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亞熱帶地區高山溪流溶解性有機碳的輸出量以及在全球氣候變遷下的意涵
(地理學系, 2019-11-??) 李宗祐; 李俐槿; 黃誌川; Franz Zehetnerd; Tsung-Yu Lee, Li-Chin Lee, Jr-Chuan Huang, Franz Zehetner
臺灣高山溪流在陸地輸送有機碳至海洋的過程中扮演重要的角色，但大部分的研究把重點放在顆粒性有機碳的輸出而鮮少探討溶解性有機碳的輸出。本研究以三條鄰近的臺灣高山溪流為例，計算其近十年溶解性有機碳輸出量，強調臺灣高山溪流在溶解性有機碳輸出的重要性及在全球暖化下可能的後果。結果顯示，儘管研究溪流的平均溶解性有機碳濃度（<1.0 mg L-1）排名在世界所有觀測河川的後1%，但其單面積的產出量（~30 kg ha-1 y-1）排名於前30%；溼季的平均濃度比乾季濃度高30%與溫度呈正相關，且溶解性有機碳的濃度在颱風時期達最高，最高可達平均濃度的5 倍。全年約有60%的有機碳輸出發生於溼季，但儘管每年受颱風影響的時間很短（約3%的觀測時間），颱風期間的貢獻達全年輸出量的29.5±13.8%。我們發現，高溫及颱風事件為臺灣高山溪流溶解性有機碳輸出的重要驅動力，全球暖化的影響下的增溫及增強的颱風，將提高河水中溶解性有機碳的濃度及陸地輸出溶解性有機碳至海洋的速度。
人為活動對淡水河流域溶解氮濃度空間變異之影響
(2018) 曹文蕙; Tsao, Wen-Hui
經濟合作暨發展組織發布的政策重點中敘述了水體污染的氮排放到水體的量從2000年到2050年將增加35%-46%。臺灣河川的單位面積溶解無機氮輸出居世界之冠，且主要受到人口密度的影響，但較少針對其污染來源之研究。本研究先以基隆河為例，在2017年10月24日至2018年3月27日間，于基隆地區設置36個測站，每月量測電導度及凱氏氮，探究河川流經都市對水質的影響；再以2009年7月于淡水河全流域所採集之水樣，分析其硝酸鹽之氮氧同位素之空間變異，探究河水中之污染來源。相關研究成果將可提供環境政策制訂時的參考，進一步對河川氮排放量的減少有所貢獻。結果發現基隆地區的水質項目中電導度與森林有高度負相關，卻與建築、公共遊憩等土地利用有正相關的趨勢，顯示水中離子濃度變化受到人為活動程度之影響；而在凱氏氮則與人口密度、建築、其他類土地利用在spearman等級相關係數中有相對高的相關性，基隆地區水質的空間變異無明顯趨勢，推測受到污水接管程度之影響，暗示污水接管對改善水質之影響，氮排放量計算結果發現，基隆地區以大武崙、深澳坑溪的單位面積排放量最高。淡水河流域硝酸鹽的氮氧同位素分析結果發現，河水中的硝酸鹽其可能來源主要來自於尿素氮肥、土壤氮及糞便或污水管線三種端源，當集水區人口密度高於50人/平方公里，水質有受到糞便或污水管線來源之影響，反之則主要來自於尿素氮肥或土壤氮，此結果可做為未來環境管理的參考依據。
以 HFLUX 模式模擬亞熱帶山區間歇性河段熱收支情形
(2022) 潘彥維; Pan, Yen-Wei
河道中河川水、伏流水與地下水的交互作用對河流的生物地球化學循環及間歇性流動特徵有著關鍵的影響卻鮮少被量化，而溫度作為一種良好的天然示蹤劑，可用以量化各水文通量於時空上所造成的熱收支變化。七家灣溪上游的有勝溪是櫻花鉤吻鮭域外放流的重要棲地之一，近年卻經常發生斷流現象，導致鮭魚棲地擴張受限而影響復育成效。本研究以緊鄰羅葉尾溪下游、長約1924公尺的有勝溪間歇性河段為研究對象，結合分散式溫度感測器 (fiber-optic distributed temperature sensor, FO-DTS)、河流熱收支模型 (HFLUX)、空拍機影像、氣象資料及現地調查數據，識別並量化河段中地表水與地下水（含伏流水）之間的交互作用。分析2019年06月23日至06月25日的溫度測量結果顯示有11個活躍的伏流水區域及3個地下水流入的位置；HFLUX模式並成功模擬觀測水溫，其正規化均方根誤差 (nRMSE) 僅3.12 %，模擬結果顯示中游河段有較高的入滲潛勢，而下游則是地下水主要進入的河段。綜合分析結果認為地表水與地下水的交互作用是影響間歇性流動河段其河川水溫變化的主因，並影響其斷流潛勢。本研究結果增進了對於源頭溪流的水文過程及能量收支的知識。
