕭文發大哥，

因有你們使原本苦悶的研究所生活變得多采多姿，更感謝大家的鼓勵 與這段共同的回憶。

並感謝在我離家六年的讀書生涯中總是對我不離不棄的摯友：羅 捷、淑君，就是因為有你們的支持，我才相信我真的做得到。

最後將完成論文的成就，獻給我最愛的家人：阿公、阿嬤、爸爸、

媽媽、世爭、皓芳、宏昌、依茹、佳佳、素滿阿姨、達哥，謝謝你們 給予我最大的協助與精神上的支持，讓我能專心完成碩士學業，願將 此成果與你們分享。

目 錄

摘要

英文摘要

誌謝

目錄

圖目錄

表目錄

第一章 緒論 01

1.1 前言 01

1.2 研究動機 01

1.3 研究目的 02

1.4 研究內容 02

1.5 研究流程 02

第二章 文獻回顧 04

2.1 優養化（Eutrophication）之定義及影響 04

2.2 優養化之環境因子 05

2.3 優養化評估指標 05 2.3.1 定性的描述 06

2.3.2 定量的描述 06

2.4 浮游藻類指標分析方法 12

2.4.1 歧異度指數（Shannon-Weaver） 12

2.4.2 矽藻群集指數的有機污染指數(DAIpo) 13

2.5 優養化統計分析之國內外相關研究 14

第三章 研究方法 17

3.1 水質、藻類監測調查 17

3.1.1 水質監測調查 17 3.1.2 藻類監測調查 21

3.2 各項指標分析 22

3.2.1 營養狀況指標 22 3.2.2 藻類指標方法 23

3.3 統計分析方法 24

3.3.1 皮爾森積矩相關係數 25

第四章 結果分析與討論 27

4.1 石門水庫水質優養化評估結果 27 4.1.1 單一參數指標之優養分析 27 4.1.2 複合參數指標 40 4.2 以浮游藻類為指標之優養分析 49 4.3 營養鹽限制因子推論及檢驗結果 57 4.4 各水質參數與卡爾森優養指標之相關性分析 61

第五章 結論與建議 64

5.1 結論 64

5.2 建議 65

參考文獻 66

附錄 69

圖 目 錄

圖 1.5-1 研究流程圖 03

圖 2.1-1 水體中養份之循環 05

圖 3.1-1 水質採樣地點 18

圖 3.3-1 統計分析方法應用說明 24

圖 4.1-1 2003~2005 年總磷水質變化圖 32 圖 4.1-2 2003~2005 年庫區各測點水質變化圖(TP 平均值) 32 圖 4.1-3 2003~2005 年葉綠素-a 水質變化圖 36 圖 4.1-4 2003~2005 年庫區各測點水質變化圖(Chl-a 平均值) 37 圖 4.1-5 2003~2005 年透明度水質變化圖 39 圖 4.1-6 2003~2005 年庫區各測點水質變化圖(SD 平均值) 39 圖 4.1-7 2003~2005 年卡爾森優養指標變化圖 44 圖 4.1-8 2003~2005 年庫區各測點水質變化圖(CTSI 平均值) 44 圖 4.1-9 2003~2005 年石門水庫營養狀況指標變化圖 48 圖 4.1-10 2003~2005 年庫區各測點水質變化圖(STSI 平均值) 48 圖 4.2-1 各測點之藻類細胞數分層變化圖（一）~（五） 52 圖 4.2-2 各測點之藻類歧異度指數分層變化圖 55 圖 4.2-3 各測點之藻類矽藻群集指數分層變化圖 57 圖 4.4-1 5 個測平均透明度與葉綠素-a 及濁度相關性 62 圖 4.4-2 各測點透明度與葉綠素-a 及濁度相關性 62

表 目 錄

表 2.3-1 優養湖泊特徵之判別標準 06

表 2.3-2 以總磷為基準之營養分級標準 07 表 2.3-3 以葉綠素-a 為基準之營養分級標準 08 表 2.3-4 以透明度為基準之營養分級標準 09 表 2.5-1 國內、外分析水庫、湖泊水質優養化之影響因子 15 表 2.5-2 國內水庫水質優養化之影響因子 16 表 3.1-1 水質採樣地點 GPS 定位 18 表 3.1-2 各種水質檢測項目的採樣及檢測方法一覽表 20 表 3.2-1 卡爾森營養狀況單一參數判定標準 23 表 4.1-1 2003~2005 年各測點之總磷檢測成果表（年平均）...28 表 4.1-2 2003~2005 年各測點之總磷檢測成果表（月平均）...29 表 4.1-3 2003~2005 年石門水庫平均降雨量 30 表 4.1-4 2003~2005 年各測點之總磷檢測成果表（季平均） 31 表 4.1-5 2003~2005 年各測點之葉綠素-a 檢測成果表（年平均） 33 表 4.1-6 2003~2005 年各測點之葉綠素-a 檢測成果表（月平均） 35 表 4.1-7 2003~2005 年各測點之葉綠素-a 檢測成果表（季平均） 36 表 4.1-8 2003~2005 年各測點之透明度檢測成果表（年平均） 37 表 4.1-9 2003~2005 年各測點之透明度檢測成果表（月平均） 38 表 4.1-10 2003~2005 年各測點之透明度檢測成果表（季平均） 39 表 4.1-11 2003~2005 年各測點之 CTSI 檢測成果表（年平均） 41 表 4.1-12 2003~2005 年各測點之 CTSI 檢測成果表（月平均） 42 表 4.1-13 2003~2005 年各測點之 CTSI 檢測成果表（季平均） 43

表 4.1-14 2003~2005 年各測點之 STSI 檢測成果表（年平均） 45 表 4.1-15 2003~2005 年各測點之 STSI 檢測成果表（月平均） 46 表 4.1-16 2003~2005 年各測點之 STSI 檢測成果表（季平均） 47 表 4.2-1 各測點分層之藻類細胞數 50 表 4.2-2 各測點分層之藻類細胞數季平均 51 表 4.2-3 石門水庫各測點之藻類歧異度指數(H’) 54 表 4.2-4 石門水庫各測點之矽藻群集指數(DAIpo) 56

表 4.3-1 石門水庫春季之氮磷比 59

表 4.3-2 石門水庫夏季之氮磷比 59

表 4.3-3 石門水庫秋季之氮磷比 60

表 4.3-4 石門水庫冬季之氮磷比 60

表 4.3-5 石門水庫四季之氮磷比 61

第一章 緒論

1.1 前 言

水與人類的生活是密不可分的，舉凡日常生活盥洗、飲用、生理 需求，甚至休閒遊憩都少不了它，其重要性可見一般。而水庫集水區 的保育及水質一直受到政府及全體國民高度重視，集水區內如農墾、

農藥肥料施用、水土保持、水庫上游及社區汙水排放、遊樂區興建、

畜牧、養殖等活動，以致水體中之養份如氮、磷等濃度過高，造成或 加速水庫水質優養化，因而影響到水庫集水區內水質、生態以及正常 用途。

為了維護水庫水質及防止優養化情形繼續惡化，石門水庫水質管 理工作必須先藉由水質調查、監測，來了解水庫水質特徵及優養化的 現況，期能完成水質評估，提供水庫水質管理的參考，以保障民眾飲 用水品質及水資源永續發展。

1.2 研究動機

例如同一樣品的水質，會因不同的指標而產生不同的評估結果。所以 研究影響石門水庫的優養因子有其重要性。

有鑒於生物指標亦有其重要性，其中藻類能反映水質優養化程 度，因此本研究亦利用藻類調查資料作為優養化研究的素材。

1.3 研究目的

本研究主要的目的包括：

一、 經由石門水庫水質調查分析，了解石門水庫水質優養化現況及 其分層變化趨勢。

二、 各種優養評估指標的應用評析。

三、 探討石門水庫水質優養化的影響因子。

1.4 研究內容

一、 進行為期三年的水質採樣分析。

二、 利用統計軟體進行因子分析，找出影響水庫水質優養化之影響 因子。

三、 以迴歸方式以求得各因子與水質變化之關係。

四、 找出石門水庫優養化的主要影響因子並與藻類指標資料進行分 析比對。

1.5 研究流程

本研究流程包括確認研究目的，彙整及分析相關文獻資料，進行 水質調查監測，再利用所得到之數據來評估優養化現況及分析石門水 庫水質優養化之影響因子，如圖 1.5-1 所示。

