『海岸養灘工法生態、工料及環境管理監控系統』

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1 『海岸養灘工法生態、工料及環境管理監控系統』
重點教學與研究計畫成果發表 『海岸養灘工法生態、工料及環境管理監控系統』 主 持 人：蕭炎泉 共同主持人：鄭紹材、朱達仁

2 簡報大綱 摘要 簡介 功能需求 系統及架構探討 資料庫相關資訊收集及需求 系統架構規劃與作業內容 具體成果 結論 後續發展及建議

3 摘要 藉著本資訊系統之協助，我們可以記錄安平港中各工區之生態資料，並把相關之設計指標儲存於系統中，供需要時可以搜索查詢，如此可以讓一般設計者精確的掌握基地附近相關生態資訊及設計指標，把人為施工對環境所造成的衝擊降到最低，並可於施工後將生態復原﹙Restoration﹚之情形作檢核，以評估該生態工法之成效，必要時作為日後其他工程設計指標修正之參考，以期將地球之資源作最有效之保護，使自然與人類共存共榮，把屬於自然的地方還給自然。 為維護自然生態環境、保護有限的自然源頭、提昇國民生活品質、促進各項資源之永續利用，我國已經積極的投入相關研究，不管在產、官、學等領域都已經有不錯的生態保育成就。 相關的生態工法對環境有不同程度的衝擊，如何有效的掌握生態資訊，提供設計者在從事各項治理時作各不同工法之選擇及施工時應該採取之因應措施，以設法將工程對環境的影響減到最低。 另在工程完工時，這些施工前的生態狀況有否在預計的時間內恢復到原來的生長情形，也可以作為評估該生態工法是否成功的重要指標。 本研究擬使用地理資訊系統、ER Model、資料庫、SuperObjects及Delphi等環境，開發『海岸養灘工法生態、工料及環境管理監控系統』，將安平港中各動物之物種、數量、出現時間等相關生物資源資料記錄在系統中，並針對各不同環境在進行設計時需參照的相關指標作彙整，以提供紀錄與查詢的功能，讓設計單位選用最適切工法。

4 簡介 相關養攤工法 相關工法資料(包含人工潮池、人工海灘、突堤) 。 各工法單價、施工規範、成本、工期計算、圖片等。
各工法對四周環境的衝擊。 各工法適用之生態環境。 目前第二年鎖訂在BC區內，尤其C區有人工潮池人工沙灘及突提，三個工程設施的影響不知三種設施會對底質有任何影響進而影響底棲生物及微生物從此思考 用ER Model 的觀念建立基本資料庫，包含： 生態資料庫： 底棲生物 附著生物 微生物 水質 目前國內生態工程處於試驗與推廣階段，相關單位與專家學者們所研究與蒐集的資料分散於各單位與領域，未加以整合，生態工程資訊化程度亦明顯偏低，普遍造成相關研究人員資訊取得不易之問題。 因地制宜由於生態工法之推廣，應是以本計畫將針對安平港之B區、C區發展之現況做進一步之探討，收集相關生態資料；並配合地理資訊系統（GIS），使用ER Model及資料庫進而建立『海岸養灘工法生態、工料及環境管理監控系統』。 使用Delphi及MapGuide工具，開發『海岸養灘工法生態、工料及環境管理監控系統』將上述資料建構於資料庫中。 使用Client/Server架構提供管理者做相關資料的輸入與建立 以WebBase的環境提供其他相關使用者透過Browser、InterNet及GIS環境來查詢安平港的相關資訊。 依據政策需要提供作資訊收集、儲存、分析、研究及傳播等工作及任務。 提供相關之指標供工程師在作生態工法之選擇時作參考，並蒐集、紀錄施工後各時段之生態資料，並與施工前之資料作比對，供決策者做評估工法之設計與施工成敗之參考 潮位 波力 底質 其他棲地環境條件 生物指標

