自然水體水質標準與評估方法

自然水體水質標準與評估方法(Water quality assessment in natural water)
國立臺灣大學環境工程學研究所 余一心

水質是我們日常生活經常聽到的詞彙，但有沒有想過水質好壞是由什麼判定的呢？環境水體功能之健全與否，建立於持續的水質監測基礎上，監測水質可以以定量之描述得知環境水體品質，甚至提供持續之監測資料作為整治成效評估或者研究之背景資料。我們憑藉各種水質參數的互相參考比較而可以得知水體目前的狀況和擬定未來之改善方案。

圖一、自然環境水體（本文作者余一心攝）

例如 : 水庫和湖泊與河川相比，算是相對來說較為靜止、流動速度慢的自然水體，較需要注意水中因營養鹽而累積的藻類會造成優養化或者藻毒、藻臭之危害，因此監測水庫及湖泊等水體，除了需要注意代表整體藻類生長狀態的葉綠素 a，還有影響藻類增生的營養鹽之濃度等等。各種類之水體有分別訂定的水質標準和需要參考之水質參數，依水體的使用目的和來源而有所不同。

這些參數可以分別解釋其代表的意義，但有些具有相關性的參數也可以整合成為無維度的綜合指標。

一、水質參數之分類

一般來說水質參數分為三大類，微生物標準、物理性標準、以及化學性標準。

微生物標準包括大腸桿菌群 (total coliforms) 和總菌落數 (total bacterial count)，即為判別水體中是否有可能危害健康之微生物體。

而物理性標準則包括臭度 (odor)、濁度 (turbidity) 以及色度 (color)，這些參數主要顯示影響水體觀感和適飲性。

化學性標準又分成三個部分，包括影響健康之物質、可能影響健康之物質以及影響適飲性物質。

影響健康物質有砷、鉛、硒、鎘、鉻、鋇、銻、鎳、汞等元素，還有氰鹽 (CN-)、總三鹵甲烷 (trihalomethanes, THMs)、亞硝酸鹽氮 (NO₂-N) 以及一些揮發性有機物 (volatile organics) 和農藥，這些物質經研究確實會對生物體造成一定程度之危害，需要符合標準上限濃度以確保用水安全。而可能影響健康物質例如氟鹽 (F-）、銀以及硝酸鹽氮 (NO₃-N)。影響適飲性之物質則包含一些金屬元素如：鐵、錳、銅、鋅，還有一些離子如：氯鹽與硫酸鹽，還包括酚類 (Phenols)、陰離子界面活性劑 (MBAS)、氨氮 (NH₃-N)、總硬度、總溶解固體量、自由有效餘氯以及 pH 值。

二、綜合性參數介紹─卡爾森指數

我國環保署對於水庫優養化程度之評估指標是使用「卡爾森指數，Carlson trophic state index」。卡爾森指數為一種多變數指標，其中的變數包含沙奇盤透明度、葉綠素 a 以及總磷。

環境水體的透明度往往歸因於水中之浮游動植物，因此測量透明度算是一種間接粗估環境水體優養化程度的方式，而浮游植物的增長或削減與水中營養鹽濃度變化具有密切的相關性。卡爾森指數測定營養鹽之變化（總磷濃度）和相對應變化的水中浮游植物量（葉綠素a），浮游植物量直接或間接地影響到水體的透明度（沙奇盤透明度），綜合上述三個水質參數的卡爾森指標是目前作為水庫湖泊優養化程度的評估依據。以下為計算卡爾森指數的相關公式 :

$$TSI(SD)=60-14.41\ln (Secchi~disk~depth,meter)$$

$$TSI(Chl)=30.6+9.81\ln(chlorophyll~a,\mu gL^{-1})$$

$$TSI(TP)=4.15+14.42\ln(total~phosphorus,\mu gL^{-1})$$

TSI 即為卡爾森指數，三種參數分別帶入相關公式並得出個別之指標值。SD 指透明度，即沙奇盤透明度 (Secchi disc depth)，以公尺為單位；Chl (chlorophyll a) 代表葉綠素 a，TP (total phosphorus) 則為總磷濃度，兩者之單位皆為每公升水樣中含有多少微克  $$(\mu g/L)$$

$$average~TSI=\frac{TSI(SD)+TSI(Chl)+TSI(TP)}{3}$$

卡爾森指數為三項水質參數帶入所得之分別指標值平均。表一提供卡爾森指數數值和水體優養化程度的對應比較。

表一、卡爾森指數指標值與對應之水體優養程度（資料來源：全國環境水質監測資訊網）

參考文獻

1. 環境水質監測查詢｜全國環境水質監測資訊網。http://wq.epa.gov.tw/Code/?Languages
2. 飲用水水質標準｜行政院環境保護署。http://ivy5.epa.gov.tw/docfile/090040.pdf
3. Pavluk T., bij de Vaate A (2008). Trophic Index and Efficiency. Encyclopedia of Ecology, 3602–3608.