農村社區環境指標類型分析與水質探討之研究

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1 農村社區環境指標類型分析與水質探討之研究
國立中興大學水土保持學系 農村社區環境指標類型分析與水質探討之研究 Cluster analysis of environmental index and water quality for the rural communities 授課教授：陳文福教授 指導教授 :林昭遠教授 學生 :劉哲元 中 華 民 國 年 月 日

2 簡報大綱 研究動機與目的 文獻回顧 材料與方法 結果與討論 結論與建議

3 研究動機與目的

4 研究動機與目的(1/2) 台灣農村社區環境營造，以現有農村為中心，發展農 村景觀綠化、文化保存與維護，以及水土資源保育與 防災，進而促使農村再造，提升農村生活、生產、及 生態。然而，農村社區汙水處理方式，多在未經處理 下即排放，農民為刺激經濟收入所噴灑之農藥或肥料， 經由雨水沖刷也隨逕流水帶入鄰近溝渠或河川之中， 造成環境惡化以及生態之破壞，嚴重則影響居民健康。 但農村環境營造之考量因子眾多，如何整合及快速量 化萃取農村社區之環境資料，建置環境指標提供農村 環境營造效益評估之用極為重要，此為本研究之動機。

5 研究動機與目的(2/2) 環境指標應用上有其適宜性，且指標種類繁多，加上 不同之農村社區類型，評估營造效益需考量其環境尺 度、時間及空間上之不同，選用合適之環境指標與合 理評估農村營造效益有其必要，藉由相關理論架構， 建置農村水質優劣之分析單元，並針對相關環境資料 進行指標蒐集及建置，依統計理論進行歸納，選擇適 當之樣區進行環境指標評估與篩選，期有效提供農村 社區環境營造效益評估之用。

6 文獻回顧

7 文獻回顧 社區之定義 鄭熙彥 （1982） 徐震 （1992） 蔡宏進 （1996） 林明地 （2002）
社區為具有相同歷史、文化與傳統的人民一起居住的區域，具有共同的意識型態及精神，同心協力以改善居住環境而努力。 社區應包含以下五項要素:居民、地區、共同關係、社會組織以及社區意識。 社區的概念至少應有：（1）一群人、（2）一定的地域範圍、（3）人的社會性，也稱為社會活動的總稱。 社區的意義大致可分為四大類(1)人際互動關係(2)地理區域 (3)具有共享文化、歷史、價值的一群人 (4)具有學校的凝聚本質卻同時有大眾政治世界。

8 文獻回顧 農村社區定義 經濟活動 地形條件 農村社區 感覺景象 交通條件 可見景象 （韓選棠，1992）

9 文獻回顧 農村社區定義 Giggs (1970) Barton ( 1971 ) 林淵煌 (1982） Cloke （1983）
農村為「一個能引起期待環境及布分廣闊景觀生活的居住品質為基礎，具有凝聚力及特色化生活型態的地區」。 農村為「非位於稠密地區及非位於稠密地區之邊緣地帶或稠密範圍內之鄉鎮，皆屬於農村發展計畫所稱之農村區域」。 是一個具有經濟性、社會性、教育性、生態性等密切調和的有機綜合體。 農村具有下列特色：開放的田園概念，無法用人口數多寡表現其差異性，兼顧農村聚落本身所擁有的特色與功能。

10 文獻回顧 農村社區之定義 洪啟源 (1985) 卞六安 （1987） 劉健哲 (1990) Rafael ( 2002 )
具有生產環境與生活環境基礎相互關聯的機能與維持農村生產基本條件之安定，並優先保護農地或其他良質的農業資源。 卞六安 （1987） 居民多以農業為主，土地利用以農業用地居多，而農村具有以農家為中心，融合生產、生活與依賴自然資源的特質。 劉健哲 (1990) 台灣農村社區依居住特性可分為散村與集村二種，散村居住密度也較低，集村由散村形成較具規模之住宅社區。 Rafael ( 2002 ) 農村社區主要產業以農業為中心，土地利用除供居住的社區外，其他則以農業用地為主。