5 功能需求 本『海岸養灘工法生態、工料及環境管理監控系統』的整個系統包含下列項目： 查詢作業，主要為現地、生物還有空間等資料查詢。
海岸整治案例與海岸作業估價作業，主要是在系統中，加入參考案例的資料，以及估價的基本資料。 本『海岸養灘工法生態、工料及環境管理監控系統』的整個系統包含下列項目： 建立系統基本資料架構，並能符合使用者需求。 系統開發需求中，建構八個主要群組，其為系統作業、基本作業、資料建置作業、環境調查作業、評估、查詢、海岸整治案例與海岸作業估價作業八項。 系統作業群組中，包含使用者資料維護、參數設定、印表機設定、與離開選項，此群組主要為設定系統環境。 在基本作業群組中，包含生物分類系統、棲地生物分類、工程、人員、雨港、氣象、單價分析資料以及縣市鄉鎮名稱維護，此群組主要建構生態環境的基本資料。 資料庫建置作業群組中，包括觀測環境資料，生物資訊資料建立，港灣工程等資料建構。 環境調查作業裡，除了現地調查以外，還包含氣象及海象的資料。 評估作業群組中，包含海域環境分類及海洋環境品質評估，還有生物多樣性評估3個項目。

6 系統及架構探討 系統分析： 將文獻回顧、調查結果與建議，提供本研究之系統使用者資料的需求，規劃需求所對應的資料庫實體資料表及屬性，將資料依安全性、關聯性、功能性等考量作分類，利用系統分析法訂立系統功能需求、資料庫架構。本研究資料庫建置擬以ER/Studio、InterBase來建立資料庫內定義各個實體(Entity)內欄位的屬性與型態，並設立資料庫主鍵(Primary Key)、外鍵(Foreign Key)等關聯。

7 系統及架構探討(續) 隨著資訊科技的進步，資料庫系統發展：
傳統關聯式資料庫(Relational Database)到物件導向式資料庫(Object-Oriented Database ，簡稱OODB) 物件導向式資料庫已成為資料庫管理系統的發展主流。本研究利用ER/Studio 工具建立一個ER Diagram，再按照此模型依據使用者需求畫出資料流程圖，建立一個E-R Model (Entity-Relationship Model)，定義好各資料表的欄位及各資料表間的相互關係後再建立實體的資料庫，即為實體關係資料庫(如圖)。

8 系統及架構探討(續) 在使用者建立好ER/Model後，可以使用該軟體所提供之工具，將資料庫的架構轉為一般資料庫管理系統可以讀入的Script File﹙如圖﹚ 讓Database Console讀入系統之資料表、各資料表之欄位、各欄位之屬性；以及各資料表之Primary Key及Foreign Key之關聯，以建立系統之資料庫。

9 資料庫相關資訊收集及需求 (五)、地理空間資訊
本研究整合資料庫與地理資訊系統，提供動態地圖與空間資料，以GIS的圖層觀念，作圖層之縮放、平移功能，將相關資訊整合於系統中。 (六)、環境評估資訊 本研究建置相關的評估資訊以中華民國93年12月7日環署檢字第 A 號公告自94年3月15日起實施之軟底質海域底棲生物採樣通則所公告結果處理，目前為生態專家學者廣泛使用來評估環境的方法，藉由生物的訊息透露環境的變化與影響。 (四)、人為設施資訊 為增進海岸地區防災的功能、促進港灣地區機能、改善漁獲量之增加，常依需要施作大小不等的相關工程，如設置消波塊減少海浪拍打海岸能量，生態礁（人工漁礁）之佈設，以增進魚類棲息地，在鄰近工程施作中，有可能影響到其既有的棲息環境。 而生態工程是一種與自然環境互利共生的工法，對工程所使用的設施，需建立基本的資料庫，並闡述其工程類別、材料、施工步驟、功能、適用性，優缺點、參考圖例及現況資料，以利規劃海岸工程時的參考，更可對照該工法特性改善前後是否與實施後的結果所相呼應，以及了解各項工程設施後，對環境與生態的影響程度。 (二)、自然環境資訊 海岸包含不同型態的棲息環境，包含地理、氣象、海象資訊，並針對人為設施附近受影響的區域選擇適當的採樣站，以利觀測，並定時收集採樣站的環境資料(如漁港基本資料、監測地點規劃區域之基本資料、測站位置之基本資料)、影像資料(現場狀況、當地環境之施工情形、測站狀況)、海岸型態、監測地點、涵蓋範圍、海流、潮汐等。 水質檢測則依據環保署「海域環境分類及海洋環境品質標準」與水質檢測方法總則，調查海水水質屬性(包括pH值、溶氧值、BOD、大腸桿菌群、氨氮、總磷、氰化物、酚類、礦物性油脂等41項檢測屬性)，以利資料的存放。 (一)、使用者資訊 使用者的類型： 系統管理者：主要為系統資料庫及系統的維護、管理帳戶的使用狀態、替一般使用者劃分權限(依使用者層級劃分各項作業權限為進入、修改、新增、列印、刪除、特殊。) 一般使用者：主要為相關資料的輸入記錄及資料查詢、列印。 (三)、生物資訊 人為設施的工程施作將直接或間接的改變棲地環境，嚴重的將影響當地生物的生存及發展，因此生物生活現況經常被當作環境檢測、評估污染程度的依據。 生物資訊包含動植物之生物名稱、特徵、分佈、概況、種類、數量等。以水生動物為例，包括底棲生物（以甲殼類、十足類、貝類等為主）、魚類（初級淡水魚為主）及兩生類（青蛙、蟾蜍）等，以瞭解其與環境條件之相關性，作為海岸工法治理前後之評估依據。

