「台灣河川魚類棲地適合度之研究（1/3）」委託專業服務計畫

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1 廉潔效能便民經濟部水利署水利規劃試驗所地址 : 台中縣霧峰鄉吉峰村中正路 1340 號網址 : 總機 :(04) 傳真 :(04) 河川生物指標物種分析及其適合度曲線研究 ( 2 3) 正式報告書 / MOEAWRA 河川生物指標物種分析及其適合度曲線研究 (2/3) A Study of Biotic Indicators and Habitat Suitability Curves (2/3) 正式報告書 GPN: 定價 : 新台幣 500 元經濟部水利署水利規劃試驗所中華民國九十九年十二月

2 MOEAWRA 河川生物指標物種分析及其適合度曲線研究 (2/3) A Study of Biotic Indicators and Habitat Suitability Curves (2/3) 正式報告書中華民國九十九年十二月

3 河川生物指標物種分析及其適合度曲線研究 (2/3) A Study of Biotic Indicators and Habitat Suitability Curves (2/3) 正式報告書計畫主持人 : 何東輯研究員顧問 : 蔡住發博士協同主持人 : 李訓煌研究員兼副主任林瑞興副研究員兼組長于錫亮教授研究人員 : 莊明德副研究員周文杰副教授張世倉助理研究員葉明峰助理研究員李德旺助理研究員林桂賢助理研究員主辦單位 : 經濟部水利署水利規劃試驗所執行單位 : 農委會特有生物研究保育中心中華民國九十九年十二月

4 目錄表目錄... V 圖目錄...VI 摘要... XII ABSTRACT...XVI 結論與建議... XXII 第壹章前言... 1 一計畫緣起及目的... 1 二計畫工作項目及內容... 2 三各年度工作重點... 2 ( 一 ) 第一年工作內容... 2 ( 二 ) 第二年工作內容... 3 ( 三 ) 第三年工作內容... 3 四各年度之工作流程... 4 五本年度之工作流程... 5 第貳章計畫背景與相關研究... 6 一計畫背景... 6 二河川魚類棲地適合度之相關研究與應用... 6 ( 一 ) 國外相關研究... 6 ( 二 ) 國内相關研究... 8 三棲地適合度指數 (Habitat Suitability Index,HSI) 四河川棲地模式與應用研究 I

5 ( 一 ) 國外應用研究 ( 二 ) 國内應用研究第參章研究方法一研究河段選取二指標魚種選擇三樣區設置及指標魚種選擇四指標魚種生活史調查研究 ( 一 ) 樣本採集 ( 二 ) 樣本處理 ( 三 ) 資料分析五指標魚種水深流速等棲地適合度調查研究 ( 一 ) 單位棲地面積適合度樣格設置 ( 二 ) 矩形樣格魚類採樣及環境因子調查 ( 三 ) 指標魚種游泳能力試驗 ( 四 ) 資料分析六魚類適合度曲線應用介面建置七研究河段河川棲地模擬案例第肆章 98 年研究成果一研究河段選取與樣區設置二指標魚種選取及生活史研究三指標魚種游泳能力試驗 ( 一 ) 試驗魚採集馴養 ( 二 ) 馴養與試驗環境控制 II

6 ( 三 ) 突進泳速試驗 ( 四 ) 試驗結果四研究河段魚類適合度曲線繪製 ( 一 ) 魚類適合度曲線繪製 ( 二 ) 適合度曲線之修正 ( 三 ) 相關探討與分析五適合度曲線應用介面建置六研究河段案例模擬 ( 一 ) 昌惠橋河段案例模擬 ( 二 ) 模式驗證第伍章本年度調查分析成果一研究河段選取 ( 一 ) 研究河段之選取原則 ( 二 ) 現勘河段概況 ( 三 ) 烏溪現勘河段評估結果 ( 四 ) 調查河段樣區設置二指標魚種選取三指標魚種生活史調查研究 ( 一 ) 成長分布 ( 二 ) 棲息環境 ( 三 ) 性別比例 ( 四 ) 生殖週期 ( 五 ) 最小成熟體長之判定 ( 六 ) 攝食習性四指標魚種游泳能力試驗 III

7 五研究河段魚類適合度曲線繪製 ( 一 ) 流速適合度曲線建立 ( 二 ) 水深適合度曲線建立 ( 三 ) 底質適合度曲線建立 ( 四 ) 綜合探討與分析六適合度曲線應用介面建置 ( 一 ) 模組說明 ( 二 ) 流況歧異度 ( 三 )IBI 指數 ( 四 )River2D ( 五 ) 棲地適合度指數七研究河段案例模擬參考文獻附件一服務建議書簡報之意見整理與處理情形附件二工作執行計畫書簡報之意見整理與處理情形附件三期中報告書簡報之意見整理與處理情形附件四期末報告書簡報之意見整理與處理情形附件五美國地質調查所 (USGS) 魚類適合度曲線相關研究附件六河川棲地二維模式 (River 2D) 附件七河川適合度曲線應用介面操作介紹附件八指標魚種介紹附件九烏溪生態調查計畫 IV

8 表目錄表 2-1 河川棲地模式彙整表表 3-1 研究河段生態調查表表 4-1 頭前溪樣區間魚種分布表 4-2 清水溪 2008 年 11 月至 2009 年 10 月捕獲明潭吻鰕虎雌雄比例表 4-3 魚種最大突進泳速表 5-1 台灣中部河川生態環境調查資料彙整表表 5-2 研究河段選取評估表表 5-3 烏溪魚類資源概況表 5-4 河川底質分類標準表月各樣區底質調查分布百分比表 5-6 各樣區水質調查結果表年 4 月至 9 月烏溪台灣纓口鰍各體長數量分布表 5-8 烏溪流域台灣纓口鰍胃內含物攝食微藻組成表 5-9 IBI 積分等級表表 5-10 研究河段流量延時曲線分析所得之超越機率流量值 (CMS) 表 5-11 洪峰流量推估值表 5-12 研究河段加設丁壩前後 WUA 與流況岐異度比較表 5-13 以流速水深與底質等參數之棲地流況判定表 5-14 以福祿數之棲地流況判定表 5-15 模式驗證判定標準 V