11 文獻回顧 農村類型論述 （一）集村與散村型態 劉健哲 台灣地區集村與散村農村住宅之關係。 (1990) 散村型態 集村型態 分類比較項目
集村型的農村住宅 散村型的農村住宅 地區屬性 濁水溪以南各縣市 大甲溪以北各縣市 地理環境 地勢平坦 地形高程變化大，且崎嶇不平 建築密度 農村住宅密度較高，土地權屬複雜，地籍凌亂不整。 農宅密度較低，少有土地權屬複雜或地籍凌亂不整情形。 居民就業情形 從事工、商業人口與農業約各半。 居民大多從事農業生產。 主要出入巷道及交通 巷道較為狹窄，但外圍主要幹道寬敞，對外交通方便。 巷道寬度適中，但主要幹道狹窄，對外交通較為不便。 農業與村莊類型 耕地與房舍距離較遠，農地多分布於農村聚落周圍，耕作以水稻為主，平均耕地面積較小。 耕地與房舍緊鄰，大多種植稻米或雜糧果樹，平均耕地面積較大。 公共設施量或比例 公共設施集中，但由於欠缺設施用地，公共設施仍嫌不足。 公共設施相對分散，或因住宅分散，公共設施幾乎缺乏。 自然景觀及綠地條件 聚落周圍開發頻繁，綠地較少，在附近工商業發展影響下，社區環境汙染問題較多。 綠（農）地較寬廣，景觀相對較優美，環境汙染程度低，農村中具有發展休閒產業的潛力。 劉健哲 (1990) 台灣地區集村與散村農村住宅之關係。 散村型態 集村型態 資料來源：行政院經建會簡報資料，2007

12 文獻回顧 農村類型論述 （二）地理空間型態 農村類型 特色 平地型 地形多為平地、交通方便人口密集、公共設施較完善。 居民多以農業維生。
居民農作物以稻米為主、伴有蔬菜、雜糧。 山（坡）地型 地形為山地、高海拔地形居多。 人口分散且交通不方便、公共設施缺乏、資源少。 農業經營管理不便。 農業以果樹、茶葉或高海拔經濟作物為主。。 海濱型 分布於沿海周圍，地勢較低。 產業活動多以漁業或養殖漁業等。 遇颱風季節常有水患。 環境衛生較差。 城鄉型 農村聚落集中且人口分布密集，鄰近都市。 公共設施及社會資源較豐富。 交通便利。 農業就業人口比例低，農作規模小。

13 文獻回顧 永續發展與農村再生 社會面 經濟面 環境面 永續發展 農村再生 （劉健哲2007）

14 文獻回顧 群集分析 群集驗證 群集解釋 決定 群集數 研究問題 群集方法 選定 變數選擇 相似性 衡量 陳順宇 黃俊英 張維仁
2000 黃俊英 2001 張維仁 2003 群集分析是一種多變量分析程序，亦為整個分類核心，其目的在於將資料分幾個相異性最大之群組，群組內相似度最高。若觀察值之間並非全部同值，群集分析可提高資料探索分析之效率 。 群集驗證 群集解釋 決定 群集數 研究問題 群集方法 選定 變數選擇 相似性 衡量

15 材料與方法

16 材料與方法-研究流程 試區選定 SDI離散指數分析 SPSS群集分析1 階層分析華德法 地形分析 土地開發程度與類型分析 GIS圖資
DEM圖資 土地利用圖資 基本資料蒐集 結果與討論 水質採樣調查分析 探討各類農村水質狀況 及改善辦法 結論與建議 農村區位劃定 Yes 重新選取運算方法 No 農村社區指標分類 精建圖 農村社區地形指標 SPSS群集分析2 K-Means演算法 農村社區第二次分類

17 材料與方法 研究材料 地文水文 資訊 數值高程 DEM ArcGIS 土地利用 Rural 衛星影像 WinGrid 精建圖 SPSS
12.0 Slpwas 地形圖 水系 現地 勘查