低衝擊開發設施的空間配置對於逕流削減之效益評估
(2019) 尹邦倫; Ying, Pang-Lun
近年來面對因全球暖化導致極端氣候事件的短延時強降雨事件頻率增加，而使得淹水事件頻傳。在現行基地保水法規的規範下，仍無法避免新建案所增加的都市雨水逕流。唯有透過低衝擊開發(Low impact development, LID)設施的設置，才得以減少都市地區面對極端氣候事件下所面臨之威脅。本研究以低衝擊開發設施中之綠屋頂為例，並以美國環境保護署(U.S.EPA)開發之暴雨管理模式(Storm Water Managenment Model,SWMM)，作為模擬分析之工具，以臺北市內湖區的環山排水分區作為研究區域，配合當地土地利用相關的背景參數設定，設計不同比例綠屋頂配置百分比（平均配置於子排水分區）之情境與不同比例下兩種空間配置（集中於上游或下游）之情境，模擬各種情境下的綠屋頂的設置對逕流與洪峰流量之削減效益。結果顯示，在78.8[mm/hr]的設計降雨下（台北市排水設計標準），10%不透水面設置綠屋頂且平均分布於子排水分區的情境可分別消減洪峰及總逕流量達5-7%及5-8%，且因此可承受降雨強度達84 [mm/hr]之事件，而不超過排水設計標準；80%不透水面設置綠屋頂且平均分布於子排水分區的情境可分別消減洪峰及總逕流量達46-55%及46-52%，且因此可承受降雨強度達118 [mm/hr]之事件。削減的程度及提升降雨強度的容受能力隨著綠屋頂所佔不透水面百分比的增加而線性增加，平均每增加10%的綠屋頂，可以分別削減6.1%及6.7%的總逕流量及洪峰流量，且因此可多承受4.4[mm/hr]的降雨。然而綠屋頂的空間配置對於削減洪峰流量的影響較為顯著，但整體逕流的削減效率不若直接增加綠屋頂配置百分比。研究結果顯示，綠屋頂能有效的降低因日益增加短延時強降雨事件下所引發之都市逕流。
利用Budyko framework評估現況與氣候變遷情境下台灣各流域水資源之變化
(2021) 邱繼成; Chiu, Chi-Cheng
在氣候變遷的壓力下，預估水資源的變化以利水資源管理顯得格外重要，流域水資源的變化可以透過了解一個流域的降雨、蒸發散與流量的變化特性及趨勢而得。因此本研究使用TCCIP所產製0.05°×0.05°網格雨量與溫度資料(1960-2017年)，以及水利署監測(1960-2017年)與台電公司紀錄(1970-2017年)的歷年流量資料作為研究資料，分析全台107個流域的雨量、流量、蒸發散量、逕流係數等因子的變化趨勢，並建立集水區年時間尺度之雨量─流量線性關係式（年流量＝a×年雨量+b），此外利用TCCIP產製至世紀末的網格雨量及溫度資料，分析在AR5的34個GCM及4個RCP情境下，各流域於Budyko空間中的移動角度與向量長度並進行集群分析。結果顯示，全臺灣各集水區年流量在空間及時間上無顯著變化趨勢，然對應流量資料之年雨量卻普遍呈上升趨勢，並導致共有21個集水區的逕流係數達顯著下降的趨勢並主要集中在北區與南區，而逕流係數顯著上升的區域則集中於中區及東區；所有集水區的雨量與流量均呈現非常好的線性關係且達到顯著，R2值大於0.7的測站數高達71個，然而有25個流域發生流量高於雨量的狀況。在氣候變遷情境下全台流域於Budyko空間的變化可歸類於三種類型：集群1的流域共11個，該類流域在未來潛在蒸發散量增加的幅度最小，但年雨量的增幅最大，推論為最有可能遭遇洪患問題之流域；集群2的流域為27個，在未來其潛在蒸發散量將大幅增加，加上年雨量減少，推論將面臨嚴重水資源不足的問題；而集群3流域數量為37個，雨量與潛在蒸發散量的變化量介於前二者之間，但雨量增加量仍小於潛在蒸發散量的增加量，可能面臨水資源降低的問題。而本研究結果預期可作為未來全台各流域水資源管理的參考依據。