9 圖目錄圖 2-1 明潭吻鰕虎流速適合度分布圖 2-2 中華花鰍流速適合度分布圖 2-3 明潭吻鰕虎水深適合度分布圖 2-4 中華花鰍水深適合度分布圖 2-5 明潭吻鰕虎底質適合度分布圖 2-6 中華花鰍底質適合度分布圖 3-1 研究河段矩形樣格調查示意圖圖 3-2 魚類游泳能力試驗之環形水槽循環系統圖 3-3 魚類適合度曲線應用介面示意圖圖 3-4 魚類適合度曲線應用介面主畫面示意圖圖 3-5 常流量無設丁壩時之 WUA 分布圖圖 3-6 常流量設 1 座丁壩之 WUA 分布圖圖 4-1 頭前溪流域 98 年 8 月至 99 年 2 月漁獲組成圖 4-2 浸泡於標本瓶之明潭吻鰕虎 ( 左 ), 取樣之成熟卵巢 ( 右 ) 圖 4-3 頭前溪明潭吻鰕虎體長頻度分布 ( 九月 ) 圖 4-4 頭前溪明潭吻鰕虎體長頻度分布 ( 十月 ) 圖 4-5 明潭吻鰕虎胃內動物性餌料生物殘骸圖 4-6 明潭吻鰕虎胃內植物性餌料生物殘骸圖 4-7 明潭吻鰕虎第一背鰭特徵圖 4-8 頭前溪明潭吻鰕虎標準體長與吸附抗流最高流速之關係圖 4-9 頭前溪明潭吻鰕虎流速 ( 左 ) 水深 ( 右 ) 適合度曲線圖 4-10 頭前溪頭前溪台灣石魚賓流速 ( 左 ) 水深 ( 右 ) 適合度曲線圖 4-11 頭前溪粗首鱲流速 ( 左 ) 水深 ( 右 ) 適合度曲線圖 4-12 頭前溪明潭吻鰕虎底質適合度曲線圖 4-13 頭前溪台灣石魚賓底質適合度曲線 VI

10 圖 4-14 頭前溪粗首鱲底質適合度曲線圖 4-15 頭前溪明潭吻鰕虎流速適合度修正分布圖 4-16 頭前溪明潭吻鰕虎水深適合度修正分布圖 4-17 頭前溪明潭吻鰕虎底質適合度修正分布圖 4-18 頭前溪台灣石魚賓流速適合度修正分布圖 4-19 頭前溪台灣石魚賓水深適合度修正分布圖 4-20 頭前溪台灣石魚賓底質適合度修正分布圖 4-21 頭前溪粗首鱲流速適合度修正分布圖 4-22 頭前溪粗首鱲水深適合度修正分布圖 4-23 頭前溪粗首鱲底質適合度修正分布圖 4-24 頭前溪明潭吻鰕虎與環境因子之多變量分析圖 4-25 頭前溪明潭吻鰕虎群組分析圖圖 4-26 頭前溪明潭吻鰕虎流速適合度曲線 ( 群組一 ) 圖 4-27 頭前溪明潭吻鰕虎水深適合度曲線 ( 群組一 ) 圖 4-28 頭前溪明潭吻鰕虎流速適合度曲線 ( 群組二 ) 圖 4-29 頭前溪明潭吻鰕虎水深適合度曲線 ( 群組二 ) 圖 4-30 頭前溪明潭吻鰕虎之流速棲地分布圖 4-31 頭前溪明潭吻鰕虎之水深棲地分布圖 4-32 頭前溪明潭吻鰕虎多變量棲地適合度曲線 ( 福祿數 ) 圖 4-33 河川棲地模式應用介面使用畫面圖 4-34 流況歧異度功能模組示意圖圖 4-35 查詢魚類生態習性資料示意圖圖 4-36 棲地適合度指數資料檔示意圖圖 4-37 模擬河段數值高程 ( 河道現況 ) 圖 4-38 模擬河段數值高程 ( 模擬設堰 ) 圖 4-39 台灣石魚賓加設攔河堰與否之 WUA 變化圖 VII

11 圖 4-40 明潭吻鰕虎加設攔河堰與否之 WUA 變化圖圖 4-41 模擬河段水理驗證點位示意圖圖 4-42 River 2D 模擬與實測流速趨勢圖圖 4-43 River 2D 模擬與實測水深趨勢圖圖 4-44 常流量下研究河段模擬 WUA 比與台灣石魚賓數量比較圖圖 4-45 常流量下研究河段模擬 WUA 比與明潭吻鰕虎數量比較圖圖 5-1 大安溪白布帆橋, 現地會勘實照圖 5-2 大安溪卓蘭大橋, 現地會勘實照圖 5-3 大安溪義里大橋, 現地會勘實照圖 5-4 大甲溪馬鞍壩, 現地會勘實照圖 5-5 大甲溪龍安橋, 現地會勘實照圖 5-6 大甲溪東勢大橋, 現地會勘實照圖 5-7 大安溪及大甲溪河段會勘位置示意圖圖 5-8 烏溪觀音橋, 現地會勘實照圖 5-9 烏溪福興橋, 現地會勘實照圖 5-10 烏溪大旗橋, 現地會勘實照圖 5-11 烏溪南北港溪匯流口, 現地會勘實照圖 5-12 濁水溪水里溪匯流口, 現地會勘實照圖 5-13 濁水溪集鹿大橋, 現地會勘實照圖 5-14 濁水溪清水溪 - 瑞草橋, 現地會勘實照圖 5-15 烏溪及濁水溪河段會勘位置示意圖圖 5-16 南港溪觀音橋河段魚類資源概況圖 5-17 水長流溪大旗橋河段魚類資源概況圖 5-18 北港溪福興橋河段魚類資源概況圖 5-19 南北港溪匯流河段魚類資源概況圖 5-20 烏溪流域 2010 年 4-10 月漁獲組成 VIII