10 資料庫相關資訊收集及需求 因此在海岸環境與工程資訊管理系統內，應以對工程施做前後資訊、及定期追蹤即時訊息、以生物多樣性應用的指數，分別為優勢度指數(Dominace Index, C)、Shannon種歧異度指數(Shannon diversity, H’)、均勻度指數(Evenness index, J’)及種數的豐富指數(species richness index, SR)來記錄與探討環境變異狀況，可作為觀測工程施作對海岸環境影響的情形。

11 系統架構規劃與作業內容 基本作業及資料建置作業系統
本系統基本資料分為四大項目，監測環境、生物資料、港灣工程、監測人員。依各資料屬性及資訊需求，輸入相關欄位資料，以儲存建立檔案作為調查報告資料連結之基本資料庫資訊。 以下介紹本研究所完成的作業群組： 系統開發需求中，建構八個主要群組，其為系統作業、基本作業、資料建置作業、環境調查作業、評估、查詢、海岸整治案例與海岸作業估價作業。 系統作業系統 系統作業系統模組分四個頁次：除了基本的印表機與離開設定外，另外包含了使用者資料維護與參數設定。

12 系統架構規劃與作業內容 環境調查作業系統 為即時了解海岸的環境與掌握現時的狀況，學者專家、環境、工程等人員，最常採取的方式，便是經由現地探訪、監測的方法，提供第一手的現況記錄，因此，本研究在資訊系統的建置研究上，為補足探測項目的完整性，以文獻與問卷形式，為避免有缺漏項而使得紀錄程序有所窒礙，使無法符合使用者需求。 地點環境概況 監測日期 環境地點選擇 空間座標轉置圖層座標 資料編輯選單

13 系統架構規劃與作業內容 生物多樣性分析所需的四項指數值 評估測驗作業系統 水質檢驗：
豐度指數(Gleason species richness, SR) 優勢度指數(Simpson’s dominance index, C) 岐異度指數(Shannon-Weiner index,) 均勻度指數(Pielou’s evenness index,) 採用ST2-0測站0m水深處底棲生物分佈種類與密度(個體數/0.16m2)。 評估測驗作業系統 水質檢驗： 由民國93年3月水質檢測分析結果，側站ST2-0水質屬性如下表，由系統檢測則可得此側站水質分類標準，由環保署海域環境分類及海洋環境品質標準檢驗之，得結果為目前此監測所得水質並未在標準內，故顯示目前尚無此分類。 多樣性指數 資訊系統於多樣性表單作業，以漁港別、監測區域、監測站別、選擇日期範圍內，交叉查詢求得條件資料下之所有採樣生物資料，輔助使用者統整資料的訊息，求得生物多樣性分析所需的四項指數值。

14 系統架構規劃與作業內容 查詢作業系統 主要為現地調查報告、生物多樣性評估還有空間等資料查詢。 其他資訊
蒐集現有相關海岸資訊，提供資訊系統各資料的欄位與對應名稱並彙整建檔，方便使用者彙整資料相關資料到系統中，目前資訊系統提供內容，包括海流流速、歷年潮位資料、歷年影響颱風資料的建置表單，包含各屬性及影響資料，以安平港地區為案例，現有海流資料90年度11筆、歷年潮位資料(68-82年度)、歷年颱風影響資料(走向、氣壓、開始及結束日期)。

15 系統架構規劃與作業內容 另外，本研究也整理相關海岸工程案例資料彙整至系統中，提供系統使用者參考相關海岸開發實際案例的背景資料、具體成效及配置與向量圖檔等，各資料表單具備轉置書面文件功能，如下各圖所示。