研究目的

文獻回顧 資料蒐集整理

水質、藻類調查監測

各項指標分析

藻類指標 營養狀態指標

石門水庫優養現況分析

水質參數間之相關性 各項因子統計分析

分析優養化主要影響因子

結論

圖 1.5-1 研究流程圖

第二章 文獻回顧

首先利用文獻回顧了解優養化之定義及影響，以及在評估優養

2.1 優養化（Eutrophication）之定義及影響

當過量的養分流入水中，導致水中藻類、水生植物等生產者不 斷利用流入的氮、磷等營養鹽，將大氣中的CO₂轉變成有機物質，而 生物量持續增加，某一生物族群過度繁殖，促使水中生態系統失去 平衡，造成水的品質惡化，使得湖泊的營養狀態漸漸由貧養轉變成 普養乃至於優養（江瑞湖，2002），導致產生臭味並影響水體景觀及 遊憩價值。藻類群族發生變化，部分有毒藍綠藻之出現將降低水體 利用價值，而水庫、湖泊終於將由深水湖漸漸成為淺水湖，沼澤而 變成沖積平原，縮短水庫的壽命，進而影響民眾飲用水水質之影響，

而根據營養鹽的多寡將湖泊分為優養(eutrophic condition)、普養 (heterotrophic condition)、貧養(oligotrophic condition)三種營養狀態。

其水體中養分循環過程如圖2.1-1。

而水源水體優養化現象造成的影響，首當其衝的是飲用水水質 變差、自來水處理成本增加、藻類毒素中毒事件的發生及水體環境 變差等。湖泊、水庫中營養素氮和磷過量，導致藻類大量繁殖、死 亡，並因其腐敗分解，使水中溶氧耗竭，引起水質惡化、魚群無法 生存的現象。由於藻類死亡腐敗後，致產生臭味並影響水體景觀及 遊憩價值，就自來水事業來說在淨水過程中將會增加用藥量及用氯

量，藻類產生臭味並使色度增加，且易於阻塞濾池，另外在送配水 系統中亦會造成水質臭味及增加色度。因此水體污染防制與水庫優 養化處理對自來水事業來說是刻不容緩急待解決的課題。

圖2.1-1 水體中養份之循環

註：資料來源陳育偉（1995）。

2.2 優養化之環境因子

影響因子包括：地理、地形、日照、日光穿透度、平均深度、湖水 溫度及混合情形、水中二氧化碳濃度、養分、各類生物之分布等。

各環境因子間交互作用，都會互相影響。

2.3 優養化評估指標

2.3.1 定性的描述

水生生物生長數量以及水體透明度降低，均可做為推測水體水 質優養化之工具，依其對水體影響之特徵可應用做為優養化定性評 估。而陳育偉（1995）於論文中提及日本學者吉村在 1937 最早提出 優養湖特徵的定性標準，如表2.3-1。然而由於各地環境因子不盡相 同，且水質變化受地理、氣候等影響極為複雜，故單以一項透明度 或藻類族群作為定性評估，易流於主觀。

表2.3-1 優養湖泊特徵之判別標準

貧養湖 優養湖

湖泊型態 湖深 湖淺、湖面廣闊

水色 藍、綠 黃、綠

透明度 5m 以上 5m 以下

pH 值 中性附近 中性~弱鹼，夏季有時為強鹼

溶氧 全層飽和 表層飽和或過飽和

氮 ＜0.2 mg/l ＞0.2 mg/l 磷 ＜0.02 mg/l ＞0.02mg/l 浮游植物 稀少，金藻為主 藻類生長繁盛

註 1：資料來源日本學者吉村（1937）。

2.3.2 定量的描述

定量評估是將水體水質優養化之各類物理、化學、生物性參數 予以量化，然後用各種指標系統來評定水質優養化程度。其中可分 單一指標及綜合指標，分別說明如下：

一、單一參數指標法

（一）磷 (phosphorus)

總磷(total phosphorus)屬營養鹽的一種，而在水庫優養化中又以 磷之質量平衡問題最為重要，因此流入水體磷負荷量及水體中含磷 濃度多寡變成為水庫優養化之關鍵所在，常被拿來作為營養成分的 指標，以判斷水體水質是否優養。其營養分級標準如表2.3-2。

另外在農業工程研究中心「石門水庫調查監測及水質管理系統之 研究」中指出藻類在生長時，其所吸收的營養比例為碳：氮：磷＝106：

16：1，此稱為Redfield ratio （Redfield，1934），雖然以碳源的需求 量較大，但由於藻類大多屬於自營性微生物，其所需要的碳源可仰賴 大氣中的CO₂供給而不匱乏，故限制藻類大量生長的營養成分，主要 是氮和磷。若氮磷比小於10，此時氮為限制因子，若氮磷比大於或等 於16，此時磷為限制因子，若氮磷比介於 10~15 之間，則氮磷均不 是限制因子，因此可由氮磷比的數值中判斷水體污染主因以及影響藻 類生長之因子。

表 2.3-2 以總磷為基準之營養分級標準

貧養 普養 優養 資料來源

＜12 12~24 ＞24 Carlson（1977）

＜10 10~20 ≧20 US EPA（1974）、馮纘華（1982）

＜7.9 12~27 ≧40 OECD（1981）、Jones ＆ Lee（1982）

＜

10~15 － ＞20~25 曾怡禎及陳是瑩（1984）

≦10 10~35 35~100 Henderson－Sellers ＆ Markland（1987）

－ － ≧20 小島貞男（1984）、台灣日研顧問（1998）

註 1：總磷之單位為 μg/l 或 ppb。

註 2：資料來源，詹智全（2001）。

（二）葉綠素-a（chlorophyll-a）

大多數的藻類含有色素，因而能夠進行光合作用吸收光能將CO₂ 轉變成有機物，因此葉綠素-a可以代表植物的生物量，故葉綠素-a亦 是判識優養化的良好指標，但是水體所含藻種不同其葉綠素-a量亦不 同，故其界定標準各學者也有不同的看法，其營養分級標準如表2.3-3。

表2.3-3 以葉綠素-a 為基準之營養分級標準

貧養 普養 優養 資料來源

＜4 4~10 ＞10 US EPA（1974）、程樹森（1986）

＜2.6 2.6~7.2 ＞7.2 Carlson（1977）

＜2.0 3.0~6.9 ≧10 OECD（1981）、Jones ＆ Lee（1982）

＜7 7~12 ＞12 馮纘華（1982）、林襟江等（1985）

＜2~7 － 5~12 曾怡禎及陳是瑩（1984）

≦2.5 2.5~8.0 8.0~25 Henderson－Sellers ＆ Markland（1987）

－ － ＞10 台灣日研顧問（1998）

註 1：葉綠素-a 之單位為 μg/l 或 ppb。

註 2：資料來源，詹智全（2001）。

（三）透明度（Secchi transparency）

在卡爾森指標（Carlson）中係以透明度為主所設計的（Carlson，

1977），在此透明度是以沙奇盤深度來代表。而卡爾森指標係假設水 中所有的懸浮物幾乎都是浮游植物，並定義營養程度以每透明度的 倍增為一分界，其原因為浮游植物的增加會使水體的透明度下降，