18 材料與方法 農村社區範圍劃定 本研究劃定農村社區範圍採用自然界線（水系及嶺線）做為農村發展界線，利用地理資訊系統及相關GIS圖資，考量建物鄰近距離、地形分區、社區面積，進行農村社區劃定與空間資訊萃取，以DEM資料萃取水系網及集水區自動劃分理論。 農村社區 總面積劃定 農村社區 生活空間 農村社區 範圍劃定 農村社區 生產空間 農村社區 自然條件 18 農村社區 住宅空間

19 材料與方法 區位選定 文獻回顧 資料蒐集 村里界載入 格式轉換 及圖層篩選 地形、地物分區 農村社區(初選) No 圖示區位檢定 農村社區
邊界調整 No Yes 區位選定 資料蒐集 村里界載入 文獻回顧 農村社區(初選) 邊界範圍劃定 19

20 目前台灣地區綠覆率尚無建立資料庫，因此利用衛星影像NDVI建立綠覆率評估指標(C值)，綠覆率計算方法如下：
材料與方法-農村社區指標建置 綠覆率指標 衛星影像推估常態化差異植生指標(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)，利用綠色植物會吸收光譜中的紅光(R)以及反射出紅外光(NIR)之特性，NDVI值計算方法如下： 目前台灣地區綠覆率尚無建立資料庫，因此利用衛星影像NDVI建立綠覆率評估指標(C值)，綠覆率計算方法如下： 20

21 材料與方法 空間離散指標 地物之分散情況常為空間探討之一項重要議題，目的在於了解目標物的空間形態屬於離散型或聚集型。由此計算後得知，地物越集中，離散程度越低，SDI也就越小，地物越分散，離散程度也相對提高，SDI也就越大。 離散程度 21 空間離散指標 修正值 重複計算之次數 地物對其他地物計算離散程度 地物面積占總面積之百分比

22 材料與方法 水質汙染檢測指標 水資源是農村社區不可或缺的一項重要資源，在使用過程中，水會遭受不同程度的汙染，汙水中因含有氮、磷、有機碳等營養物質，若直接排入河川之中，將造成水體汙染及優養化情形，導致水中溶氧量偏低，進而影響水體品質，破壞環境及自然生態平衡。 目前台灣常用水質指標為行政院環保署之河川汙染指標，主要檢測項目以溶氧(DO)、生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)及懸浮固體量(SS)四種水質參數評定，利用各項參數權重相等給予點數，求出算數平均值來判定水質優劣情況。 水質項目（RPI）值 末(稍)受污染 輕度污染 中度污染 嚴重污染 氨氮 (NH3-N) mg/L 0.50 以下 0.50～0.99 1.0～3.0 3.0 以上 溶氧量 (DO) mg/L 6.5以上 4.6～6.5 2.0～4.5 2.0以下 懸浮固體 (SS) mg/L 20 以下 20～49 50～100 100 以上 生化需氧量 (BOD5)mg/L 3.0 以下 3.0～4.9 5.0～15 15 以上 污染指標積分值 2.0 以下 2.0～3.0 3.1～6.0 6.0 以上 點數 1 3 6 10 22

23 材料與方法 土地利用類型 以內政部國土測繪中心之土地利用調查圖資，將各農村社區人為總體開發程度與主要影響水質汙染之農業與生活廢水，配合DEM進一步將農地與房舍萃取後，利用統計方法進行各農村社區土地類型之分類，探討與水質良窳之關連。 23

24 相似程度採用歐幾里德距離(Euclidean Distance)
材料與方法 群集分析 本研究以二階段群集分析法，將農村社區進行類型分類。 (一)、從各族群找出距離最小之兩個族群。 (二)、重新計算新族群至其它群組之距離。 (三)、重複上兩步驟直到n個項目群集至一個為止。 華德法 K-means 二階段群集分析法 相似程度採用歐幾里德距離(Euclidean Distance) (一)、將樣本決定成K個群集。 (二)、採用歐幾里得距離計算各群集之中心點，將樣本點分配到距離最近的群集中，重新計算成新的群集。 (三)、重複第2步驟，直到所有樣本被分類完全為止。 24

25 結果與討論 25

26 結果與討論 基本資料分析 平均高程 濱水區建築面積 平均坡度 建物SDI 環境指標 農業使用面積 綠覆率 建物使用面積 總體開發度
濱水區農業面積 建物SDI 綠覆率 濱水區建築面積 總體開發度 環境指標 階層分析法之華德法