12 圖 5-21 烏溪台灣纓口鰍樣本採集處理圖年 4 月至 9 月台灣纓口鰍體重與體長間關係圖圖年 4 月至 9 月台灣纓口鰍體全長與平均水深間關係圖年 4 月至 9 月台灣纓口鰍體全長與平均流速間關係圖年 4 月至 9 月間台灣纓口鰍雌魚性別比例組成百分比之月份變化圖年 4 月至 9 月間台灣纓口鰍性腺成熟指數及肥滿度分布圖年 4 月至 9 月間台灣纓口鰍雌魚成熟率與體全長之關係圖年 4 月至 9 月間台灣纓口鰍攝食食物種類平均豐度百分比之月份變化圖年 4 月至 9 月間台灣纓口鰍攝食食物種類出現頻率之月份變化圖年 4 月至 2010 年 9 月間逐月雨量平均值分布圖年 4 月至 9 月間台灣纓口鰍攝食動物性餌料生物組成百分比之月份變化圖 5-32 烏溪台灣纓口鰍體長與最大附著流速 (BL/sec) 之關係圖 5-33 烏溪台灣纓口鰍體長與最大附著流速 (M/sec) 之關係圖 5-34 烏溪明潭吻鰕虎流速適合度曲線圖 5-35 烏溪台灣纓口鰍流速適合度曲線圖 5-36 烏溪粗首鱲流速適合度曲線圖 5-37 烏溪台灣石魚賓流速適合度曲線圖 5-38 烏溪明潭吻鰕虎水深適合度曲線圖 5-39 烏溪台灣纓口鰍水深適合度曲線圖 5-40 烏溪粗首鱲水深適合度曲線 IX

13 圖 5-41 烏溪台灣石魚賓水深適合度曲線圖 5-42 烏溪明潭吻鰕虎底質適合度曲線圖 5-43 烏溪台灣纓口鰍底質適合度曲線圖 5-44 烏溪粗首鱲底質適合度曲線圖 5-45 烏溪台灣石魚賓底質適合度曲線圖 5-46 烏溪台灣纓口鰍幼魚 ( 左 ) 及成魚 ( 右 ) 流速適合度曲線圖 5-47 烏溪台灣纓口鰍幼魚 ( 左 ) 及成魚 ( 右 ) 水深適合度曲線圖 5-48 烏溪台灣纓口鰍幼魚 ( 左 ) 及成魚 ( 右 ) 底質適合度曲線圖 5-49 河川棲地模式應用介面使用畫面圖 5-50 河川棲地模式應用介面主畫面圖 5-51 流況歧異度功能模組示意圖圖 5-52 IBI 指標計算示意圖圖 5-53 魚類資料輸入介面示意圖圖 5-54 查詢魚類生態習性資料示意圖圖 5-55 River 2D 模組功能選單圖 5-56 棲地適合度指數資料檔示意圖圖 5-57 棲地適合度檔案資料示意圖圖 5-58 北港溪大旗橋模擬河段圖 5-59 北港溪大旗橋上游河段地形測量資料圖 5-60 研究河段數值高程 ( 原河道 ) 圖 5-61 研究河段數值高程 ( 右岸設 3 丁壩 ) 圖 5-62 大旗橋鄰近流量站與氣象站空間分佈示意圖圖 5-63 大旗橋上游集水區模擬示意圖圖 5-64 原河道常流量下之流速分布圖 5-65 原河道常流量下之水深分布圖 5-66 原河道常流量下台灣石魚賓之 WUA(819.76m 2 ) 分布 X

14 圖 5-67 原河道常流量下明潭吻鰕虎之 WUA( m 2 ) 分布圖 5-68 加丁壩常流量下之流速分布圖 5-69 加丁壩常流量下之水深分布圖 5-70 加丁壩常流量下台灣石魚賓之 WUA(808.30m 2 ) 分布圖 5-71 加丁壩常流量下明潭吻鰕虎之 WUA( m 2 ) 分布圖年設計流量流速分布圖年設計流量水深分布圖年設計流量下台灣石魚賓之 WUA(26.98 m 2 ) 分布圖年設計流量下明潭吻鰕虎之 WUA(61.45 m 2 ) 分布圖年設計流量加設丁壩流速分布圖年設計流量加設丁壩水深分布圖年設計流量加設丁壩下台灣石魚賓之 WUA 圖年設計流量加設丁壩下明潭吻鰕虎之 WUA 圖 5-80 不同流量加設丁壩前後台灣石魚賓之 WUA 比較圖 5-81 不同流量加設丁壩前後明潭吻鰕虎之 WUA 比較圖 5-82 加設 3 座丁壩在 2 年設計流量下福祿數分布圖 5-83 水理驗證穿越線位置示意圖圖 5-84 River 2D 模擬與實測流速趨勢圖圖 5-85 River 2D 模擬與實測水深趨勢圖圖 5-86 研究河段 WUA 與實際漁獲數量標準化值分布 XI