故透明度的分級標準也會有所不同。但是水體的透明度很容易受到 其他懸浮物體如濁度、SS 的影響造成干擾。其營養分級標準如表

2.3-4。

表 2.3-4 以透明度為基準之營養分級標準

貧養 普養 優養 資料來源

＞3.7 2.0~3.7 ＜2.0 US EPA（1974）、程樹森（1986）

＞4.0 2.0~4.0 ＜2.0 Carlson（1977）

＞4.6 2.4~3.7 ≦1.7 OECD（1981）、Jones ＆ Lee（1982）

＞3.7 1.8~3.7 ＜1.8 馮纘華（1982）、林襟江等（1985）

＞3.7~4.6 － ＜2~2.7 曾怡禎及陳是瑩（1984）

＞6.0 3.0~6.0 1.5~3.0 Henderson－Sellers ＆ Markland（1987）

－ － ＜2 台灣日研顧問（1998）

註 1：透明度之單位為 m。

註 2：資料來源，詹智全（2001）。

二、多變數綜合指標法

在使用以單一參數為主之評估指標時雖然簡單明瞭，但因水庫 優養化成因複雜，在使用時也常因環境因子所影響，難以完整反映 水質，而且可能發生不同參數評價同一水體結果時，產生相異的結 果，所以許多學者發展出多變數綜合指標法。以下試列出幾個代表 性指標：

（一）卡爾森指標（CTSI）

Carlson（1977）是由總磷、葉綠素-a 及透明度之間的相互關係，

提出以透明度為基礎的營養程度指標（Trophic State Index，TSI）。

該指標假設水中所有的懸浮物質均為浮游植物，並定義營養程度以 每透明度的倍增為一分界，即透明度由一基本數值變為兩倍時，代 表達到一個新的營養程度。由於浮游植物量就增加二倍，並設定水 中最大透明度為64 公尺。再將葉綠素-a 與透明度、總磷與透明度的

迴歸式代入以透明度為基礎之公式（式2.3-1 a~2.3-1 c），即可得到 下列關係式（Carlson，1977）。同時考慮三種指數求得綜合之 TSI 值

（即CTSI），用以評估水體之優養化程度。

TSI（Chl-a）＝9.81 ln（Chl-a）＋30.6 （式 2.3-1 a）

TSI（SD）＝60－14.43 ln（SD） （式 2.3-1 b）

TSI（TP）＝14.43 ln（TP）＋4.14 （式 2.3-1 c）

CTSI 指標＝【TSI（chl-a）+TSI（SD）+TSI（TP）】÷3

（式 2.3-1 d）

式中，TP（Total Phosphorous ）：總磷濃度（μg/l）

Chl-a（Chlorphyll-a）：葉綠素－a 濃度（μg/l）

SD（Sechi disk depth）：沙奇盤深度；透明度（m）

CTSI＜40 為貧養，40＜CTSI＜50 為普養，CTSI＞50 為優養。

（二）CTSI 的修正

陳是瑩（1984）依據澄清湖生態研究之成果，認為台灣地區水 庫的水溫較高，判定優養之臨界值應可提高，故建議將Carlson 法之 臨界值修正為：CTSI＜50 為貧養，50＜CTSI＜60 為普養，CTSI＞

60 為優養。

（三）Morihiro TSI

而以透明度為基準的 TSI 指標忽略了浮游植物以外的其他因子 對透明度的影響，因Megard 及 Edmondson（1980）兩位學者分別研 究指出：湖水的顏色、溶解物質及其他懸浮物質對光的吸收度是不 能被忽略的。因此相崎守弘（Morihiro ，1981）將 TSI 指標修正以 葉綠素-a 為基準，並設定 MTSI 為 100 時葉綠素-a 值為 1000μg/l，

MTSI 為 0 時葉綠素-a 值 0.1μg/l，葉綠素-a 值每增加 2.5 倍時，MTSI 增加10。另外依據相崎守弘研究日本 29 個湖泊所獲得之透明度、總 磷與葉綠素-a 之關係式，得到以下經驗公式。

MTSI（Chl-a）＝10【2.46＋ ln（Chl-a）÷ ln 2.5】 （式 2.3-2 a）

MTSI（TP）＝10【2.46＋（6.71 ＋ 1.15 ln（TP））÷ ln2.5】

（式 2.3-2 b）

MTSI（SD）＝10【2.46＋（3.69－1.53ln（SD））÷ ln2.53】

（式 2.3-2 c）

MTSI＝【（TSI（TP）＋TSI（Chl-a）＋TSI（SD））÷3】

（式2.3-2 d）

式中，Chl-a：葉綠素-a濃度（mg/m³） TP：總磷濃度（mg/m³）

SD：透明度（m）

MTSI＜40 為貧養，40＜MTSI＜50 為普養，MTSI＞50 為優養。

（四）北卡水體優養指標（North Carolina TSI）

由於有些湖泊水質優養化是受到氮之影響，因此美國北卡羅萊 納州（North Carolina）訂定 NCTSI 指標，加入總有機氮並配合總磷、

葉綠素-a 及透明度作為湖泊水庫優養程度的指標（余岱璟，2001）。

其公式如下：

TP＝【（log（TP）＋1.55）÷0.35】×0.92 （式 2.3-3 a）

TON＝【（log（TON）＋0.45）÷0.24】×0.92 （式 2.3-3 b）

SD＝【（log（SD）－1.73）÷0.35】×（-0.82） （式 2.3-3 c）

Chl-a＝【（log（Chl-a）－1）÷0.43】× 0.83 （式 2.3-3 d）

NCTSI＝TON＋TP＋SD＋Chl-a （式 2.3-3 e）

NCTSI＜-3.0 為貧養，介於-3.0~-1.5 為次貧養，-1.5~0.5 為中貧 養，0.5~5.0 為優養，＞5.0 為超優養。

（五）石門水庫營養狀況指標（STSI）

此法採用「財團法人農業工程研究中心」所提出之修正計算式，

是以葉綠素－a（Chlorphyll-a：chl-a；單位：μg/l）、透明度（Sechi disk depth；SD 沙奇盤深度；單位：m）及總磷（Total Phosphorous TP；

單位：μg/l）來計算如下式。

) ln(

84 . 7 75 . 24 ) )

616 . 1 ln(

ln(TP) 0.3764 - - 1.26 (5.1 10 (TP)

STSI = = + TP （式 2.3-4 a）

) ln(

05 . 6 69 . 30 ) )

616 . 1 ln(

ln(Chla) 0.2904

- 0.9749 -

(5.1 10 (Chla)

STSI = = + Chla

（式 2.3-4 b）

) ln(

43 . 14 60 ) )

2 ln(

ln(SD) - (6 10 (SD)

STSI = = − SD

STSI 指標＝【STSI（chl-a）+STSI（SD）+STSI（TP）】÷3

（式2.3-4 d）

2.4 浮游藻類指標分析方法

2.4.1 歧異度指數（Shannon-Weaver）

水樣中所發現的浮游藻類種類與數量，可以作為水質指標分析 的參考，其中歧異度指數（Shannon-Weaver），即是根據某種浮游 藻類的細胞數在群體中的相對出現頻度，予以累加後所得到的參數

（中華大學水域環境生態中心，2003；2004；2005）。此值往往受 群聚結構均勻性的影響，一般而言，水質受污染的程度愈高，水域 中的藻類種類數便會下降，同時導致某些耐污性較高的種類大量繁

殖，而形成所謂的優勢種，因此其他藻種的細胞數會相對減少，使 得水中群聚結構的均勻度受到影響。因此，在受到污染的水域，歧 異度指數通常較低。

r m

1

r

P

log

P

H

=

−

=

式中，Pr 為第 r 種類在群體中的相對頻度 (%)，H 值受群聚結 構之均衡性(evenness)及種類數之影響。一般而言，污染物質不僅能 減少水域藻類之種類數，而且常引起耐污染種類大量增生，降低群 聚結構之均勻性，因此在污染水域中，H 值都會降低。