16 具體成果 1.在國內一般海岸工法之規劃設計尚未充分考慮生態機能情形下，經由本年度研究成果，預期可以建構本區域指標生物分析準則，並析出重要之生物指標。另進行B-IBI分析時所需之矩陣資料，進行海岸淺灘進行生態工法施工前方案影響預測及施工中、後之環境影響評估之探討，並以此作為分析海岸淺灘生態效果之參考。 2.提供透過使用ER Model、GIS、資料庫及OO的觀念來建立生態系統的資料庫之可行性。 本計畫將收集各區域與物種的生態資料，並利用使用者的監測資料輸入與資料庫自動化管理介面，建構一完整的生態資料庫，除可提供工程的生態資料追蹤，並可提供工程初期的規劃設計，避免對基地周遭生態造成不必要的傷害，這對生態的永續經營發展將會有長久而深遠的影響與意義。下面就本計畫的預期成果與貢獻說明如下： 5.本研究之執行將可落實本校在生態方面之研究，並為學校帶來下列貢獻： 教學: 本研究所發展之生態工程環境監測系統軟體，可作為學校生態工法學科課堂之教材及提供相關學術進一部的研究之參考。 3.提供生態工程資料庫，並透過Delphi、ER Model、GIS軟體的結合應用於生態工法使用之可行性。 4.對於參與之工作人員，預期可獲得底棲生物指標建構方面之知識學習，並由資料分析學習多變量統計方法，同時學習應用底棲生物整合性指標法（Benthic Index of Biotic Integrity，B-IBI）來進行環境評估，分析過程與實地觀察學習海岸生態工法評估生態效果該等方面之訓練。 研究: a.相關生態研究可產出國內外之期刊（SCI、EI等級）及研討會論文。 b.本計劃之整合有申請國科會整合型計劃的潛力，對日後相關領域的應用有相當大的助益，提升中華大學在生態領域的研究能力。 推廣: 『海岸養灘工法生態、工料及環境管理監控系統』可幫助本校整合生態研究、MIS、GIS、Multimedia等領域在Webbase上的應用，其相關技術可能移轉給相關廠商。

17 結論 一、對相關文獻或研究報告進行彙整，整理海岸環境各方面資訊，針對可能使用本研究『海岸養灘工法生態、工料及環境管理監控系統』的潛在人員，具備生態、港灣工程、環境檢測、現場監測或曾經從事相關研究之人員進行問卷調查，經由此些專業人員對文獻資料之認可及所提供之建議，架構考量使用者導向的資料庫。 二、本研究藉由資訊管理系統的應用，可以改善海岸環境與工程方面長久以來面對蒐集資料在管理上煩雜、重複及謬誤之問題，並簡化處理資料的程序及時間，提高了資料尋找和分享之效用。 三、本研究藉由海岸環境及工程管理系統與GIS的結合，可用來搜集、儲存、分析、描述實際世界中具有地理區位特性的事物，改善文字型資料庫所無法達成的視覺化效果，也使得這些文字資料在空間中更具有效能。 四、長久以來海岸環境領域缺乏完整之資料系統，故本研究資訊管理系統的開發將有利於長期生態環境監測資料之收集，避免重複監測調查，造成研究資源的浪費，對於未來港灣開發有相當的參考價值。 本研究使用InterBase之關聯式資料庫管理系統、地理資訊系統( GIS )與ER Studio為基礎，以Borland的Delphi為主要的開發程式，建置『海岸養灘工法生態、工料及環境管理監控系統』，針對海岸相關文獻，及從事海岸環境調查、研究的專家群體做需求性調查，並藉由調查所得的建議，納入規劃系統考量，經由輸入相關安平港數據作驗證，並無出現重大疏失，表示資料庫規劃完整。本系統藉由視窗開發環境與地理資訊系統圖層展示，研究得出下列的結論與建議：

18 後續發展及建議 一、蒐集規劃施工案例之工程所在地的工程項目及單價，依據市調分析及實地訪查台南地區現有海岸工程主要材料與工資價格，作工程之單價分析作業，作為開發整治工程時，估算港灣工程費用。 二、依使用者者層級不同，可以對『海岸養灘工法生態、工料及環境管理監控系統』使用者界面進行修改或資料提供，可以提供廣大民眾來使用這套系統。 三、『海岸養灘工法生態、工料及環境管理監控系統』之建置在Client/Server環境下，如能運用網際網路的型態架構整個系統，可以提供資訊予更多的使用者需要。