15 一計畫緣起及目的摘要河川工程規劃設計以往多以人為本位, 注重防洪開發與利用, 卻常忽略河川生物的生息空間, 不僅使自然棲地品質逐漸劣化消失, 亦對河川生物多樣性造成嚴重的衝擊近年來河川生態保育意識高漲, 河川生物的基本生存權與多樣性的維護, 已成為河川工程規劃設計與水資源開發利用時必須正視的重要課題, 如何留給河川生物基本生存所需的水量, 營造適合足夠的棲地環境, 將是未來河川經營管理不可忽視的一環魚類是河川生態系的上層消費者, 除其群落較為穩定個體較大易採集野外容易辨識外, 亦可反應較低階消費者或生產者之族群現況與長期河川棲地環境品質及水質污染情形, 是最常被利用的基流量評估指標物種棲地適合度指數的觀念基於魚類對棲地會有適當的選擇, 在環境適宜時族群量高, 出現的頻度亦高 ; 如環境不適宜, 其族群量及出現的頻度就降低, 故魚類對某一環境因子太高或太低均不好, 而會選擇適當量之處作為其適當棲地惟魚類棲地適合度之調查在台灣的特殊溪流環境中實非易事, 因此以往有關之調查研究與參考文獻並不多見, 河川經營管理者亦常苦於基本生物參數的闕如本研究依據魚類相關生態棲息因子進行棲地之適合環境研究, 期予廣泛應用於各研究領域中, 因此選擇台灣中部河川 ( 烏溪 ) 進行魚類微棲地及生活史調查, 瞭解指標魚種之生活史及其對水深流速等棲地環境因子之喜好情形, 並建立指標魚種棲地適合度曲線, 提供水利工程專家進行棲地改善復育時之參考二工作項及內容 ( 一 ) 台灣中部樣區設置及指標魚種選擇參考歷年河川情勢調查報告及河川生態資料庫魚類調查資 XII

16 料, 選擇台灣中部 1 條河川, 進行魚類資源現況及棲地類型調查與現勘, 依調查結果選擇指標魚種, 並於每 1 條河川選定之研究河段據以設置 20 個以上流水型態多樣性較高適合進行指標魚種微棲地調查之樣區及魚類生活史固定調查樣區各調查樣區依棲地及流況設置若干子樣區, 並依調查結果選擇指標魚種 ( 二 ) 指標魚種生活史調查研究每月於選定之樣區以電氣法由下游往上游以 Z 字形路線採集指標魚種樣本, 計數尾數及記錄外部形態, 包含測量其體全長 (TL) 體重及觀察第二性徵 ( 追星婚姻色 ) 及輕按魚之腹部觀察生殖孔有無精子或卵子出現, 並將樣本以福馬林或酒精 (95 %) 浸泡帶回實驗室將捕獲之樣本帶回以清水沖洗體表後予以解剖, 記錄其性別體全長體重及生殖腺重, 對於接近性成熟的雌性個體, 取單位重量之卵巢, 計算卵數並測量卵徑 ; 對於無法目視判別性別之生殖腺則以組織切片方式決定其性別另以清水沖洗胃內, 並將內容物加以分類分析捕獲指標魚種之平均體全長 (TL) 生殖腺指標 (G.S.I.) 及肥滿度 (C.F.) 間關係, 判斷其性別比雄雌性成熟體長繁殖旺季成長等生活史資料 ( 三 ) 指標魚種水深流速等棲地適合度調查研究調查河段設置數個矩形樣格長 3 m( 平行流向 ) 寬 1.5 m( 垂直流向 ), 自河段左岸下游以 Z 字型排列至上游右岸作為矩形樣格調查方式, 並依調查河段現況適時調整各矩形樣格魚類採集及棲地特性之調查, 建立指標魚種之棲地適合度曲線 ( 四 ) 指標魚種游泳能力試驗由於流速棲地適合度現地調查無法於流速較快之棲地進行, 本研究以人工方式模擬自然河川的流速, 探討指標魚種的突進泳速 (burst swimming speed), 作為魚類棲地流速範圍上限值的研 XIII

17 判參數, 俾使流速棲地適合度曲線之建立更臻完善, 另亦提供有關單位設計魚道及魚類棲地復育保育時之參考 ( 五 ) 研究河段魚類適合度曲線繪製本研究綜合整理指標魚種捕獲量與水深流速等棲地環境因子資料, 進行其棲地適合度的推估, 瞭解指標魚種對不同水深流速等棲地之喜好情形, 繪出棲地適合度曲線 (Habitat Suitability Curve,HSC) ( 六 ) 適合度曲線應用介面建置本計畫正在研究開發本土性之魚類適合度曲線應用介面中, 翼期使用者可由此模組直接選取指標魚種之適合度曲線生活史資料及圖片, 並輔以魚類生物指標 ( 如 IBI) 計算及河川流況歧異度分析等功能, 以聯結相關河川棲地模式 ( 如 River 2D), 俾利於規劃河川水利建造物對河川棲地品質之相關評估基準 ( 七 ) 研究河段河川棲地模擬案例利用研究河段建立之魚類適合度曲線, 置入河川棲地模式 ( 如 River 2D) 進行案例模擬, 以不同水利建造物設計案例 ( 如攔河堰丁壩或固床工等 ) 進行指標魚種之權重可用棲地面積 (WUA) 之模擬三本年度工作成果 ( 一 ) 依照研究河段之選取原則 ( 調查可行性資料長期性及授權使用性等 ) 選取台灣中部河川之烏溪作為研究河段, 並於大旗橋觀音橋及福興橋 3 處河段設置調查樣區, 於 4 月到 10 月進行指標魚種微棲地調查 ( 共完成 580 樣格 ); 綜合魚類樣區流水型態分布情形及族群數量等, 選擇鯉科魚類的台灣石魚賓粗首鱲及鰕虎科魚類的明潭吻鰕虎平鰭鰍科的台灣纓口鰍指標魚種 XIV