利用地球化學參數瞭解有勝溪斷流河段之水源及其交互作用
(2023) 葉修豪; Yeh, Hsiu-Hao
在氣候變遷的影響下，有許多常流河開始轉變為間歇式流動，然而斷流河段中伏流水層的流動情形仍缺乏研究。有勝溪近年來頻繁發生斷流雖嚴重影響國寶魚櫻花鉤吻鮭之生存，卻提供良好的研究場域。本研究於有勝溪斷流河段河道中的7口觀測井，分別在2017年及2022年，採集月尺度的河水及井水資料，量測其pH、導電度、飽和溶氧百分比、氫氧同位素及各類地球化學參數，進而透過端源混合分析法，企圖瞭解斷流河段中地表水及地下水之水源及其交互作用的情形。研究結果顯示，斷流河段的水源主要來自上游的河水及淺層地下水，在乾年（指2022年）乾季（指10到2月）時，上游河水以伏流水的形式在斷流河段的河床中往下游流動，但無偵測到淺層地下水之訊號；乾年溼季（指3到7月）時，則同時有伏流水及淺層地下水之訊號；溼年（指2017年）不論乾季（指1到5月）或溼季（指6到11月），伏流水與淺層地下水則混合而主導了整條斷流河段的水質。本研究除了清楚地描述了有勝溪斷流河段的水文歷程，也可做為國寶魚棲地復育之科學基礎。
利用水的穩定同位素探討雪山隧道地區雨水與地下水之關聯
(2021) 楊宜臻; Yang, I-Chen
瞭解地下水對降雨事件的反應有助於瞭解地下水之傳輸，然而，較少利用長時間且連續現地觀測之雨水及地下水資料評估兩者之間的關係。本研究分析(1) 1990至2020年坪林測站歷史雨量資料、2012年5月至2020年5月坪林國小的雨水同位素資料和(2)雪山隧道導坑內2006年7月至2018年6月測量之地下水流量、2012年10月至2019年5月蒐集的地下水同位素資料以及(3)2018年10月至2020年5月於坪林一號豎井附近地下水井之地下水位及其同位素資料，以探討本區雨水－地下水之關連。研究結果顯示雨水的同位素值分布具明顯季節差異，在導坑及井等不同深度採集的地下水樣本其同位素有明顯空間差異，而所有採樣的地下水同位素值均落在區域天水線上，反映出地下水是雨水的混合。根據前述成果，本研究利用端源混合分析、水文Φ指數及同位素Φ指數評估雨水補注地下水的情形，兩種Φ指數的分析結果顯示分別有31.5% ~ 63.5%和85.2% ~ 91%的年雨量入滲。比較上述三種入滲推估方法中乾季及濕季月份雨水對地下水的相對貢獻，以端源混合分析（乾季19.1% ~ 34.1%、濕季65.9% ~ 80.9%）及同位素Φ指數（乾季20.2% ~ 37.2%、濕季62.8% ~ 79.8%）的分析結果和坪林全年雨量分布（乾季31%、濕季69%）較相似，而根據泰平及坪林氣象站雨量及坪林流量站計算的水文Φ指數則顯示相對平均且不同的貢獻度分布（乾季45.9% ~ 58.7%，濕季41.3% ~ 54.1%）。為進一步探討地下水對降雨事件的反應，首先分析了雨量和井地下水位、雨量和導坑流量的相關性，結果顯示井地下水位和導坑流量對降雨事件反應的延遲時間分別為1.5 ~ 118.8小時和6 ~ 33天，且井地下水位的變化量也和降雨量呈高度正相關。其次，運用週期性回歸分析分別對降雨和地下水中δ18O的季節性趨勢進行建模，擬合結果顯示井地下水δ18O的變化週期約1.9年，導坑地下水為1.9至3.4年，雨水δ18O變化週期則為1年，再根據地下水中δ18O振幅減少的程度計算井地下水的平均停留時間約405至993天；導坑地下水則為342至1691天。根據上述研究結果，可以觀察到雪山隧道地區地下水對降雨事件的反應特徵相當複雜，透過流量反應（井地下水位、導坑流量）及示蹤劑反應（同位素）所估算之反應時間的尺度相當不同，說明地下水傳輸包含波速(Celerity)與速度(Velocity)兩種概念。研究結果拓展我們對雪山隧道地區地表與地下水關連性的理解，並提供對研究區地下水補注機制的初步想像，期望可作為未來水資源管理的參考。
