翡翠水庫藻類之模擬

藻類在水體中的生長、死亡是一個複雜的過程,受到各種自然與人為的因素影響。過去的研究顯示,藻類的生長主要受到營養鹽、日照與溫度三大要素所影響。如果水質遭到嚴重的污染,隨著時間的催化,水庫將從清澈幽深變為狹窄混濁,泥沙淤積,無機營養鹽的滯留,造成藻類大量增生繁殖,使水庫受到優養化的威脅。水庫優養現象將使水中溶氧之變動範圍增大,在低溶氧時,影響水質生態。大量的藻類生長,產生藻華,不僅引發臭味、妨礙觀瞻、影響用水安全,更是使淨水過程的成本大幅提升。本研究以HEM-3D之simplified version的水質反應項目為架構,利用FORTRAN程式語言開發零維藻類水質模式,並以含碳量作為藻類指標,作為預測水質與評估水庫上游集水區管理的重要工具。本文以翡翠水庫作為研究對象,模擬綠藻、藍綠藻、矽藻與其他藻四種藻類的生長變化,與有機碳、有機磷、正磷酸鹽、有機氮、氨氮、硝酸鹽氮、化學需氧量與溶氧八項水質項目。模式需檢定的參數多達60多種,所以採用88~91年的資料作為參數檢定,92年的資料來做驗證。研究顯示,綠藻與藍綠藻較不能反映出峰值,原因可能為兩種藻類體內細胞葉綠素a含量不能保持定值,對於快速改變的環境變化較敏感。矽藻呈現符合環境的變化週期,在溫度較低時有較多的數量,其最佳生長溫度於25˚C左右。其他藻類也有類似的趨勢存在。有機碳、有機磷、正磷酸鹽與溶氧的模擬效果良好,可以清楚反映出變化的趨勢。溶氧與眾多水質項目變化關係密切,模擬的效果符合實際的趨勢,可以印證此零維模式與實際的環境有相當類似的結果存在。雖然各種藻類皆可以一定的數量在水庫中生存,但水中實際的狀況更複雜,以簡化的零維模式較難完整反應出表水層藻類的生長變化,若考慮分層效應與水流的維度對模擬效果將有相當程度的提升。

作者:姚俊豪