27 結果與討論 平均高程因子分類 利用5M的DEM資料進行各農村社區之地形分析，萃取各試區之平均高程，大底將期分為高、中、低三大地區 農村社區
類型描述 林北 93.03 低 太巴塱 110.64 平和 26.48 獅潭 46.89 無米樂 15.17 象山 47.63 流東 103.99 農村社區 平均高程(m) 類型描述 共榮 179.20 中 磺潭 200.74 大進 155.93 三和 278.95 美農 425.47 馬太鞍 207.88 都蘭 193.31 雙潭 340.42 馬力埔 199.01 上安 710.26 高 澀水 612.36 利用5M的DEM資料進行各農村社區之地形分析，萃取各試區之平均高程，大底將期分為高、中、低三大地區

28 結果與討論 平均坡度因子分類 農村社區 平均坡度 類型描述 林北 5.13 緩 共榮 26.06 中 磺潭 42.78 陡 太巴塱 3.04
大進 30.3 上安 42.49 平和 4.88 三和 22.08 美農 41.58 無米樂 1.14 澀水 34.31 都蘭 54.62 馬力埔 10.32 馬太鞍 23.86 獅潭 20.91 象山 18.73 流東 26.53 雙潭 33.15 28 < 10.32% 18.73~34.31% > 42.49%

29 結果與討論 建物SDI因子分類 農村社區 SDI值 類型描述 共榮 0.166 低(散村) 大進 0.053 中 太巴塱 0.032 高(集村) 林北 0.124 三和 0.075 美農 0.048 獅潭 0.144 上安 0.071 馬太鞍 0.046 象山 0.135 澀水 0.059 平和 0.044 流東 0.133 都蘭 0.061 無米樂 0.042 磺潭 0.078 雙潭 0.066 馬力埔 大略分為三大類群，SDI值越高，農村聚落較為離散，亦即所謂的散村，反之SDI值越低，聚落較為集中，社區呈現集村的形態。 29

30 結果與討論 綠覆率因子分類 農村社區 綠覆率 類型描述 磺潭 0.127 良好 共榮 0.25 中等 林北 0.586 較差 大進
0.161 三和 0.234 平和 0.52 美農 0.163 上安 0.295 無米樂 0.61 馬太鞍 0.187 澀水 0.223 都蘭 0.195 太巴塱 0.304 獅潭 0.16 馬力埔 0.305 象山 流東 0.11 雙潭 綠覆率代表一個社區植被覆蓋的狀況，其值介於0~1之間，數值越低植生覆蓋越佳，反之則越差，分類結果大致分為良好、中等、較差三個等級。 30

31 結果與討論 農業面積百分比分類 農村社區 農業面積(%) 類型描述 磺潭 8.13 低 共榮 39.09 中 上安 54.72 高 三和
22.95 大進 27.91 澀水 57.97 象山 22.61 美農 37.05 林北 71 雙潭 17.58 都蘭 31.49 太巴塱 66.67 獅潭 33.3 馬太鞍 50.75 流東 30.63 平和 49.89 無米樂 59.91 馬力埔 52 發展農業勢必破壞其原有的生態環境，造成水中營養鹽含量過剩與水質優養化等環境問題，分析結果分成低、中、高三個等級。 31

32 結果與討論 建築面積百分比分類 農村社區 建築面積(%) 類型描述 共榮 6.14 低 磺潭 3.3 大進 4.39 上安 11.32 澀水 4.02 林北 4.97 美農 3.02 馬太鞍 6.03 都蘭 2.83 獅潭 10.9 流東 6.44 雙潭 8.5 農村社區 建築面積(%) 類型描述 三和 20.93 中 太巴塱 20.61 象山 21.34 馬力埔 20.8 農村社區 建築面積(%) 類型描述 平和 27.37 高 無米樂 31.8 本研究藉土地利用圖資萃取農村社區建築使用土地，以人為活動所可能汙染當地水資源的居住活動面積，進行分析。結果區分成低、中、高三個等級。 32