2.4.2 矽藻群集指數的有機污染指數

依據中華大學水域生態研究中心（2003；2004；2005）提到日 本渡邊仁治（1982）將矽藻區分為好污染性種(Saprophilous taxa)、

廣適應性種(Eurysaprobic taxa)及好清水性種(Saproxenous taxa)等三 種，利用各種的相對出現頻度予以累加可以算出矽藻群集指標的有 機污染指數(DAIpo)。其矽藻之細胞壁含矽質，沉積於底泥經久不會 腐壞，從分析底泥之矽藻種類，可以追朔過去之水質狀況，因此可 被用為比較水質變遷之生物指標，其優點為其他生物所不及，而曾 文水庫曾以此指數評估該水庫的水質介於輕度污染之間，而石門水 庫則介於稍受污染~輕度污染之間，曾文水庫的浮游藻類以綠藻較 多，石門水庫則是以矽藻種類較多。

∑

∑

−

−

=

1 j j m

1 i i

po

100 T 1 2 I

DAI

式中，

∑

=

m

1

i T i

度(%)之和， 為在此地點出現的n 種廣適應性種之相對出現頻 度(%)之和。

∑ = n

1 j I j

2.5 優養化統計分析之國內外相關研究

在研究水庫水質優養化影響因子時，由於影響環境變化的因子 非常多，所以常採用統計分析方法來探討各變項間的關係性。其研 究的目的包括：資料縮減或結構簡化、資料分類和分群、調查變數 間的相依關係、預測其他變數的數值、假設的建立和檢定等。

由表 2.5-1 得知，Reiscnhofer 等人（1995）針對義大利湖泊作優 養化之因子分析，發現因子間會有季節性之週期變化，可了解水體 中生物量與營養鹽之間的循環。Ceballos 等人（1998）對巴西東北方 水庫所作的研究調查，發現優養化程度則與大腸桿菌、鏈球菌、溶 氧、正磷酸鹽有關。Strain 及 Yeats（1999）針對加拿大東部海岸調 查發現，鐵與錳可作為海水優養化判定之因子。陳育偉（1995）運 用多變量統計對臺灣地區20 座水庫（日月潭、烏山頭、翡翠、霧社、

石門、曾文、白河、西勢、寶山、明德、鏡面、永和山、蘭潭、新 山、仁義潭、德基、大埔、澄清湖、鳳山、阿公店）判識水庫優養 化之情形，利用因子分析將水質項目簡化為 3 個主要的影響因子，

再由群集分析將水庫水質區分為五種不同營養狀態，再對台灣地區 水庫進行優養判識。

表2.5-1 國內、外分析水庫、湖泊水質優養化之影響因子

水庫、湖泊 主要影響因子

義大利湖泊 NO₃^-、DO、水溫、NH₃、透明度 巴西東北方

水庫

藻類生物量、葉綠素-a、濁度、pH

加拿大東部 海岸

矽酸鹽、PO43-、NH3、溶氧、鐵、錳

綜合20 座 台灣水庫

總磷、葉綠素-a、pH、透明度

而詹智全（2001）運用多變量統計分析台灣地區 11 座水庫判識 優養化的主要影響因子，如表2.5-2，結果指出亞硝酸鹽氮及導電度 代表水體中的無機鹽的多寡，可視為優養指標及營養鹽供給因子，

pH 及溶氧直接代表水質的好壞程度，而氨氮則代表水體中的生物代 謝量的多寡，可視為水質優劣因子。

由以上結果得知，在不同地點區域的水體水質，其判定優養化 的主要影響因子很顯然的有所差異，但值得注意的是文獻指出優養 化的成因並不只是與營養鹽氮磷、藻類或透明度有關，在某些狀況 下甚至與pH、濁度、大腸桿菌……等水質項目有關，因此本研究將 與文獻對照，找出石門水庫優養化之主要影響因子是否也有相同之 情形，以利提供石門水庫優養化管理之運用。

2.5-2 國內水庫水質優養化之影響因子

水庫 主要影響因子

翡翠 水溫、亞硝酸鹽氮

石門 葉綠素-a、pH、水溫、硝酸鹽氮、懸浮固體

明德 水溫、硝酸鹽氮、葉綠素-a、亞硝酸鹽氮、pH、懸浮 固體、氨氮

鯉魚潭 亞硝酸鹽氮、水溫、COD、pH、氨氮、硝酸鹽氮、有 機氮

德基 有機氮、水溫、COD、葉綠素-a、總磷、氨氮、pH 日月潭 水溫

曾文 pH、溶氧、水溫

烏山頭 總磷、懸浮固體物、水溫、葉綠素-a

南化 pH、溶氧、懸浮固體物、比導電度、總磷

澄清湖 pH、總磷、溶氧、硝酸鹽氮、比導電度、水溫、COD、

氨氮

鳳山 硝酸鹽氮、pH、總磷、水溫、懸浮固體物、亞硝酸氮、

比導電度

第三章、研究方法

為了解石門水庫地區優養化的影響因子，首先參考國內外有關文 獻，透過相關優養化調查評估方法之瞭解，以建立研究架構，進而針 對石門水庫庫區中的採樣點進行水質項目檢測及藻類調查，並運用各 項指標來分析說明石門水庫優養化之現況。

然而水質特徵是非常多樣且複雜，因此本研究彙整石門水庫之水 體水質、藻類數據資料，並使用統計分析中的相關性分析，找出影響 水質變異的主要因子，最後配合藻類指標分析，以探討影響石門水庫 優養化之主要影響因子。本研究流程圖，如圖1-1。

3.1 水質、藻類監測調查 3.1.1 水質監測調查

一、水質採樣點

石門水庫內之水質採樣及檢測分析，首先利用全球衛星定位系統 (GPS)進行水庫內水質採樣點定位如表 3.1-1 及圖 3.1-1 所示，其包含 水庫內五個測點，分別是阿姆坪、龍珠灣、長興、仙島、壩頂，進行 水質採樣與水質檢測分析工作，以了解目前水質現況及水質隨季節與 空間分佈關係。

二、水質採樣方式

（一）執行定期水質採樣時，應避免於重大氣候變化（如颱風、暴雨 (15mm/小時且 50mm/日以上)等）期間採樣，並於其結束之後 三天內再進行採樣。

（二）含表層採樣（表水以下1m）、中層採樣（表水以下 10m，若水

深小於20 則採水深之算術平均值）及深層採樣（底層以上 1m 以內）， 採樣同時應拍照存證並紀錄採樣當天之天候與水 位、現場作業及環 境描述等。

表3.1-1 水質採樣地點 GPS 定位

採樣地點 GPS 定位 採樣地點 GPS 定位 阿姆坪 N：24°48.880'

E：121°18.360' 長興 N：24°48.401' E：121°18.563' 阿姆坪 N：24°48.880'

E：121°18.360' 仙島 N：24°48.363' E：121°15.327' 阿姆坪 N：24°48.880'

E：121°18.360' 仙島 N：24°48.363' E：121°15.327' 龍珠灣 N：24°48.994'

E：121°17.151' 仙島 N：24°48.363' E：121°15.327' 龍珠灣 N：24°48.994'

E：121°17.151' 壩頂 N：24°48.587' E：121°14.652' 龍珠灣 N：24°48.994'

E：121°17.151' 壩頂 N：24°48.587' E：121°14.652' 長興 N：24°48.401'

E：121°18.563' 壩頂 N：24°48.587' E：121°14.652' 長興 N：24°48.401'

E：121°18.563' － －

（中華大學水域環境生態中心，2003；2004；2005）

圖3.1-1 水質採樣地點

（中華大學水域環境生態中心，2003；2004；2005）

三、水質採樣頻率

水質採樣每月執行乙次。由於各採樣點之位置分散，無法於單日 內完成所有採樣工作，所以原則上每月安排兩個工作日進行採樣。本 研究所採的水質監測數據起自2003 年 2 月至 2005 年 12 月止，共 35 個月。

四、水質檢測項目

水庫內水樣檢測項目，包括：水位、水深、水溫、導電度、pH 值、溶氧量（DO）、濁度、總磷（TP）、生化需氧量（BOD₅）、化學 需氧量（COD）、懸浮固體（SS）、透明度（SD）、氨氮（NH₃-N）、