利用腦側化反轉斑馬魚探討端腦的功能
(2021) 李宗祐; Li, Zong-You
腦側化(cerebral lateralization)是指左右邊大腦半球(cerebral hemisphere)各會偏重執行(dominate)某些特定功能，為一種脊椎動物常見的現象。這種功能性的腦側化(functional lateralization)又可追溯至左右腦結構，或是特定分子於左右腦分佈的不對稱性(asymmetric)。許多文獻指出上丘腦(epithalamus)是探討斑馬魚腦部結構的不對稱(structural asymmetry)之重要標的。副松果體位於(parapineal)上丘腦中，正常情況下，該核團約有98%的機率會位於左腦中，僅少部分「腦反轉」個體(brain inversed)其副松果體會位於右腦。本計劃比較一般個體及腦反轉個體間，外顯行為及兩側端腦功能差異，結果將有助於了解斑馬魚腦結構不對稱性對，於腦功能側化的影響。目前已知功能性腦側化會體現於個體的認知(cognition)、情緒(emotion) 和學習與記憶(learning and memory)等面向。本研究利用腦側化反轉斑馬魚，探討整合結構不對稱性對情緒與認知的影響。本研究分別使用野生型(wild-type, WT)及foxd3:GFP品系的基因轉殖(transgenic, TG) 斑馬魚作為實驗對象，該TG品系斑馬魚的副松果體會表現外源性的綠色螢光蛋白(exogenic green fluorescence protein, GFP)，故可藉此判別副松果體位置，以篩選出正常(無反轉)的左側副松果體個體(left-side parapineal, Lpp)及腦反轉的右側副松果體個體(right-side parapineal, Rpp)個體。研究包括了四階段的行為實驗(behavioral experiment)，第一階段是基礎運動能力測試，用以確認各實驗動物的自發性游動(locomotor activity test)是否正常，基礎運動功能正常的個體，方能進入下一階段實驗。第二階段實驗為類焦慮行為(anxiety-like behavior)測試，本研究選用新穎性水箱測試(novel tank test)，交叉比對不同組別實驗動物的類焦慮行為表現。第三階段則為抑制性逃避學習測試(inhibitory avoidance test)，檢核腦反轉對恐懼記憶(fear memory)的建立是否有差異。第四階段則是利用腦反轉的TG斑馬魚，探討隨著腦構造反轉後，其功能性腦側化及偏重執行的外顯行為是否同樣出現反轉的現象。實驗結果顯示，腦反轉個體(Rpp)的運動功能與學習能力未受影響，但類焦慮行為明顯增加。在認知功能方面，對無反轉斑馬魚(Lpp)施以右側端腦破壞，會干擾空間及恐懼學習能力，故推測其與野生型斑馬魚相同，空間及恐懼的學習主要由右側端腦所主導，而腦反轉的斑馬魚(Rpp)則轉變為左側端腦主導。因而可推論斑馬魚的功能性腦側化將隨腦部發育反轉，而發生左右顛倒的情形。我們相信端腦功能性側化確實存在於斑馬魚的學習和記憶過程中，但該現象是來自於先天形生(innated)的神經迴路？或是後天經驗學習後(acquired)才逐步建立？仍有賴進一步探討。本研究也觀察到即使對端腦進行較小面績的破壞，但倘若破壞到較關鍵的部位，仍會對空間和恐懼學習造成顯著的損害。
