河口港湾地区底泥传输过程与海洋生态系统之交互作用机制研究.pdf

行 泥 精 類 行 年年 行 立 參理 理 理 理 年 壹、壹 、前言前言 壹壹 、、前言前言 在人類文明發展史上，河口(estuary)一直扮演極重要的角色。「河口」泛指河 川與海洋交會處，河口及其周圍地區是陸地到海洋過渡地帶。Pritchard(1967)提 出的「河口」定義為目前最廣泛採用：「河口為一半封閉性的海岸水體，它可自 由與開放海洋連接；在它之內海水被內陸排出的淡水所稀釋，其稀釋的程度是可 被量測的」。上游河川挾帶大量沉積物流至下游河口地區，其流速隨河道坡度減 緩而變慢；河口地區河川淡水與海洋鹽水混合，又受潮汐、海流與風浪等海洋動 力的堆積作用，堆積在這個地區的底泥沉積物中含有大量豐富有機物，孕育形成 生產力最高、最為敏感的海岸生態環境。 河口地區是陸地與海洋的交界區域，也是陸源性污染物排放至海域的必經途 徑。有機性污染物在鹽度與上游沖刷的無機顆粒結合而形成較大型的沈積物，於 水中形成懸浮沉積物再沉降；又受到波浪潮汐作用的影響，逐漸沈積在河口地 區，造成河口地區水質的大量惡化；另一方面，颱風帶來的豐沛雨量又會將這些 累積在河口港灣地區的沈積物沖到臨接的海域而造成海域污染。黏滯性沉積物的 絮凝作用受到生物、化學及物理過程影響，其傳輸運動相當的複雜。河口地區的 底泥沉積物傳輸過程是海岸自然生態環境永續發展的至要關鍵。然而，人類行為 對海岸環境所造成的衝擊累積都將導致大自然的失調及反撲，也直接威脅人類的 生存與生活，甚而直接威脅人類之文明及經濟發展成果。 因此，在設計海岸工程之初，就應將底泥沉積物傳輸過程、生態環境知識納 入工程規劃中，並以復育及營造優質的生態系統觀念帶入工程開發之時，使得海 岸工程與自然生態能夠有效的融合，達到永續之海岸工程發展。 貳、貳 、研究目的研究目的 貳貳 、、研究目的研究目的 河口港灣地區生地化(biochemical)作用機制是相當複雜的，生態系統與河口 港灣地區的底泥沉積物進行交互反應。近年來，電腦科技的快速發展與數值模式 應用的推廣，使得河口地區沈積物與生態系統間之複雜交互作用機制可用數值方 法建立高解析度模式系統，並得以合理計算及模擬其時空變化趨勢。為了解河口 港灣地區底泥沉積物傳輸過程與生態系統間的交互作用，本研究嘗試以數值方法 探討水理與泥沙及營養鹽間的動力機制，綜和分析其與生態系統相互關係，希望 可對河口港灣地區底泥沉積物傳輸過程相關研究能有更詳盡的了解。 另一方面，河口沈積物的傳輸機制研究是目前海洋環境工程方面極具有挑戰 性的研究，各國均挹注大量的研究經費，歐美大量的研究逐漸見諸文獻，台灣在 這方面的研究則仍在起步的階段，此為本計畫的主要研究主題。因此本計畫之研 究在學術尚可趕上歐美的研究，對河口地區的海洋環境管理，港口海岸的淤積及 污染都可以做為研究的範例。 1 參、參、文獻探討文獻探討 參參、、文獻探討文獻探討 Fettweis (1996) 等人指出懸浮顆粒物質傳輸(SPM transport)及膠羽的形成與 破裂，會改變顆粒的沉降速度，懸浮沉積物的沉降速度不遵守 Stokes’ 定理，故無 法從膠羽顆粒大小直接計算懸浮濃度大小。另一方面，懸浮顆粒濃度與顆粒特性 會隨著潮汐等外力作用與季節而改變。控制膠羽顆粒大小的因素包括 (1) 紊流(turbulence) ：紊流、布朗運動及不同沈降是主要的物理機制。在紊流中， 顆粒因碰撞進行膠羽作用；紊流流速大時，會導致膠羽聚合分離；在感潮 區，膠羽作用隨時