亞硝酸鹽氮（NO^-₂）、硝酸鹽氮（NO^-₃）、大腸桿菌、界面活性劑、葉 綠素-a（Chl-a）(合計 18 項)。

五、水樣保存與分析

除導電度、pH 值、溶氧量、濁度等為現場量測外，其餘項目為 減少水樣因運送或時效性所可能產生之誤差，因此自現場採樣、檢 測、保存至實驗室分析，均依照行政院環保署公告之水質採樣作業規 劃程序及環境檢驗方法進行，如表3.1-2。

表3.1-2 各種水質檢測項目的採樣及檢測方法一覽表 檢測項

目

水樣需 要量 (mL)

容器 保存方法 保存 期限

NIEA 編號 導電度 500 塑膠瓶 無特殊規定。 立刻

分析

W203.51B pH 300 玻璃或塑

膠瓶

無特殊規定。 立刻 分析

W424.51A 溫度 1000 玻璃或塑

膠瓶

無特殊規定。 立刻 分析

W217.51A 濁度 100 玻璃或塑

膠瓶

暗處，4℃冷藏。 48 小時

W219.51C 懸浮固體 1000 玻璃或塑

膠瓶

暗處，4℃冷藏。 7 天 W210.56A 氨氮 1000 玻璃或塑

膠瓶

加硫酸使水樣之 pH<2 。 暗 處 ， 4℃冷藏

7 天 W448.50B

硝酸鹽 100 玻璃或塑 膠瓶

暗處，4℃冷藏。 48 小 時（已 氯 化 水 樣 則 為 28 天）

W417.50A

亞硝酸鹽 100 玻璃或塑 膠瓶

暗處，4℃冷藏。 48 小時

W418.51C 溶 氧 （ 疊

氮 化 物 修 正法）

300 BOD 瓶 無特殊規定。 立刻 分析

W421.54C

總磷 100 以 1+1 硝 酸洗淨之 玻璃瓶

加 硫 酸 使 水 樣 pH<2 ， 4℃ 冷 藏。

7 天 W427.52B

（中華大學水域環境生態中心，2003；2004；2005）

表3.1-2 各種水質檢測項目的採樣及檢測方法一覽表（續）

生 化 需 氧 量

1000 玻璃或塑 膠瓶

暗 處 ，4℃ 冷 藏。

48 小時

W510.54B 總氮 100 玻璃或塑

膠瓶

暗 處 ，4℃ 冷 藏。

7 天 W423.52C 化 學 需 氧

量

100 玻璃或塑 膠瓶

加硫酸使水樣 pH<2，暗處，

4℃冷藏。

7 天 W515.53A

陰 離 子 界 面活性劑

250 玻璃或塑 膠瓶

暗 處 ，4℃ 冷 藏。

48 小時

W525.51A

農 藥

(Pesticides)

2000 以有機溶 劑洗淨之 玻璃瓶附 鐵氟龍內 墊 之 蓋 子。

依種類而異，

請依公告檢測 方 法 規 定 行 之。

水 樣 應 於 7 天 內 完 成 萃取，萃 取後 40 天 內 完 成 分 析。

不得以擬 採之水樣 預洗

透明度 白 色 沙 奇 盤

（Secchi disk）

NIEA E220.50C

（中華大學水域環境生態中心，2003；2004；2005）

3.1.2 藻類監測調查

本研究採用「石門水庫水質監測、水域生態環境及非點源污染之 調查研究」之成果，其採樣之進行係使用水庫管理局相關作業船隻協 助水域內採集，採樣前先行決定採樣路徑及標位，通常採用Zig-Zag 路徑或直線穿越線（Line transect），範圍期能盡量涵蓋水庫區，故以 固定時間及分段區域採樣進行。採樣時將浮游生物網置於水中，固定 於船隻的舷側，以表層拖曳採集，於單位時間（預計十分鐘為單元）

後將網拉起以獲得樣本。各深度之採樣則以定點採樣方式進行。採得 之樣本用去離子水沖洗浮游生物採集網，使浮游生物流進網底的試管 內，待採集網中大部分的水份流出網內後，在將試管內殘留的水倒入 採樣瓶中，並以福馬林液固定，完成採樣後將樣品攜回實驗室進行鑑 定分類、計數統計、種類組成、種類豐度等資料。

3.2 各項指標分析 3.2.1 營養狀況指標

本研究分別採用單一參數指標及綜合指標來分析石門水庫水質 優養化之情形，單一參數指標包含了總磷、葉綠素-a 及透明度等，而 在綜合指標方面則採用卡爾森營養狀況指標（Carlson Trophic State Index,CTSI）及石門水庫營養狀況指標來評估其優養狀況。

一、卡爾森優養化指標

此法係根據葉綠素-a（Chlorphyll-a：chl-a；單位：μg/l）、透明度

（Sechi disk depth；SD 沙奇盤深度；單位：m）及總磷（Total Phosphorous TP；單位：μg/l）等因子依公式（2.3-1 a ~ 2.3-1 d）加以計算。

二、石門水庫營養狀況指標

本研究採用「石門水庫水質調查監測及水質管理系統之研究（三）

九十一年度期末報告」（財團法人農業工程研究中心，2002）所提出 之修正計算公式（2.4-4 a ~ 2.4-4 d）加以計算。

以上兩式其計算成果，依數值的高低可區分為三種營養狀況

（Trophic status）：

（一） 貧養（Oligotrophic）：CTSI or STSI＜40；水中營養成分低、

生物量少、溶氧量高、透明度高、水質清澈之水體。

（二） 普養（Mesotrophic）：40＜CTSI or STSI＜50；稍具營養物質、

溶氧量與透明度皆較貧養為低之水體。

（三） 優養（Eutrophic）：CTSI or STSI＞50；營養成分高、透明度 低、浮游生物種類減少但數量增加、某些時間地點之溶氧量可 能甚低。

其卡爾森營養狀況各項單一參數判定標準，如表 3.2-1 所示。

表3.2-1 卡爾森營養狀況單一參數判定標準 項目 指標 TP(μg⁄l) Chl-a(μg⁄l) SD(m)

貧養 <12 <2.6 >4 普養 12-24 2.6-7.2 2-4 CTSI

優養 >24 >7.2 <2

（中華大學水域環境生態中心，2003；2004；2005）

3.2.2 藻類指標方法

一、Shannon-Weaver 歧異度指數，依(2.4-1 之公式)。

r m

r

r P

P

H

∑

=

−

=

1 log2

' （2.4-1）

歧異度指數 H’值：0.1~1.0 嚴重污染，1.1~2.0 中度污染，2.1~3.0 輕度污染，3.1~4.5 稍受污染（中華大學水域環境生態中心，

2003；2004；

2005

二、矽藻群集指標的有機污染指數(DAIpo)，依（2.4-2 之公式）。

∑

∑

−

−

=

1 j j m

1 i i

po

100 T 1 2 I

DAI

DAIpo 值介於 0 至 100；0-15 表示水質嚴重污染，16-50 為中度

污染，51-85 為輕度污染，86-100 為稍（未）受污染（中華大學水域 環境生態中心，

2003；2004；2005

3.3 統計分析方法

統計分析方法可以將環境系統中的各因素之間常有著錯縱複雜 的關係，找出其中的定量關係，發展其中的規律性，可以把複雜的現 象簡化，抽提出其中主要的資訊，並對數據的結果進行分析及判斷，