利用航空攝影測量探討有勝溪河道地形變化與斷流之研究
(2023) 郭羿里; Kuo, Yi-Li
為恢復臺灣櫻花鉤吻鮭的歷史棲地，雪霸國家公園管理處自2009年開始於有勝溪上游的羅葉尾溪進行域外放流，卻因下游頻繁發生斷流，直接衝擊國寶魚的生存。為探討有勝溪部分河段發生斷流的機制，本研究利用歷史航照影像以及無人飛行載具（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）空拍影像產製出正射影像以及數值地表模型（Digital Surface Model，DSM），比較2010年至2022年間河道變遷情形，並搭配水文資料歸納出斷流的成因。結果顯示：2012年7月的大豪雨事件後使右岸的廢耕地遭受侵蝕，部分河段堆高1公尺，此後斷流頻繁發生，河道堆高導致地下水位遠離地表是斷流的主因，除此之外，本研究河段為失水河段，部分河段因側蝕加寬導致入滲量增加，則間接加劇了斷流的發生。雨量為驅動河道高程變化的主因，當最大時雨量大於47.5毫米時（大事件），則造成河道側蝕且最低點堆積；最大時雨量小於20.5毫米且有地表逕流產生時（小事件），則造成河道最低點下切。從2018年後，本研究區多為小事件造成的下切作用，然而下切程度有限，平均一年僅下切0.08公尺，至今部分河段的河道高程仍與2010年相差1公尺以上，加上每4~5年可能有大事件造成的側蝕與堆積，有勝溪在短期內似乎無法避免斷流的命運。
地形指數模式在臺灣北部山地集水區降雨逕流之模擬
(地理學系, 2007-11-??) 黃誌川; 高樹基; 郭鎮維; 李宗祐
本文所建構的3-layer TOMODEL，結合了地表逕流、中間水流以及地下水流三個部份，分別以擴散波模式、土壤含水量以及指數遞減函數推估之。敏感性分析結果顯示D（土壤深度）、K（水力傳導度）以及mi（土壤含水量遞減率）主探了模擬的水文歷線形狀以及總流量，且對於上述三種、水流有明顯的影響。本文將TOPMODEL應用了18個降雨事件於橫溪集水區當中，事件的總降雨量變異相當大（81-1026mm）。由最適參數組分析得的平均效率係數，對於用來率定的14個事件為 75.1%，對於用來驗證的4個事件為77.3%。大部分驗證事件的流量在率定事件的90%信賴區間內，此結果證明了3-layer TOPMODEL應用於本案例地區有不錯的效果。此外，不確定性分析這方面的研究應該進一步濚入以做為未來模擬結果的參考範圍，則可增加評估時的信速程度與模擬結果的應用性。
應用LOADEST評估氣候變遷情境下河川輸出溶解態有機碳之變化 ── 以翡翠水庫上游集水區為例
(2020) 陳彥樺; Chen, Yan-Hua
台灣為亞熱帶地區多高山的小島國家，過去研究顯示，台灣的高山小河川在陸域有機碳輸出至海洋的過程中扮演重要角色，大部分研究的重點著重顆粒態有機碳輸出而鮮少討論溶解態有機碳輸出的重要性，然而，單位面積溶解態有機碳的年產出量高達每公頃30公斤，全球排名前30%。故本研究以坪林集水區為例，利用過去近十年之溶解態有機碳觀測資料，透過汙染物負載量計算模式Loadest建立溶解態有機碳輸出之統計回歸模型，並進而推估5個GCM在RCP8.5氣候變遷情境下，於短期、中期一、中期二與長期，溶解態有機碳輸出之變化。研究成果顯示，氣候變遷情境下，短期、中期一、中期二與長期下，多數模式顯示，年總溶解態有機碳輸出量並無顯著變化；然而冬、春兩季溶解態有機碳輸出量有在短期、中期一、中期二與長期皆有減少，且最多可減少達30%的趨勢，長期將降低達37%；夏季則隨時間其增加在CSIRO模式下有增加趨勢。整體而言，在氣候變遷情境下，多數模式皆呈現減少之趨勢，即意味，未來，冬、春兩季水體內溶解態有機碳輸出將大幅減少，而夏、秋兩季則隨情境不同，輸出差異越大，但大抵呈現減少之趨勢。
應用環境足跡指標評估氣候變遷下臺灣農業之環境衝擊及轉作調適策略