18 ( 二 ) 於選定之樣區採集指標魚種樣本, 共計採集 189 隻台灣纓口鰍, 採集之樣本為保持其外觀完整性並固定其內容物及臟器, 擇以 15 % 福馬林浸泡至標本瓶中帶回實驗室解剖研究其生活史, 唯因計畫期程關係, 尚無法進行完整年份分析探討 ( 三 ) 完成研究河段指標魚種適合度曲線建立 : 以 4 月到 10 月之採集資料, 分別就每一樣格魚類出現頻度, 繪出魚類適合度曲線, 並以棲息特性分別選擇樣本數較多之明潭吻鰕虎台灣石魚賓粗首鱲及台灣纓口鰍並予繪製適合度曲線 ( 四 ) 完成河川棲地模式應用介面建置及資料庫更新, 包含流況歧異度 IBI 指數 River2D 棲地適合度指數四項模組使用者僅需依指令鍵入調查發現之魚種及數量, 即可求得河川棲地評估等級, 自欄位點選取魚種即可顯現該魚類之照片及其生態習性資料在已建置之適合度指數資料庫中選取所需要的適合度指數, 進行查詢或轉成 River2D 的所需的輸入格式, 以應用於河川魚類棲地評估及演算模擬 ( 五 ) 完成大旗橋上游 250m 河段之案例模擬 : 為瞭解丁壩對河川棲地的影響, 於大旗橋上游 160 m 右岸設置 3 座不越流丁壩 ( 丁壩長 12 m 寬 2m, 丁壩間距為 22m) 模擬設置丁壩前後流速水深流況及針對指標魚種 ( 台灣石魚賓與明潭吻鰕虎 ) 在可用棲地的 WUA 之變化模擬結果顯示流量增加後河川棲地趨於單調化 ( 大多為深流 ), 造成 WUA 與流況岐異度均降低, 但加設丁壩後研究河段之 WUA 與流況岐異度 (H) 均較原研究河段為高, 顯示加設丁壩後可增加棲地之 WUA 與流況岐異度, 對指標魚種之棲地有正面助益加設丁壩所產生的緩流區可提供指標魚種於常流量棲息與高流量時避難之用 XV

19 ABSTRACT I. Project origination and purposes In the past, the river engineering planning designs are mostly based on human concerns focusing on food control, development and utilization. Neglecting river biological living area may result in natural habitat quality deterioration and disappearance. Moreover, it may further impact the river biological diversity. Recently, the river ecological conservation concept becomes important, the living right and diversity maintenance are main topics on river engineering and water resources development. How to reserve the basic flow discharge to create an appropriate and enough habitat environments will be a serious issue for river management in the future. Fish is one of the upper level of consumers in the river ecological system. The assemblage is more stable, individual is easier to capture and easier to identification on the field. It can be used to represent lower consumer and producer population, long term river habitat quality and water pollution, and biological indicator for ecological discharge. Habitat suitability index concept is based on the habitat choice from fish viewpoint. When the environment with higher suitability the frequency will be higher, in the opposite, the environment with lower suitability the frequency will be lower. Therefore, for a certain factor, fish will seek an appropriate value for residence instead of over high or over low values. However, fish habitat investigation in Taiwanese unique stream environment is difficult. There are not many related investigation researches and references. The authorities for river management are bothered by the insufficient basic biological coefficients. This study is based on the fish related ecological habitat factors to discuss the suitable environment and apply to other XVI

20 researches. Therefore, a river in midland Taiwan, Wu River, fish micro habitat and life history are investigated to realize the factors such as water depth, flow velocity, and substrate on the indicator fish. The established suitability index curve can be provided as a basis to hydraulic engineers for habitat enhancement and restoration. II. Contract items and contents (1) Establishing investigation area and indicator fish selection A representative central Taiwan river is selected based on the historical river environmental investigation reports and river ecological database. The fish resources and habitat type investigation had been implemented. The indicator fish is selected based on the above-mentioned data. There are more than 20 fixed investigation sites with highly flow pattern diversity and suitable for micro habitat investigation in the study river reach are selected. Each investigation site is 50 meters. (2) Investigation on life histories for indicator fish Electric method for fish sample collection was used by zigzag path from downstream to upstream. The collected fish numbers and external morphology are recorded including total length, body weight, and the second sexual symbols such as nuptial tubercles and nuptial coloration. The reproduction hole is examined for sperm or ovum appearance by rubbing the belly softly. The fish sample is soaked in formalin or 95% alcoholic solution and carried back to laboratory. The captured fish sample is rinsed and anatomized, the sexual distinction, total length, weight, and gonad weight is documented. For near matured female XVII

21 individuals, a unit weight of ovary is collected for measuring egg counts and diameters. For sex distinction cannot be judged by observation, the gonad is judged by tissue slice method. Moreover, the stomach interior materials is rinsed by water and sorted. The total length (TL), gonadosomatic index (G.S.I., GSI%), and condition factor (CF%) for captured fish were analyzed and used for judgment on sexual ratio, matured length for both male and female, breeding season, and life history. (3) Habitat suitability research for flow depth and velocity on indicator fish Several rectangular sampling sites are set by length 3 meters (horizon to flow direction) and width 1.5 meters (vertical to flow direction). The rectangular sampling sites are set using zigzag path from river left bank downstream to river right bank upstream. The habitat suitability indices are established by the actual study river reach condition. (4) Indicator dish swimming ability test Since the flow velocity index cannot be performed in a torrential flow habitat, an artificial environment was prepared to simulate burst swimming speed for indicator fish under natural flow velocity in the wild habitat. The simulated burst swimming speed can be used as a reference for upper flow velocity limit to complete the habitat flow velocity index. Moreover, results can be also provided to related departments for references as fishway design and fish habitat rehabilitation and conservation. (5) Habitat suitability index preparation for study reach fish XVIII

22 The capture quantity, water depth, and flow velocity habitat factors are integrated in this study to estimate the habitat suitability. The Habitat Suitability Curve (HSC) was established to describe the preference for indicator fish under different water depth and flow velocity. (6) Computer model establishment for suitability indices A computer model for native fish suitability indices is developed in this study. Hopefully, suitability indices, life data, and fish photo can be directly selected in this model. Furthermore, fish IBI calculation, flow pattern diversity analysis, and river habitat model, such as River 2D, can provide river hydraulic structure planning and basic criteria for river habitat quality evaluation. (7) Habitat scenario simulations for study river reach A river habitat model is used for case simulation such as River2D by the established fish suitability indices. The habitat weighted usable area (WUA) are simulated and calculated using different hydraulic structure designs such as diversion weir, spur dike, and ground sill. III. Major results for this year (A) Based on the study river reach selection principles for investigation probability, data history and authorization. The Wu Stream located in the central Taiwan was selected for study reach, and the Dachi Bridge, Kunayee Bridge, and Fushin Bridge of Wu Stream are selected for three representative sampling sites. From April to October, there are 580 sampling grids had been implemented indicator fish micro-habitat investigations. Integrating the flow XIX