提出有效的防治管理對策。

而依據不同目的所分類的分析方法，如圖 3.3-1 所示。

目 的 和 方 法

確 定 變 量 子 集 合 簡 化 結 構

分類

模 型 外 推 構 造 模 型

時 間 趨 勢 分 析

確 定 變 量 子 集 合 簡 化 結 構

主 成 分 分 析

因 子 分 析

對 應 分 析

聚 類 分 析

聚 類 分 析

判 別 分 析

回 歸 分 析

主 成 分 分 析

因 子 分 析

時 間 序 列 分 析

馬 爾 科 夫 概 型 分 析

相 關 分 析

典 型 相 關 分 析

回 歸 分 析 目

的 和 方 法

確 定 變 量 子 集 合 簡 化 結 構

分類

模 型 外 推 構 造 模 型

時 間 趨 勢 分 析

確 定 變 量 子 集 合 簡 化 結 構

主 成 分 分 析

因 子 分 析

對 應 分 析

聚 類 分 析

聚 類 分 析

判 別 分 析

回 歸 分 析

主 成 分 分 析

因 子 分 析

時 間 序 列 分 析

馬 爾 科 夫 概 型 分 析

相 關 分 析

典 型 相 關 分 析

回 歸 分 析

（羅積玉，1990）

圖3.3-1 統計分析方法應用說明

本研究之分析方法係利用上述之統計方法中的相關性分析之皮 爾森積矩相關係數（Pearson），判斷其因子間的相關程度，進而分析 出影響水庫優養化之主要因子為何。

3.3.1 皮爾森積矩相關係數

對於兩變數為等距/等比尺度之間是否存在相關性，迴歸係數(b 值)是一個很好的指標，並且可以顯示相關性方向，但 b 值不僅受相 關性強度影響，同時也受測量單位的影響。為解決這個問題轉換b 值 成為一個標準化的相關性測量，稱為皮爾森積矩相關係數（Pearson Product Moment correlation coefficient）。對樣本資料而言，皮爾森積 矩相關係數的定義如下：

皮爾森積矩相關係數：樣本資料

Y X

XY

XY s s

= s

γ

其中

γ

s

X=

s

s

式中顯示樣本資料的皮爾森積矩相關係數（一般簡稱為樣本相關 係數）為樣本共變異數除以X 的標準差與 的標準差之乘積。 Y

當使用計算機計算樣本相關係數時，我們較常用（3.3-1.f）式。

因為在該式中，不需要計算各個

x

− x

y

− y

皮爾森積矩相關係數：樣本資料，替代公式

( )

( ) _∑ ( ) _∑

∑ ∑

∑ ∑ ∑

−

−

= −

n Y Y

n X X

n Y X Y

X

i i

i i

i i i

i

XY 2 2 2 2

γ

(3.3.1.a)式~(3.3.1.f)式在代數上是相等的。

母體相關係數

ρ

皮爾森積矩相關係數：母體資料

Y X

XY

XY

σ σ

ρ

σ

其中

ρ

σ

σ

σ

樣本相關係數

γ

ρ

而上述為皮爾森基本定義，實際操作係以 Excel 中之相關分析方 法操作，將2003~2005 之水質數據、各藻類指標及優養化指標數值代 入，以得到皮爾森積矩表，可供判別各水質項目間之關係程度。

第四章 結果分析與討論

本章分別說明石門水庫水質優養化現況分析、分析優養化分層情 形、檢視水庫水質之藻類指數、並推論石門水庫水質營養鹽限制因 子，進而分析各優養評估指標與藻類間之相關性。

4.1 石門水庫水質優養化評估結果

本節評析石門水庫各測點水質優養化程度，分別以單一參數指標 及綜合評估指標分析，其結果如下：

4.1.1 單一參數指標之優養分析

一、總磷（μg/l）

水質評估標準係依 Carlson（1997）建議之標準，TP＜12 為貧養 水質；12＜TP＜24 為普養水質；TP＞24 為優養水質。由表 4.1-1 得 知各測點的總磷（TP）年平均濃度介於 20.0~120.5 μg/l，而 2003 年 平均達優養百分比為100.0％，到了 2005 年時降至為 66.7％，表示總 磷濃度並無持續增加之情形。從分佈情形探討時發現，以5 個測點之 底層最為嚴重，達到優養比例皆為 100.0％，這可能與含磷載體來自 上游的懸浮顆粒或水庫底層的沉積物有關。另外值得注意的是在2005 年阿姆坪底層總磷平均濃度高達 282.6μg/l，為過去兩年（51.4、

27.6μg/l）的十倍多，其主要原因需深入探討。

由表 4.1-2 得知，各測點總磷（TP）月平均濃度介於 19.7~119.7μg/l 之間，以2、4 月的情形最佳，達到優養比例分別為 0.0％、6.7％，以 3、7 月最為嚴重，皆達到 93.3％。以平均降雨量來說明，其對照石門 水庫平均降雨量（如表 4.1-3）發現 3、7 月的降雨量與前一月份比較 明顯偏高，分別為182.7、146.3mm，因此可推論 3、7 月總磷濃度偏

高之原因是集水區受到大雨沖刷而排入大量之營養物質所致。而以分 佈情形來看時發現，以龍珠灣底、中層；長興底層；壩頂底層平均達 到優養比例最為嚴重為75.0％，而以壩頂中層情形最佳為 33.3％，其 主要原因是由於龍珠灣、長興兩岸多商店、旅館及住家，因而排入過 多的污染物質。

表4.1-1 2003~2005 年各測點之總磷檢測成果表（年平均）單位：

μ

測點 分層 年度

2003 2004 2005 平均 達優養之百分比(%)

51.4 27.6 282.6 120.5

底 優 優 優 優 100.0

26.5 31.3 26.3 28.0

中 優 優 優 優 100.0

24.4 22.7 27.1 24.7 阿姆坪

表 優 優 優 優 100.0

42.6 62.3 33.3 46.1

底 優 優 優 優 100.0

30.1 24.7 21.9 25.6

中 優 優 普 優 66.7

29.0 29.7 20.7 26.4 龍珠灣

表 優 優 普 優 66.7

53.2 48.1 59.3 53.5

底 優 優 優 優 100.0

31.0 33.8 21.1 28.6

中 優 優 普 優 66.7

30.4 19.9 27.3 25.9 長興

表 優 普 優 優 66.7

29.1 40.9 29.5 33.2

底 優 優 優 優 100.0

38.1 24.1 15.2 25.8

中 優 優 普 普 66.7

32.6 36.2 25.3 31.4 仙島

表 優 優 優 優 100.0

36.8 26.2 30.1 31.0

底 優 優 優 優 100.0

25.9 18.5 15.6 20.0

中 優 普 普 普 33.3

24.5 21.6 40.8 29.0 壩頂

表 優 普 優 優 66.7

達優養之百分比(%) 100.0 80.0 66.7 86.7

表4.1-2 2003~2005 年各測點之總磷檢測成果表（月平均）

單位：μ g/l 年度 2003~2005 各月份平均

測點 分層 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 平均 達優養之 百分比(%) 21 17 81 12 27 16 39 1048 26 47 70 33 119.7