33 結果與討論 濱水區農地百分比與濱水區建築百分比 農村社區 濱水區農業面積百分比(%) 類型描述 濱水區建築面積百分比(%) 磺潭 16.51
低 共榮 1.22 三和 23.91 2.55 都蘭 22.58 大進 3.41 象山 18.07 上安 3.02 雙潭 36.6 中 澀水 1.8 39.07 林北 1.96 35.97 美農 3.05 37 馬太鞍 2.59 獅潭 35.75 1.79 無米樂 41.36 2.18 46.08 高 8.21 47.82 平和 7.31 71.24 10.5 太巴塱 57.99 流東 6.72 54.25 7.62 64.29 馬力埔 12.31 46.19 20.63 55.67 26.64 33

34 結果與討論 總體開發度分類 農村社區 總體開發度(%) 類型描述 磺潭 17.23 低 共榮 51.13 中 林北 92.28 高 雙潭 32.05 大進 42.31 太巴塱 90.98 三和 58.92 平和 88.57 上安 無米樂 97.04 澀水 68.93 象山 美農 43.87 馬力埔 85.46 馬太鞍 63.1 都蘭 45.22 獅潭 51.34 流東 57.19 總體開發度係指農村社區受到人為的各種活動方式所造成的開發，包含農業、工業、交通、居住、休閒等各項設施，以評估社區非自然的方式對環境所造成的影響。 34

35 結果與討論 水質汙染指標 社區名稱\檢測項目 RPI 汙染等級 共榮 2.25 輕度汙染 馬太鞍 1 未(稍)受汙染 磺潭 1.5 獅潭
6.25 嚴重汙染 大進 3.25 中度汙染 流東 三和 林北 5.5 美農 5 太巴塱 都蘭 馬力埔 雙潭 2.75 平和 4.5 上安 無米樂 澀水 象山 2 35

36 結果與討論-群集分析 環境因子分類結果 農村 社區 平均高程 平均坡度 SDI值 綠覆率 農業 面積 建築 濱水區農業面積 濱水區建築面積
總體開發度 共榮 中 散村 中等 低 磺潭 陡 良好 大進 三和 上安 高 澀水 林北 緩 較差 太巴塱 集村 美農 馬太鞍 都蘭 平和 獅潭 無米樂 象山 流東 雙潭 馬力埔 36

37 結論與建議

38 結論 1 2 本研究針對台灣現已發展的十八個農村社區進行環境因子及類型分類，結果顯示以分成三類群最能表現出各農村社區特性對水質的影響度。
水汙染較嚴重之社區其地勢較為平緩且海拔較低，適合居住及易開發之地區，位於河川濱水區位的人為發展越高，對社區水質衝擊也相對增加，故應加強規劃社區內部汙水管道系統或配置植生緩衝綠帶，並劃定水源保育區禁止開發等措施，降低水中汙染物，增加農村社區的生活品質。 2

39 結論 開發度低且整體指標良好的農村社區，擁有先天上的環境優勢，但水質卻遭受破壞，實屬優先改善之區位，以免影響居民健康與環境生態之破壞，達到農村生態平衡及環境綠美化。 3 群集分析可快速分類農村社區之同值性，且有效反映出每類群組之特性，可依照分類結果，針對群組作出有效之決策。但目前分類條件仍無依據可循，只能由決策者依目的所需而決定。 4 39

40 建議 獅潭社區開發度雖低，但水質檢測結果為最嚴重之地區，實屬優先改善之區位，建議政府單位等相關團體能進一步改善當地環境區域，以營造更好的社區品質。 1 本研究以RPI四項參數進行水質探討，雖可大致顯示出各區域之水質汙染狀況，但水質檢測指標及方法仍有許多其他項目，建議可將其他參數一併納入分析。 2 未來可再納入更多的試驗地區，使分類結果更加詳細的探討農村社區之水質狀況，配合植生緩衝帶配置與汙水處理設施等，針對問題作出進一步改善之方法，將有助於提升農村社區綠環境，並強化農村社區綠環境與社區再造以達到永續經營之成果。 3

41 報告完畢 謝謝聆聽