23 pattern distribution and fish assemblage quantity, the Acrossocheilus paradoxus and Zacco pachycephalus of Family Cyprinidae, Rhinogobius candidianus of Family Gobiidae, and Crossostoma lacustre of Family Homalopteridae are selected as indicator fish. (B) There are total 189 Crossostoma lacustre were collected from the sampling sites and preserved in a 15% formalin solution to keep the exterior appearance and interior contents and organs for further anatomy in the laboratory. However, a complete year cycle cannot be reached for project period. (C) Establishing the suitability indices for indicator fish on the study river reach: based on the data from April to October, suitability indices were drew from more captured samples such as Acrossocheilus paradoxus, Zacco pachycephalus, Rhinogobius candidianus, and Crossostoma lacustre by habitat characteristics using capture frequency. (D) Finishing the River Habitat Model application interface establishment: four modules are provided including flow diversity index, IBI, River2D, habitat suitability indices. User can key in the investigated fish species and numbers, the river habitat evaluation grade can be obtained. The ecological characteristics can be also checked by selecting the fish photo and ecological data. From the suitability index database, user can select the required suitability index to generate a input file for River2D to simulate and calculate the river habitat evaluation. Completing the case simulation for upstream 250m of the Dachi Bridge: in order to understand the spur dikes impacts, three spur XX

24 dikes were set at upstream 160m of the Dachi Bridge by 12m length, 2m width, and 22m interval distance. The flow velocity and water depth are simulated for indicator fish, Acrossocheilus paradoxus and Rhinogobius candidianus, by habitat WUA variation. Results indicate that the river habitat becomes uniform by increasing discharge, most of habitats are runs. This lowered flow pattern diversity. After spur dike installation, the derived WUA and flow pattern diversity (H) are higher than original scenario. It may enhance habitat for indicator fish. The glides created by spur dikes may provide habitat for indicator fish at normal discharge and escape space at peak flow. XXI

25 結論與建議一結論 ( 一 ) 依照研究河段之選取原則 ( 調查可行性資料長期性及授權使用性等 ) 選取台灣中部河川之烏溪作為研究河段, 並於大旗橋觀音橋及福興橋等 3 處河段設置調查樣區, 於 4 月到 10 月進行指標魚種微棲地調查 ( 共完成 580 樣格 ); 綜合魚類樣區流水型態分布情形及族群數量等, 選擇鯉科魚類的台灣石魚賓粗首鱲及鰕虎科魚類的明潭吻鰕虎平鰭鰍科的台灣纓口鰍作為烏溪指標魚種與第一年度頭前溪調查之指標魚種適合度範圍比較如下 : 1. 烏溪明潭吻鰕虎最適流速為 0.8 m/sec 介於頭前溪明潭吻鰕虎的 0.4 ~ 1.4 m/sec 間, 最適水深為 0.4 m 與頭前溪明潭吻鰕虎最適水深 0.2 ~ 0.35 m 相近, 最適底質 19 cm 則較頭前溪明潭吻鰕虎之 9 cm 大 2. 烏溪粗首鱲最適流速為 0.6 ~ 0.8 m/sec 高於頭前溪粗首鱲之 0.2 ~ 0.4 m/sec, 水深 0.3 m 則介於頭前溪粗首鱲 0.1 ~ 0.4 m 間, 烏溪粗首鱲底質適合範圍為 9 ~ 19 cm 則與頭前溪粗首鱲相近 3. 烏溪及頭前溪之台灣石魚賓流速皆為 0.2 ~ 0.8 m/sec, 烏溪台灣石魚賓最適水深 0.45 m 亦與頭前溪台灣石魚賓的 0.2 ~ 0.35 m 相近, 底質適合度部份, 烏溪台灣石魚賓的 19 cm 則大於頭前溪台灣石魚賓的 4 ~ 9 cm ( 二 ) 於選定之樣區採集指標魚種樣本, 共計採集 189 隻台灣纓口鰍, 採集之樣本為保持其外觀完整性並固定其內容物及臟器, 以 10 % 福馬林浸泡至標本瓶中帶回實驗室解剖研究其生活史, 惟因計畫期程關係, 尚無法進行完整年份分析探討 XXII

26 ( 三 ) 完成研究河段指標魚種適合度曲線建立, 以 4 月到 10 月之採集資料, 分別就每一樣格魚類出現頻度, 繪出魚類適合度曲線, 並以棲息特性分別選擇樣本數較多之明潭吻鰕虎台灣石魚賓粗首鱲及台灣纓口鰍繪製其適合度曲線 ( 四 ) 完成河川棲地模式應用介面建置及資料庫更新, 包含流況歧異度 IBI 指數 River2D 棲地適合度指數等 4 項模組使用者僅需依指令鍵入調查發現之魚種及數量, 即可求得河川棲地評估等級, 自欄位點選取魚種即可顯現該魚類之照片及其生態習性資料在已建置之適合度指數資料庫中選取所需要的適合度指數, 進行查詢或轉成 River2D 的所需的輸入格式, 以應用於河川魚類棲地評估及演算模擬 ( 五 ) 完成大旗橋上游 250m 河段之案例模擬, 為瞭解丁壩對河川棲地的影響, 於大旗橋上游 160 m 右岸設置 3 座不越流丁壩 ( 丁壩長 12 m, 寬 2m, 丁壩間距為 22m) 模擬設置丁壩前後流速水深流況及針對指標魚種 ( 台灣石魚賓與明潭吻鰕虎 ) 在可用棲地的 (WUA) 之變化模擬結果顯示流量增加後河川棲地趨於單調化 ( 大多為深流 ), 造成 WUA 與流況歧異度均降低, 但加設丁壩後研究河段之 WUA 與流況歧異度均較原研究河段為高, 顯示加設丁壩後可增加棲地之 WUA 與流況歧異度, 對指標魚種之棲地有正面助益加設丁壩所產生的緩流區可提供指標魚種於常流量棲息與高流量時避難之用二建議 ( 一 ) 在國外以往已發現有多種環境因子是直接或間接地影響魚類對棲地分布的主要因素, 惟國外魚類棲地適合度之調查成果, 如運用在台灣的特殊溪流環境中實非易事, 因台灣河川多有坡陡 XXIII