底 普 普 優 普 優 普 優 優 優 優 優 優 普 66.7 30 9 28 15 29 16 29 36 41 20 64 21 28.1

中 優 貧 優 普 優 普 優 優 優 普 優 普 普 58.3 19 12 32 14 24 42 25 27 28 21 34 17 24.6

阿姆坪

表 普 普 優 普 優 優 優 優 優 普 優 普 優 58.3 18 9 51 14 29 27 111 46 48 94 51 45 45.4

底 普 貧 優 普 優 優 優 優 優 優 優 優 普 75.0 24 9 31 25 22 25 30 40 34 24 28 15 25.4

中 優 貧 優 優 普 優 優 優 優 優 優 普 普 75.0 18 11 24 19 35 37 43 41 27 22 22 14 26.1

龍珠灣

表 普 貧 優 普 優 優 優 優 優 普 普 普 普 50.0 20 22 51 14 55 27 31 102 55 45 170 39 52.6

底 普 普 優 普 優 優 優 優 優 優 優 優 普 75.0 17 11 41 15 19 23 45 42 24 55 29 18 28.3

中 普 貧 優 普 普 普 優 優 優 優 優 普 普 50.0 35 10 30 15 27 14 29 45 28 27 19 33 26.0

長興

表 優 貧 優 普 優 普 優 優 優 優 普 優 普 66.7 19 11 26 14 28 21 92 21 22 55 45 28 31.7

底 普 貧 優 普 優 普 優 普 普 優 優 優 普 50.0 14 10 26 14 34 35 36 15 31 24 46 15 25.1

中 普 貧 優 普 優 優 優 普 優 優 優 普 普 58.3 20 13 30 17 24 32 73 39 38 22 50 12 31.0

仙島

表 普 普 優 普 優 優 優 優 優 普 優 普 普 58.3 19 14 45 15 24 24 37 33 26 46 51 24 29.8

底 普 普 優 普 優 優 優 優 優 優 優 優 普 75.0 11 10 18 10 21 16 17 34 26 27 32 13 19.6

中 貧 貧 普 貧 普 普 普 優 優 優 優 普 普 33.3 17 11 31 10 31 18 119 20 21 31 24 11 28.8

壩頂

表 普 貧 優 貧 優 普 優 普 普 優 優 貧 普 41.7 達優養之

百分比(%) 20.0 0.0 93.3 6.7 80.0 53.3 93.3 80.0 86.7 73.3 86.7 40.0 6.7

表 4.1-3 2003~2005 年石門水庫平均降雨量

單位：毫米

地點 石門水庫 2003~2005 平均降雨量

月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 平均

2003 76.5 19.5 97.5 194.5 98.0 155.0 2.5 7.5 47.5 6.5 24.0 1.0 60.8 2004 73.0 130.5 194.0 121.0 168.0 2.0 219.0 293.5 339.5 58.5 10.5 9.0 134.9 2005 5.5 245.0 256.5 43.0 591.5 167.0 217.5 297.5 41.5 69.0 11.5 30.5 164.7 平均 51.7 131.7 182.7 119.5 285.8 108.0 146.3 199.5 142.8 44.7 15.3 13.5

以季節來分析時發現（如表 4.1-4），各測點的總磷濃度於夏季、

秋季時達到優養比例分別為93.3％、100.0％皆高於春、冬兩季，以冬 季最佳僅有20.0％達到優養程度，其原因為夏季時常有豪雨、颱風的 侵襲，雨水沖刷上游集水區，帶來非點源污染，進而提高總磷的濃度。

另外發現阿姆坪底層於夏季時的平均總磷濃度高達 367.6μg/l，為 其他測點夏季的十倍，對照阿姆坪其上游水源（楠仔溝、三民）是否 有高營養污染源的產生時發現，三民之總磷濃度三年來的 8、9 月總 磷濃度大多超過標準，因此阿姆坪底層於夏季時總磷濃度偏高應為上 游行為所造成的，應妥善管理。

與翡翠水庫相對照發現兩座水庫同樣在夏、秋兩季時會受到豪雨 強風之擾動及放流所影響（林靜英，2005），主要是因為兩座水庫皆 位於北臺灣地區，季節性氣候較為顯著，而夏天的颱風，沖刷上游集 水區，並排入大量之營養物質，使水庫處於不穩定狀態下，亦會造成 水體翻驣（Overturn）之現象，而水庫底層沉積物及吸附其中的磷，

可能因強大的逕流而揚起釋出（林靜英，2005），短暫的暴雨也會沖 刷地表土壤流入至水庫內，因而增加水體中的磷（李佩璇，2001）。

表4.1-4 2003~2005 年各測點之總磷檢測成果表（季平均）

單位：μ g/l 2003~2005

年度 測點 分層

春季 3~5 月 夏季 6~8 月 秋季 9~11 月 冬季 12~2 月

達優養之 百分比(%) 40.0 367.6 47.6 23.6

底 優 優 優 普 75.0

23.7 27.1 41.7 19.8

中 普 優 優 普 50.0

23.3 31.1 27.8 16.0 阿姆坪

表 普 優 優 普 50.0

31.7 61.4 64.6 24.0

底 優 優 優 優 100.0

25.8 31.6 28.4 15.7

中 優 優 優 普 75.0

26.2 40.3 24.0 13.9 龍珠灣

表 優 優 優 普 75.0

40.1 53.1 90.1 27.0

底 優 優 優 優 100.0

24.9 36.8 36.0 15.3

中 優 優 優 普 75.0

23.9 29.3 24.9 25.8 長興

表 普 優 優 優 75.0

22.6 44.4 40.7 19.3

底 普 優 優 普 50.0

24.8 28.7 33.9 13.1

中 優 優 優 普 75.0

24.0 48.2 36.9 14.9 仙島

表 優 優 優 普 75.0

27.9 31.1 41.2 19.0

底 優 優 優 普 75.0

16.4 22.3 28.2 11.3

中 普 普 優 貧 25.0

23.8 52.6 25.4 13.2 壩頂

表 普 優 優 普 50.0

達優養之

百分比(%) 60.0 93.3 100.0 20.0

由圖 4.1-1 中曲線變化得知 5 個測點在 2003 年 3 月；2004 年 7、

11 月；2005 年 7、8 月，總磷濃度各有一個高峰，與表 4.1-3 平均降 雨量對照相符，其原因是因為颱風過後為水庫帶來大量附著營養物質

的泥沙，而造成總磷濃度增高。而圖4.1-2 可看出各測點之分層情形，

除阿姆坪底層及長興底層遠高於優養標準（＞24μg/l），其餘各測點分 層平均處於普養~優養間。

0.0 30.0 60.0 90.0 120.0 150.0

2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12 月份

總 磷 (μg/l)

阿姆坪 龍珠灣 長 興 仙 島 壩 頂 優養區

普養區

貧養區

2003年 2004年 2005年

圖 4.1-1 2003~2005 年總磷水質變化圖

（中華大學水域生態中心，2003；2004；2005）

2003~2005 總磷平均值

0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140

底 中 表 底 中 表 底 中 表 底 中 表 底 中 表

庫區測點

總磷(mg/l)

TP<0.012(貧養)

0.012 < TP <0.024(普養) TP>0.024(優養)

阿姆坪 龍珠灣 長興 仙島 壩頂

圖 4.1-2 2003~2005 年庫區各測點水質變化圖(TP 平均值)

（中華大學水域生態中心，2003；2004；2005）

二、葉綠素-a 方面（ppb）

水質評估標準係 Chl-a＜2.6 為貧養水質；2.6＜Chl-a＜7.2 為普養 水質；Chl-a＞7.2 為優養水質。由表 4.1-5 得知各測點的葉綠素-a

（Chl-a）年平均濃度介於 3.0~4.1 ppb，優養程度平均處於貧養～普 養間；三年平均達優養比例以2003、2004 年較高為 13.3％，而 2005 年僅有6.7％。以分佈情形探討時發現，以阿姆坪表層達到優養比例 最高為66.7％，其次為阿姆坪中層、長興表層、仙島中層皆為 33.3％。

與總磷年平均達到優養程度比例相互比較，發現葉綠素-a 濃度所 呈現的水體較佳，並無嚴重的優養現象，與總磷情形差距甚大。

表4.1-5 2003~2005 年各測點之葉綠素-a 檢測成果表（年平均）

單位：ppb

測點 分層 年度

2003 2004 2005

平均 達優養之百分比(%)

3.8 1.4 0.9 2.0

底

7.7 2.4 1.6 7.3

中

7.6 6.4 8.0 2.1

阿姆坪

表

1.3 1.1 0.5 1.8

底

2.9 2.1 1.1 7.1

中

5.8 6.2 5.5 5.8

龍珠灣

表

2.7 2.1 0.5 1.2

底

4.5 2.4 1.3 5.7

中

6.9 7.3 7.1 7.1

長興

表

0.8 1.5 0.7 1.0

底

1.8 14.0 1.5 5.8

中

5.0 6.9 4.8 5.6

仙島

表

0.8 2.1 0.6 1.2

底

2.6 3.1 2.0 2.6

中

5.3 6.1 5.9 5.7

壩頂

表

達優養之百分比(%)

由表 4.1-6 得知各測點葉綠素-a（Chl-a）每月平均濃度介於 1.0~7.2ppb 之間，另外發現 9~10 月經過颱風期間（6~8 月）的影響後 所達優養比例有升高之趨勢（26.7％~33.3％），顯示石門水庫水質變 化上有時間延遲的現象，這可能是因為生物反應需要時間，使得總磷 升高後，再經過生物反應才造成葉綠素-a 濃度的上升，故水質反應並 不是同步進行，而當月之總磷與次月之葉綠素-a 濃度或許會有較佳之 預測值，此現象與翡翠水庫有相同之情形（王泰盛，2005），而其餘 月份僅處於0.0％~13.3％無嚴重之情形發生。