(2023) 林冠州; Lin, Guan-Zhou
全球於氣候變遷的影響下，面臨糧食安全不足和環境生態惡化的挑戰，頻繁的極端天氣事件對農業永續發展產生負面影響。環境足跡的概念可用於協助分析氣候變遷情境下作物生產的資源利用和汙染排放對環境生態造成的壓力，並進一步分析轉作的可行性和效益。本研究利用SWAT模式及TCCIP AR5 RCP8.5 2081-2100統計降尺度的資料，模擬鳳山溪、頭前溪、烏溪和高屏溪等四個流域在現況氣候及氣候變遷下水資源、水質和作物產量的變化，並根據環境足跡的概念進行農業環境足跡指標框架之設計，運用該指標分析氣候變遷情境下各流域的水稻及經濟作物需轉作的面積以及轉作選擇。SWAT模式參數的檢定結果顯示，模式於四個流域模擬日流量、月尺度的營養鹽、輸砂和作物產量上都達到了良好的水準；未來臺灣將發生乾濕季降雨分布不均及農業用水量上升等現象，顯現出氣候變遷將對臺灣流域環境所帶來季節性的影響和衝擊；多數流域的農田於氣候變遷情境下作物產量將顯著減少，顯示出制定轉作策略及評估作物適栽性之必要性；各流域指標變化成果顯示，氣候變遷情境下水稻轉作成地瓜或大豆能以最小的轉作面積達到最大化的指標改善效益；鳳山溪及高屏溪流域另需要考量茶樹或果園之轉作才能減緩氣候變遷之威脅。減少產品生產過程中的污染排放和資源消耗為全球永續發展之趨勢，藉由各流域作物轉作面積調整及農業環境足跡之計算，對於臺灣農業環境的永續發展以及達到聯合國於2030年前訂定的永續農業發展的目標將有實質性的幫助。
應用網格化雨量資料建立臺灣各流域年尺度之雨量─流量關係
(地理學系, 2021-12-??) 邱繼成; 林冠州; 李宗祐; 王文誠; Chi-Cheng Chiu, Guan-Zhou Lin, Tsung-Yu Lee, Wen-Cheng Wang
雨量轉換成河川流量的比例決定了直接可利用水資源量，然而卻鮮少研究全面性地針對全臺灣的集水區瞭解其雨量─流量關係，河川流量是區域發展的核心資源，其量化為評估區域水資源永續利用之必要步驟。本研究利用TCCIP公告的全臺灣雨量網格資料及水利署與臺灣電力公司所提供的流量資料，選定107個集水區分析其自1960年至2017年間平均年雨量、年流量、年逕流係數、年實際蒸發散的空間分佈及歷年之變化趨勢，並建立107個集水區年時間尺度之雨量─流量線性關係式（年流量＝a × 年雨量＋b），做為河川流量水資源估計的基礎工具。結果顯示，全臺灣各集水區年流量在空間及時間上無顯著變化趨勢，然對應流量資料之年雨量卻普遍呈上升趨勢，儘管未達統計顯著卻導致共有21個集水區的逕流係數達顯著下降的趨勢並主要集中在北區與南區，而逕流係數顯著上升的區域則集中於中區及東區；所有集水區的雨量與流量均呈現非常好的線性關係且達到顯著，R2值大於0.7的測站數高達71個；集水區間a、b值的差異及實際蒸發散的估計無空間分佈特性，且有25集水區的年流量大於年雨量，其原因待查。但不管其發生的原因為何，發生的原因均持續地且系統性地影響著雨流關係，顯示良好的雨量關係式仍有很高的應用價值。
應用非點源汙染模式SWAT模擬翡翠水庫上游集水區流量及氮素之輸出與移動
(2017) 林冠州; Lin, Guan-Zhou
人為活動發展產生的非點源汙染難以了解其移動途徑而使得控制不易，其中農業活動所使用的肥料為非點源汙染的主要來源之一，翡翠上游集水區茶葉種植對水質的影響，一直是關注的焦點。本研究透過SWAT模式模擬翡翠水庫上游集水區2012年至2014年間日流量與日硝酸鹽氮之輸出量，並藉由SWAT-CUP檢定該集水區肥料施放量，進而從模式模擬之結果了解氮肥於農地移動路徑與分布，藉以評估肥料被茶樹利用之情形。SWAT模式於模擬日流量與河川日硝酸鹽氮輸出量皆達到良好的水準以上(Nash-Sutcliffe model efficiency coefficient>0.65)，各集水區肥料檢定成果落於200~420kg/ha，符合農糧署建議之施放量。