從日本湖庫優養控制策略與方法看石門水庫的優養控制

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1 從日本湖庫優養控制策略與方法看石門水庫的優養控制
報告人：溫清光

2 報告大綱 日本湖泊營養鹽控制策略 日本湖泊集水區營養鹽控制工法 日本湖泊流入排水路營養鹽控制的方法 日本湖庫內優養改善方法
點源控制工法 非點源控制工法 日本湖泊流入排水路營養鹽控制的方法 各種排水路淨化工法評估與介紹 日本湖庫內優養改善方法 日本湖泊集水區營養鹽案例分析--琵琶湖 二十年來日本湖庫營養鹽控制對策之檢討 石門水庫營養鹽控制策略與方法

3 水體污染控制概念 污染控制 外來污染源 內生污染源 雨水處理 廢水再淨化 廢水處理 源頭控制 生活污水 工業廢水 畜牧廢水 其他點源 林地
農業 工廠 都市 牧場 草地 工地 點源 非點源 內生污染源 底泥分解釋出 河中污染控制

4 1.日本湖泊營養鹽控制策略 1983湖沼水質目標達成率只有40.8%，低於河川68.9 %（湖沼水質過去10年幾無改善）
1984公布「湖沼水質保全特別措置法」

5 2. 日本湖泊集水區營養鹽控制工法 (1) (2) (3)

6 (1)點源排出負荷削減 污水高級處理 合併處理淨化槽 高級處理型合併淨化槽 (去除N，N/P) 農業部落排水 農業部落排水設施

7 合併淨化槽處理流程及分類 圖3.1-3 合併淨化槽 圖3.1-4 高度處理型(脫氮)合併淨化槽
厭氣濾床 第一室 進流水 第二室 接觸曝氣槽 沈澱槽 消毒槽 放流水 污泥回流 硝化液循環 污泥迴流 處理水槽 除磷裝置 ( 鐵電解法 、 凝結劑法 ) 圖3.1-3 合併淨化槽 圖3.1-4 高度處理型(脫氮)合併淨化槽 圖3.1-5 高度處理型(脫氮/去磷)合併淨化槽

8 合併淨化槽之放流水水質 一般型 高度處理型（脫氮）

9 (2)非點源污染最佳管理作業--農業地區之成本及功效

10 (3)非點源污染BMPs--林地之成本及效果

11 3. 日本湖泊流入排水路營養鹽控制的方法

12 河川排水路自然淨化法的種類 直接淨化法與分離淨化法之比較

13 礫間接觸法示意圖 深1-2m，礫石= 5-15cm，HRT=2-6hr

14 a. 礫間氧化法

15 荒川(伊豆沼)礫間浄化設施實景

16 b、接觸氧化排水路法(台南大洲排水)

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19 4.日本湖庫內優養改善方法

20 人工湖內湖 人工浮島

21 湖庫內水質改善方法－（1）曝氣 深層水曝氣 湖水揚水型循環處理 底層曝氧氣

22 （2）人工浮島(水庫內淨化法) Artificial Floating Island
2000年底，日本國內總共有2000座(單元)人工浮島應用於湖泊及水庫，合計約24000m2的覆蓋面積。 實例以濕式有框架應用最多佔70%，乾式佔20%，濕式無框架佔10% AFI的功能 營造生物棲地 淨化水質 消波 改善景觀 plant bird fish insect

23 AFI的水質淨化原理

24 以隔離水域的方式評估AFI之淨化效果 夏季時對於浮游性藻類的抑制有效果 夏季時COD約有50%的去除率，冬季不顯著。 葉綠素-a
COD(Cr)

25 AFI的形式

26 濕式有框架AFI Vegetation base Floater netting 2000mm 180mm 濕式無框架AFI

27 AFI在湖庫中的錨定方式

28 霞浦湖人工浮島 場址位於湖岸邊，屬濕式有框架之人工浮島，1993年興建。 目標設定為淨化水質、增加生物棲地、改善湖岸景觀、減輕湖岸沖刷。
總長91.5m，寬9m，共40個小單元(4.5m × 4.5m)以雙排配置，採錨式固定，1993年完成框架及基礎施工，1994開始種植植物 霞浦湖人工浮島施工初期及完成階段之比較(1993~2000)