27 流急腹地狹隘等環境之特性, 造成各地區河川生態棲息因子之差異很大, 參考以往有關之調查研究與文獻, 尚無法取得台灣河川具有共同的生態棲息因子, 因此本研究選擇台灣北中南各 1 條河川進行魚類微棲地及生活史調查, 瞭解指標魚種之生活史及其對水深流速等棲地環境因子之喜好情形, 以建立指標魚種棲地適合度曲線, 但是目前以北中部河川生態之相同生態棲息因子, 尚無法建立河川特性和魚類適合度曲線之關連性, 建議持續進行南部河川生態調查工作, 建立指標魚種捕獲量與水深流速等棲地環境因子資料, 進行其棲地適合度的推估, 以完成河川特性和魚類適合度曲線之關連性 ( 二 ) 本計畫為延續性生態調查計畫 ( 本年度為第二年 ), 故為研究調查資料之完整性考量, 建請貴所能同意儘早完成下年度簽訂合約相關事宜, 並配合每月進行河川生態調查之需求, 以建立完整研究調查品質與成果 XXIV

28 第壹章前言一計畫緣起及目的河川工程規劃設計以往多以人為本位, 注重防洪開發與利用, 卻常忽略河川生物的生息空間, 不僅使自然棲地品質逐漸劣化消失, 亦對河川生物多樣性造成嚴重的衝擊近年來河川生態保育意識高漲, 河川生物的基本生存權與多樣性的維護, 已成為河川工程規劃設計與水資源開發利用時必須正視的重要課題, 如何留給河川生物基本生存所需的水量, 營造適合足夠的棲地環境, 將是未來河川經營管理不可忽視的一環河川棲地模式在 80 年代逐漸發展為重要之河川管理工具河川棲地模式藉由生物對棲地環境 ( 如流速水深及底質等 ) 的適合度指數, 用來模擬不同條件時 ( 如流量及河川斷面變化 ) 水生物可利用之棲地面積 PHABSIM 模式首先廣泛應用於北美地區, 歐洲地區則在 90 年代用於作為河川復育規劃其它河川棲地模式如 RHYHABSIM EVHA 及 Meso-HABSIM 則是修改自 PHABSIM 模式發展而來 CASIMIR 模式將模糊理論建立生物適合度關係近年來發展的河川棲地二維模式則有 DIVAST 及 River 2D 等模式由於前揭模式皆將河川生物對於棲地流速水深等微棲環境因子之喜好性納入考量, 因此河川生物棲地適合度成為棲地模擬過程必要的生物參數魚類是河川生態系的上層消費者, 除其群落較為穩定個體較大易採集野外容易辨識外, 亦可反應較低階消費者或生產者之族群現況與長期河川棲地環境品質及水質污染情形, 是最常被利用的基流量評估指標物種棲地適合度指數的觀念基於魚類對棲地會有適當的選擇, 在環境適宜時族群量高, 出現的頻度亦高 ; 如環境不適宜, 其族群量及出現的頻度就降低, 故魚類對某一環境因子太高或太低均不 1

29 好, 而會選擇適當量之處作為其適當棲地基於此一觀念, 在國外以往魚類學家已觀察到多種環境因子會直接或間接地影響魚類對棲地的喜愛 (Moyle 與 Vondracek, 1985), 棲地的特質是決定魚類分布的主要因素 (Vehanen et al., 2003), 但在一條河川內多種魚類對棲地的使用是有差異的 (Yu et al., 1995; Yu and Peters, 1997), 且在美國加利福尼亞州的一條名為 Deer Creek 河川中研究, 亦顯示魚類對棲地的使用有類似的結論 (Moyle and Baltz, 1985) 惟魚類棲地適合度之調查在台灣的特殊溪流環境中實非易事, 因此以往有關之調查研究與參考文獻並不多見, 河川經營管理者亦常苦於基本生物參數的闕如本計畫擬於台灣北中南之重要河川施以魚類微棲地調查, 透過對於本土魚類在自然棲地中流速水深等微棲環境喜好情形及其生活史的瞭解, 嘗試建立指標魚種微棲生態基礎資料庫及棲地適合度曲線, 俾提供河川棲地復育改善及評估生態基流量時之參考二計畫工作項目及內容本研究依據魚類相關生態棲息因子進行棲地之適合環境研究, 期予廣泛應用於各研究領域中, 因此選擇台灣北中南各 1 條河川進行魚類微棲地及生活史調查, 瞭解指標魚種之生活史及其對水深流速等棲地環境因子之喜好情形, 並建立指標魚種棲地適合度曲線, 提供水利工程專家進行水理棲地模擬評估河川生態基流量及棲地復育改善時之參考三各年度工作重點 ( 一 ) 第一年工作內容 1. 國內外參考文獻之蒐集 2. 台灣北部河川樣區設置及指標魚種選擇 3. 指標魚種生活史調查研究 2