本研究先探討水質採樣頻率對於硝酸鹽氮觀測值推估之影響，成果顯示九十天採樣頻率所造成的年推估誤差最大(各集水區誤差最大可達1692%)；並從氮素移動路徑分析，得出大部分集水區茶樹吸收量皆少於其輸入總量（含乾濕沉降與肥料）之60%，顯示有40%以上輸入的氮素儲存在土壤、入滲至地下水或進入河川；翡翠水庫上游集水區茶園氮素單位面積輸出量高於森林約3~7倍，茶園地表逕流氮素輸出量為森林的5~25倍，茶園側向流氮素輸出量為森林的1~8倍，茶園土壤氮素輸入量為森林的2~8倍，茶園地下水輸出量為森林2~6倍，顯示人為農地施肥對於河川與土壤將有所影響。肥料減半情境之模擬結果顯示，在收穫減少約10~20% (約60~100kg/ha之產量)之情況下，各氮素移動路徑可削減約50%之輸出量。本研究驗證了SWAT模式在臺灣集水區的適用性，未來配合經濟模式的評估，將可綜觀模擬農業策略對於集水區環境與農業產值之影響，做為集水區經營規劃的參考依據。
探討臺灣河川輸砂傳輸特性的時空變異
(2022) 陳銘; Chen, Ming
河中輸砂是了解流域地形演育的重要因子，而懸浮載（suspended load）的推估對於輸砂的估算至關重要。許多研究經常以乘冪函數（aQb）擬合河中懸浮載與流量之間的關係，並據此估計懸浮載的輸出量。本研究以全臺灣15條主要河流為對象，利用水利署於1948至2018年所觀測的懸浮載與流量數據，擬合得出乾季（11至5月）、溼季（6至10月）、一年和三年時間尺度的乘冪係數，藉以探討每條河流的乘冪係數隨時間變化的原因，並了解究竟是何種因素導致不同河流在輸砂傳輸特性（sediment transport regime）上之差異。結果發現近年來多數河川的乘冪係數有a值增加、b值減少的趨勢，臺灣輸砂行為於年內的時間分配上趨於不極端；西部河川的輸砂效率逐年降低、東部河川則逐年升高，推論受到地震空間分布影響；颱風對輸砂的影響時間集中且大量，而地震對輸砂的影響則較為長久。每條河流每季率定曲線的乘冪係數繪製於散佈圖中，會大致落於一條迴歸線上，每條迴歸線即描述該河長期平均之輸砂特性，不同時期乘冪係數與迴歸線的距離反應其短時期輸砂效率的變化，可作為瞭解不同流域間輸砂空間差異與單一流域輸砂時間變異的實用工具。
未管理廢耕農地對河川水質與河岸侵蝕之影響──以有勝溪為例
(2021) 盧奕穎; Lu, Yi-Ying
施肥是導致水質惡化的主因，因此停止農業活動被認為是改善水質的最有效方法，但是過往鮮少有研究仔細探討農地廢耕時間與河川水質變化之關連性。本研究使用了1992年至2018年間的航空照片和衛星影像數化了有勝溪沿岸農地廢耕面積的時間序列，並與逐月水質檢測結果兩相比較。結果顯示，直到2018年有勝溪流域內的農地有65%停止了農業活動，其中絕大多數的農地廢耕集中在2004年至2008年（廢耕期），佔總廢耕面積的75%。利用變異範圍法分析水質量測數據後，發現有勝溪廢耕期的氨氮濃度相比於2000年至2003年的耕作期，其高濃度發生機會增加120%，廢耕後期（2009年之後）中濃度發生的機會增加188%。另外本研究自影像資料中發現2005至2018年，有勝溪沿岸共有11%的農地面積遭遇河岸侵蝕，且以廢耕地為主，疏於管理的廢耕農地似乎更容易受到侵蝕的威脅，同時廢耕後期的總磷發生高濃度的機會也增加132%。本研究結果顯示，未管理廢耕地除短期內可能因缺乏地表敷蓋而造成肥料流入河川外，長期將遭受河岸侵蝕，除應正視廢耕地的管理外，亦表示農業活動對於河川的長遠影響。
桃竹苗地區河川中氨氮輸出與土地使用方式改變之關係
(2018) 隋和謙; Swei, He-Chian
