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新竹寶山水庫三維度暫態水質暨涵容能力情境模擬研究

為了解決翠峰湖管制的問題，作者何旻倫 這樣論述：

新竹「寶山水庫 (Baoshan reservoir)」為一種位於河道外之離槽式(off-site)水工設施，其中約九成進水來源係利用人工引水道(竹東圳)，由上坪溪上坪堰將河水引入庫區內，不同於國內其他在集水區主要河道上興建壩體，直接攔截或阻絕水流建成之在槽式(on-site)水工設施(例如翡翠、石門水庫等)。而鄰近之寶山第二水庫(簡稱寶二水庫)目前係與寶山水庫聯合運用，以俾增加新竹地區水資源之調蓄能力與空間，其中寶山水庫主要用途，現階段主要仍為供應新竹科學園區(簡稱竹科)之產(工)業用水，以及提供鄰近新竹地區之民生及農業(灌溉)用水。惟，近年來依據行政院環保署(TEPA)水質調查發現，國內

中區水庫中，以寶山水庫的優養化(Eutrophication)程度較為嚴重，且總磷(TP)營養鹽為造成該水庫水質優養化的主要原因。鑒於竹科園區對於國內經濟產值與區域發展貢獻甚大，因此如何確保寶山水庫之水質品質，以及如何協助主管單位事前掌握上游總磷總量管制策略或設施，對於該水庫優養化改善程度之成效，已被視為當前國內永續水資源發展之一項迫切、關鍵課題。然而，依據模擬水體、水質參數特性，選取一套合理、適當的「水質模擬模式(Water quality simulation model)」，已被廣泛應用於水體污染源總量管制、削減策略研議，以及掌握水體內水質濃度變遷之必要解決途徑。惟，寶山水庫屬於湖(庫)

水體，若以TEPA建議用於河(溪)之傳統一維度(1D)穩態(Steady state)水質模擬模式(例如Qual2K)，並不適用於本研究水體；另，TEPA建議可用於湖(庫)之三維度(3D)暫態(Transient) 水質模擬WASP模式，其在進行模擬水體進行空間網格化及水體動力(hydrodynamics)計算等等，仍需仰賴第三方軟體模組(例如CAF2D/GENGRID、EFDC)透過編程、外掛(Plug in)方式導入應用，具高使用者門檻與計算時間成本。爰此，盱衡模擬水體之水質模式適用性與低使用者門檻，本研究係嘗試導入應用美國商業軟體DSI-EFDC○R (教育版)，並於所界定研究時空、資料

範疇內，針對寶山水庫之總磷水質，進行三維度(3D)暫態水質暨涵容能力情境模擬建模(modeling)、率定與驗證(Calibration & Verification)作業，以俾作為主管機關未來掌握上坪溪集水區流域，針對總磷非點源(例如農業)與點源(例如生活)污染改善策略措施與寶山水庫內總磷水質濃度消長關係程度之重要參酌依據。現階段TEPA在寶山水庫內，共設置四處水質監測站，而臺灣自來水公司第三區管理處於取水塔處，會針對不同水深進行定期水質監測作業並作成統計報告。此兩者將作為本研究模擬水體水質參數之主要資料來源(Data source)，此外新竹縣環保局於2017年針對寶山水庫於引水跌水處委外

水質調查案之補充調查水質，將作為本研究輔助性水質資料之用。而臺灣自來水公司第三區管理處、經濟部水利署，針對寶山水庫之進、出水量與水位等數據，已累積大量時序資料庫存。緣依據TPEA調查，指出目前寶山水庫上游取水端上坪溪集水區之總磷污染貢獻，主要係來自於上游沖刷(即非點源污染)，因此本研究命題基於前揭研究架構、模式與範疇，針對寶山水庫庫區內總磷模擬水質，於率定與驗證指標 (MAPE, Mean Absolute Percentage Error) 顯示屬於合理預測等級後(20-50%)，再將其佈署應用於針對取水端上游上坪溪集水區之總磷污染削減情境模擬，情境模擬推估結果指出，若減量措施可於引水跌水處

削減約三成總磷進流濃度，一年後寶山水庫現階段優養化污染程度，應可改善為為普養(Mesotrophic)等級，而若削減約九成總磷進流濃度，寶山水庫於一年後，應可符合國內甲類陸域水體用途基準。歸納而言，本研究命題現階段所建立之水質模擬模式，於所界定研究範疇內，應具有實用效度，可用於掌握與模擬水體水質濃度時、空變化，同時亦可進行涵容能力分析，以及作為削減策略成效事前洞悉之用。