29 霞浦湖人工浮島的成效 實場對水質的淨化效果無法評估，除非進行隔離實驗，因此實場效益多以浮島周遭魚類、植物、昆蟲、浮游植物、浮游動物及底泥變化加以評估。 霞浦湖人工浮島周邊生物多樣性指標的變化

30 （3）人工湖內湖(AL, Artificial lagoon) 霞浦湖利尻川口
控制目標為非點源污染造成大量泥沙及營養鹽流入造成的水質問題 利尻川 橡皮壩 霞浦湖 溢流堰

31 霞浦湖 橡皮壩 沉降區 深泥坑 利尻川 溢流堰 植生區

32 暴雨期處理成效

33 AL每年之污染攔除總量

34 5.日本湖泊集水區營養鹽案例分析--琵琶湖 日本研究案例水庫基本資料

35 野尻湖 (芙蓉湖) 琵琶湖 霞浦湖 釜房水庫 5.1 整治案例一： 琵琶湖 (Lake Biwa)

36 琵琶湖基本資料 湖面積：674km2 流域面積：3848km2 平均水深 蓄水量：275億噸 湖水滯留時間：19年
日本最大 流域面積：3848km2 約台灣面積之1/10 平均水深 北湖43m，南湖4m 蓄水量：275億噸 京都阪神地區1400萬人15年 　民生用水量，曾文水庫的47倍 湖水滯留時間：19年 年平均降雨量：1909mm 逕流係數約0.72 年平均進流量：53億噸 集水區人口數：123萬7千人

37 琵琶湖水質 第一期 第二期 第三期 1987 1990 1996

38 琵琶湖分期水質保全計畫成效分析 1. 污染量之削減(%) 2. 水質目標之修正

39 日本環境省與滋賀縣琵琶湖集水區事業放流水標準

40 琵琶湖分期水質保全計畫檢討(1) 經過四期的水質保全計畫，總磷水質有改善，總氮並未有明顯變化。
20年來集水區人口成長緩慢，下水道普及率達76%，點源污染逐漸受到控制而突顯出非點源污染的重要。 過去15年來土地利用幾無變更，因此當局對於農地的非點源污染施策重點為施肥管理。 歷經四期水質保全計畫，對於非點源污染之施策十分有限。 未來計畫將逐漸將重點擺在山林的管理。

41 琵琶湖分期水質保全計畫檢討(2) 農地40年來減少約6%，使得近10年來TN減少近30%，但是TP卻增加30%，可能與肥料與作物管理有關。
濱水區及自然湖岸面積減少、林地開發為高爾夫球場及市街地，再加上過去對於非點源污染的重視低於點源，因此市街地的非點源污染顯著增加。 雖然污染負荷已有相當程度的削減，不過水質沒有明顯改善，距離基準值仍有一段距離。 持續管制點源、加強非點源污染的控制(BMPs)，強調生態與景觀的維護為未來水質保全計畫之重心。(Mother Lake 21 Plan)

42 琵琶湖分期水質保全計畫檢討(3) 雖然集水區內40年內人口增加45萬人(約1/3)，製造品產出額增加6萬億円，不過因為下水道普及率與農業部落排水接管率提高、補助設立合併淨化槽政策的成功、以及徹底執行放流水標準管制，使得點源污染負荷有效削減。 2000年琵琶湖污染來源分析 (單位：%)

43 琵琶湖未來綜合保護計畫 第一期：1999~2010 第二期：2011~2020 第一期內容概要： 水質保護、水源涵養、自然環境與景觀保護
水質保護：： a.發生源對策：點源控制 b.流出過程對策:非點源控制 c.湖內對策：割水草、魚獲、底泥浚渫 d.居民參與 e.調查與研究

44 5.2 工法應用案例一： 渡良瀨水庫人工濕地 植生：蘆葦 面積：40ha 型式：漫地流式人工濕地 操作條件： 對TP的平均去除率為26.7%
水流長度：100m 水力負荷1.6m/d 平均水力停留時間3小時 水深0.2m 每日淨化水量5cms。 對TP的平均去除率為26.7% 春季（5,6月）對葉綠素與總磷的去除效果較好，夏秋季（7月以後）最差。 渡良瀨水庫蘆葦原淨化設施