水質安全是本世紀重要議題，其中河水之氨氮濃度與集水區內人為活動息息相關，亦是現行法規判定水質是否受到污染之依據，然而過去台灣相關研究主要探討單一流域各子集水區水質之時空變化，鮮少有整合多個流域通透之探討，因此本研究以土地利用變化甚鉅之桃竹苗地區河川為研究對象，將1995及2005年兩時期之國土利用調查資料為基礎，配合環保署自1993至2015年於該區內54個水質測站資料，探討土地使用方式改變對於河川中氨氮濃度變化之時空關係。本研究首先針對桃竹苗地區兩時期之人口密度、河水中氨氮濃度及各類土地利用進行主成分分析，結果顯示該10年內都市擴張與工業發展對水質有重要之影響；此外，透過計算1995年及2005年間各子集水區土地利用的轉移矩陣，配合群集分析中的二階段分析將54個水質測站分為高、低度開發兩組，結果顯示高度開發組26個測站集中在桃園與新竹市區等開發快速之地區，其中有19個水質測站於該十年內氨氮濃度有顯著升高之趨勢，顯示集水區水質受到人口快速增加集工業用地影響甚鉅，低度開發組28個測站則集中在苗栗及新竹郊區，其氨氮濃度呈下降趨勢。本研究計算得出各土地利用及人口氨氮輸出強度的研究結果中，1995年輸出強度以人口及建物為主，而2005年增加了工業輸出的影響，暗示工業土地使用類型的增加是造成桃園、新竹地區河川氨氮濃度增加的原因之一。
氣候及地景對臺灣集水區逕流量之影響與評估
(2024) 陳祐丞; Chen, Yu-Cheng
氣候變化以及集水區環境的變遷都會對河川逕流量產生影響，而過度的流量變動可能對水資源產生衝擊。本研究以修正後的Budyko-Fu曲線，計算臺灣各個集水區11年滑動平均之地景參數m值，並透過曲線分解法，分別去量化氣候變化和集水區地景改變對於逕流量的影響。研究結果發現，臺灣集水區雨流關係良好，但多數集水區歷年的地景參數m值有上升的趨勢，表示集水區的儲水能力隨著時間而有所提升。曲線分解法的結果，有32個集水區，氣候變化對於流量影響為正，集水區地景對於流量影響為負，其中有21個集水區整體流量變化是增加，有11個集水區整體流量變化是減少。研究中發現，歷史土地利用(包含：森林面積、農地面積或都市面積的改變)變遷並無法解釋集水區地景m值的變化趨勢。部分集水區因為流量大於雨量或流量偏低使得估計的實際蒸發散量大於潛能蒸發散量而使得地景m值無法計算，表示水文收支研究在臺灣仍具有的挑戰。過往研究中利用長期水文觀測所得之單一m值，忽略了m逐漸在增加的現象，將高估未來的臺灣地表水資源。在未來降水不確定、集水區流量變化對於降水變化更加敏感下，對於將來水資源將是個重大挑戰。
結合季長期天氣預報與標準化降雨指標建立有勝溪斷流預警系統
(2019) 許貿傑; Hsu, Mao-Chieh
近年來研究人員發現域外放流至羅葉尾溪的櫻花鉤吻鮭有向其下游的有勝溪擴張之趨勢，卻遭到有勝溪斷流事件的阻礙，羅葉尾溪成功的域外放流，卻可能因有勝溪頻繁地斷流事件而直接衝擊臺灣國寶魚棲地生態的完整性。因此，本研究欲藉由航遙測影像、雨量與流量資料之比對來探討有勝溪斷流發生機制，並結合季長期天氣預報與標準化降雨指標建立有勝溪斷流預警系統。結果顯示，有勝溪自2012年之後，河道受颱風影響從直流而成曲流的情況下，單月標準化降雨指標(SPI-1)小於0或日流量低於0.531CMS，即可能會發生斷流。因此，本研究採用中央氣象局提供季長期天氣展望資料，並配合修正後有勝溪每月雨量屬於偏高(Above)、正常(Normal)、偏低(Below)之機率分類區間的界定門檻值，依月分別輸入台北、台中與花蓮測站的季預報結果，以氣象合成模式繁衍有勝溪月雨量資料。本研究採歷史季預報預測下一個月的結果，以SPI-1小於0做為斷流預警指標，應用於推估2012年8月之後斷流事件，其準確率達57%。本研究另外發現，以IHA計算2012年前後兩時期的各項流量指標，結果並無明顯差異，顯示位在斷流處下游流量站的流量變化無法真實反映上游頻繁斷流的現象，顯示斷流河段現地觀測之必要性。