而以分佈情形來看，以阿姆坪表層、龍珠灣表層、長興表層最為 嚴重，分別為 66.7％、41.7％、41.7％，而在表層及中層方面僅有仙 島中層為8.3％，其餘皆為 0.0％，表示於石門水庫中之葉綠素-a 濃度 僅於表層會測得較高的濃度，主要是因為浮游藻類生物的生長條件是 受到溫度及光照限制，而在亞熱帶氣候區的氣候終年穩定，且高溫導 致顯著之水溫層化現象，常阻斷上下層水體中之供給，故表層水的葉 綠素-a 濃度較於其他中層及底層水容易達到優養程度。

以季節來看時發現（如表 4.1-7），各測點之達優養化百分比於春 季及秋季較高分別為20.0％、13.3％，而夏季及冬季僅有 6.7％，其主 要原因為浮游植物生長限制因子主要為光照、溫度及營養鹽，藻類會 於水層混合且光照尚充足之春秋兩季快速繁殖，且春季大於秋季。

從圖 4.1-3 中曲線變化趨勢得知，5 個測點在 2003 年 6、8 月；

2004 年 4 月；2005 年 4 月，各有一個高峰，與表 4.1-3 平均降雨量相 對照發現，葉綠素-a 濃度偏高通常發生在降雨量偏高月份過後之月 份；再與表4.1-2 總磷月平均表相對照發現，葉綠素-a 濃度偏高情形 也相同的發生在總磷偏高的下個月份，其原因是豪雨會使大量的營養 鹽流入水庫中，但營養鹽不能直接被生物所利用，需進行分解，如總

磷成分中的正磷酸鹽及總氮成份中的無機氮，才能被生物所吸收，因 此通常是經過了將近一個月的時間，才可看出葉綠素-a 濃度所受到總 磷偏高而影響之現象。由圖4.1-4 可得知各測點之分層情形，各測點 分層平均處於貧養~普養間，而明顯的是除了仙島之中層比表層高 外，其餘各測點之表層皆高於中層及底層。

表4.1-6 2003~2005 年各測點之葉綠素-a 檢測成果表（月平均）

單位：ppb 年度 2003~2005 各月份平均

測點 分層 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 平均 達優養之 百分比(%) 2.0 1.6 1.5 1.4 2.0 2.7 3.4 3.3 2.3 1.0 0.8 1.7 2.0

底 貧 貧 貧 貧 貧 普 普 普 貧 貧 貧 貧 普 0.0 2.6 2.4 2.5 4.2 4.3 6.5 3.3 5.6 4.5 4.1 1.9 3.2 3.8

中 普 貧 貧 普 普 普 普 普 普 普 貧 普 普 0.0 3.4 1.5 8.8 14.4 6.2 8.9 4.2 9.1 10.3 7.5 7.3 5.0 7.2

阿姆坪

表 普 貧 優 優 普 優 普 優 優 優 優 普 優 66.7 1.2 0.8 1.0 0.8 0.9 0.5 1.3 1.0 0.9 1.5 0.7 1.0 1.0

底 貧 貧 貧 貧 貧 貧 貧 貧 貧 貧 貧 貧 普 0.0 1.5 1.9 2.1 1.8 2.2 2.0 3.9 2.5 2.4 1.2 1.0 1.7 2.0

中 貧 貧 貧 貧 貧 貧 普 貧 貧 貧 貧 貧 普 0.0 2.2 2.5 5.3 6.8 9.1 8.4 2.6 8.1 9.3 7.4 3.7 3.6 5.7

龍珠灣

表 貧 貧 普 普 優 優 普 優 優 優 普 普 普 41.7 1.4 0.7 2.6 1.4 1.0 4.3 2.6 2.1 0.9 1.8 1.1 1.0 1.7

底 貧 貧 貧 貧 貧 普 普 貧 貧 貧 貧 貧 普 0.0 2.5 1.5 1.5 3.4 2.5 4.6 3.2 3.5 2.6 2.4 1.9 2.5 2.7

中 貧 貧 貧 普 貧 普 普 普 普 貧 貧 貧 普 0.0 3.5 2.8 6.9 12.9 6.0 6.7 4.3 7.8 12.1 7.7 9.7 4.2 7.0

長興

表 普 普 普 優 普 普 普 優 優 優 優 普 普 41.7 1.3 1.2 0.9 0.5 0.4 0.4 1.2 0.8 0.6 2.6 0.5 1.2 1.0

底 貧 貧 貧 貧 貧 貧 貧 貧 貧 普 貧 貧 普 0.0 3.0 0.9 2.9 1.3 1.9 1.2 3.0 2.0 2.7 2.3 1.3 47.1 5.8

中 普 貧 普 貧 貧 貧 普 貧 普 貧 貧 優 普 8.3 3.4 2.4 5.1 5.7 5.4 6.0 4.0 8.1 7.7 10.5 4.9 3.0 5.5

仙島

表 普 貧 普 普 普 普 普 優 優 優 普 普 普 25.0 1.2 1.0 1.6 1.9 0.8 3.4 0.8 0.7 0.3 0.6 0.4 0.8 1.1

底 貧 貧 貧 貧 貧 普 貧 貧 貧 貧 貧 貧 普 0.0 2.9 1.3 2.9 3.6 3.0 3.3 3.1 2.7 3.2 1.4 1.7 2.0 2.6

中 普 貧 普 普 普 普 普 普 普 貧 貧 貧 普 0.0 1.0 2.0 5.6 12.2 5.4 4.6 5.4 6.9 6.7 8.8 4.8 4.1 5.6

壩頂

表 貧 貧 普 優 普 普 普 普 普 優 普 普 普 16.7 達優養之百分比

(%) 0.0 0.0 6.7 20.0 6.7 13.3 0.0 26.7 26.7 33.3 13.3 6.7 6.7

表4.1-7 2003~2005 年各測點之葉綠素-a 檢測成果表

（季平均）

年度

測點 分層

春季 3~5 月 夏季 6~8 月 秋季 9~11 月 冬季 12~2 月 達優養之百分比(%) 1.7 3.1 1.4 1.8

底 貧 普 貧 貧 0.0

3.7 5.1 3.5 2.7

中 普 普 普 普 0.0

9.8 7.4 8.3 3.3

阿姆坪

表 優 優 優 普 75.0

0.9 0.9 1.0 1.0

底 貧 貧 貧 貧 0.0

2.0 2.8 1.5 1.7

中 貧 普 貧 貧 0.0

7.1 6.3 6.8 2.7

龍珠灣

表 普 普 普 普 0.0

1.7 3.0 1.3 1.1

底 貧 普 貧 貧 0.0

2.5 3.8 2.3 2.2

中 貧 普 貧 貧 0.0

8.6 6.3 9.8 3.5

長興

表 優 普 優 普 50.0

0.6 0.8 1.2 1.2

底 貧 貧 貧 貧 0.0

2.0 2.1 2.1 17.0

中 貧 貧 貧 優 25.0

5.4 6.1 7.7 2.9

仙島

表 普 普 普 普 0.0

1.4 1.6 0.4 1.0

底 貧 貧 貧 貧 0.0

3.2 3.0 2.1 2.1

中 普 普 貧 貧 0.0

7.7 5.6 6.8 2.4

壩頂

表 優 普 普 貧 25.0

達優養之百分比(%) 20.0 6.7 13.3 6.7

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00

2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12 月份

葉 綠 素-a (μg/l)

阿 姆 坪 龍 珠 灣 長 興 仙 島 壩 頂 優 養 區

普 養 區

貧 養 區

2003年 2004年 2005年

圖4.1-3 2003~2005 年葉綠素-a 水質變化圖

（中華大學水域生態中心，2003；2004；2005）