45 渡良瀨水庫蘆葦原淨化設施平面圖 渡良瀨水庫蘆葦原淨化效果（%）

46 5.3案例三：釜房水庫(Kamafusa dam)
湖面積：3.9km2 流域面積：191.4km2 平均水深：11.6m 蓄水量：3千9百萬噸 湖水滯留時間：0.13年 集水區人口數：8千700人

47 釜房水庫土地利用及污染負荷分析 土地利用以山林地為主，74%的TN及61%的TP來自非點源污染。
2000年釜房水庫污染來源分析 (單位：%)

48 釜房水庫的水質(TN) 1987 1990 1996 第一期 第二期 第三期 2001 第四期

49 釜房水庫的水質(TP) 1987 1990 1996 第一期 第二期 第三期 2001 第四期

50 釜房水庫的水庫內淨化工法 曝氣式循環裝置 間歇式空氣揚水筒
原理：以空壓機間歇將空氣送至空氣室，慢慢累積到虹吸管下端時，虹吸管會將室內的空氣一舉噴到筒內，變成砲彈狀之氣泡在筒內上升，推舉筒內的水到水面與表層水互相混合，並向水平方向擴散，筒內並可再補充深層水。 間歇式空氣揚水筒 效果：可使表層水溫下降，促使表層藻類被帶到較深無日照處而達成抑制藻類生長的效果

51 釜房水庫水質保全計畫分期內容

52 釜房水庫水質保全計畫中 針對非點源污染的控制技術
未受管理之農地污水流入水庫 側条施肥機導入 有效施肥 森林管理 伐木管理 大規模伐木管理 植林 裸地植林 地力維持 防止落枝、落葉流出 負荷削減 樹種選擇 側條施肥機之應用(水田)

53 釜房水庫庫內曝氣

54 6.二十年來日本湖泊優養檢討 1984年7月日本通過「湖沼水質保全特別措置法」 之後，20年來全國湖沼的水質目標達成率只有進步了3%成為43.8%，遠低於河川的85.1%，可看出湖沼水質改善的困難度極高。 檢討日本20年來所施行的各種湖沼對策，可做為未來政策制訂的借鏡；由其中分析比較工法的優缺點，可據以評估在台灣應用的可行性。

55 日本湖沼保護法指定湖沼之分佈及水質

56 日本全國公共水域水質目標達成率之變遷 河川用BOD5，湖沼及海域用COD

57 日本全國湖沼TN及TP水質目標達成率之變遷

58 湖沼保護法指定十個湖庫在1985~1987三年與2000~2002三年平均污染負荷與水質增減之比較

59 日本指定整治十個湖庫水質之比較

60 日本水庫水質優養之改善策略分成水庫集水區營養鹽控制法、流入水庫支流處理法和水庫內優養控制法。
集水區營養鹽控制法又可分成點源與非點源控制，點源之生活污水先用污水處理廠或淨化槽處理，排入排水路後再用自然淨化法淨化，流入水庫之前若有濕原再淨化之。 事業廢水採用放流水管制方法管制。 非點源分成都市區與農業區污染採用BMP控制。

61 日本自實施「湖沼水質保全特別措置法」20年後，湖泊水質目標達成率由原來之40. 8%提升至43. 8%，但同一時間河水的水質目標達成率由68
日本自實施「湖沼水質保全特別措置法」20年後，湖泊水質目標達成率由原來之40.8%提升至43.8%，但同一時間河水的水質目標達成率由68.9%增加到85.1%。由此可知要改善水質湖泊比河川難。 水庫內控制方法

62 7.石門水庫營養鹽控制策略與方法 a.石門水庫之污染來源及其負荷 點源TN佔1.4%，TP為8.8%，其餘均為非點源污染

63 2002年污染來源分析 石門水庫污染負荷分析

64 b.石門水庫之水質與營養狀態 卡爾森優養指標(CTSI)變化圖

65 石門水庫營養狀況指標(STSI)變化圖

66 甲類水體標準(0.02) 乙類水體標準(0.05) 在本計畫執行期間，庫區總磷濃度歷線

67 在本計畫執行期間，水庫區總氮的監測歷線

68 環保署歷年總磷監測濃度之變遷 1 2 3 4 5