30 4. 指標魚種水深流速等棲地適合度調查研究 5. 研究河段河川棲地模擬案例 6. 研究調查資料彙整分析與報告撰寫 ( 二 ) 第二年工作內容 1. 國內外參考文獻之蒐集 2. 第一年度研究成果與檢討 3. 台灣中部河川樣區設置及指標魚種選擇 4. 指標魚種生活史調查研究 5. 指標魚種水深流速等棲地適合度調查研究 6. 研究河段河川棲地模擬案例 7. 研究調查資料彙整分析與報告撰寫 ( 三 ) 第三年工作內容 1. 國內外參考文獻之蒐集 2. 第一二年度研究成果與檢討 3. 台灣南部河川樣區設置及指標魚種選擇 4. 指標魚種生活史調查研究 5. 指標魚種水深流速等棲地適合度調查研究 6. 研究河段河川棲地模擬案例 7. 研究調查資料彙整分析與報告撰寫 8. 總報告彙整 3

31 四各年度之工作流程 4

32 5 五本年度之工作流程河川生物指標物種分析及其適合度曲線研究河川現勘及研究河段選取樣區設置及棲地生態調查研究國內外參考文獻之蒐集第一年度研究成果與檢討指標魚種生活史研究指標魚種棲地適合度調查棲地適合度曲線建立研究河段棲地模擬案例及應用介面建置魚類游泳能力試驗

33 第貳章計畫背景與相關研究一計畫背景本計畫擬於台灣北中南之重要河川進行魚類微棲地調查, 透過對於本土魚類在自然棲地中流速水深等微棲環境喜好情形及其生活史的瞭解, 嘗試建立指標魚種微棲生態基礎資料庫及棲地適合度曲線, 俾提供河川棲地復育改善及評估生態基流量時之參考二河川魚類棲地適合度之相關研究與應用 ( 一 ) 國外相關研究 Fretwell(1972) 研究發現魚類會選擇不同的棲地, 以增加個體對環境的適合程度, 在適宜的環境時, 其族群量高, 出現頻度亦高, 在不適宜的環境, 其族群量及出現頻度就降低, 因此魚類族群分布會受到許多環境因子的影響 Moyle and Baltz(1985) 觀察到魚類喜好會直接或間接受到許多環境因子的影響,Yu 等人 (1995) 發現水溫水深和流速的交互作用會對魚類的出現頻率產生影響 Moyle and Cech(1988) Yu and Peters(1997) 研究顯示海拔高度底質遮蓋物溶氧流量等, 也曾經被認為是影響魚類分布的重要因子 Nicolas(2007) 發現比目魚族群數量與分布受到棲地非生物因子如水深遮蔽溪流範圍和底棲無脊椎生物量的影響魚類生態學家觀察許多環境因子會影響魚類棲地喜好程度 (Moyle and Vondracek 1985), 而在同一條溪流, 不同魚類會選擇不同的棲地 (Yu et al. 1995), 在美國加州的麋鹿溪, 也曾經發現魚類會使用類似的棲地 (Moyle and Baltz 1985), 因此許多國外的研究都嘗試找出溪流魚類與棲地間的關係, 並更進一步以目標魚種或羣聚結構來描述棲地與魚類之間的關係 Benjamin(1998) 發現棲地適合度指標決定鱘魚族群的生長經由影響其死亡生 6

34 殖出生率等相關因子 Yi 等人 (2010) 使用棲地適合度模式預測水壩對鱘魚生殖影響, 發現適合度與魚類產卵品質呈正相關 Yi 等人 (2010) 使用一階棲地適合度模式預測揚子江最小放流量對 4 種鯉魚族群的影響, 建議需調整水庫放流水量以改善魚類產卵棲地的適合度 Vehanen 等人 (2003) 發現棲地型態也是影響魚類分布的主要因素, Moyle and Senanayake(1984) 及 Arlinghaus and Wolter (2003) 研究指出魚類群聚會依據不同的環境因子而選擇喜好的棲地 Liefferinge 等人 (2005) 以交叉比對探討法蘭德斯河灣的杜父魚之成魚及幼魚, 在不同季節微棲地棲息的差異,Jordan 等人 (2005) 研究指出棲地適合度曲線亦受到河川中食物豐富度多寡而改變, 故瞭解不同魚類棲地的喜好度對河川生態治理上是日益重要的魚類棲地在溪流中包括產卵覓食休息躲避等不同需求, 因此不同類型的棲地對魚類就會影響到其族群數量, 例如 : 魚類產卵棲地曾經被發現對維持魚類族群數量是重要的因子 (Nykanen and Huusko, 2002), 目前水利設施的設置及其它整治措施, 而引起溪流量的變化, 導致魚類棲地變化的研究是相關部門相當重視的議題 (Shen and Diplas, 2008), Nykanen and Huusko(2002) 在歐洲河鱒的產卵棲地研究中, 使用收集的棲地喜好資料結合文獻收集提出水流流速底質的通用型適合度曲線大型溪流魚類通常具有商業價值, 其它魚種也有垂釣休閒的功能, 因此保護魚類族群及其多樣性, 在目前就顯得更為重要尤其近幾十年來魚類面臨到跟人類各種需求競爭水資源,Moyle(1995) 指出美國加州 65% 的原生種魚類, 目前都受到水資源減少的影響而面臨滅絕的危機, 因此調查河川魚類的棲地喜好所發展的適合度指標對未來水 7

35 資源的經營管理是有其必要性游泳行為是魚類生命活動的重要方式, 如索餌洄游生殖群聚逃避敵害等行為皆離不開游泳有關魚類游泳能力之研究, 國外學者有許多論著, 如 Marshall(1965) 曾對鰕虎飛魚鮪鱒鯡等魚類體長與最大游泳速度的關係及鮪鯊鰻等魚類之游泳方式予以著墨,Yonemori(1978) 曾針對鯉魚吳郭魚鯖魚鰹魚及人工養殖的鯛科魚類加以探討 ;Freadman(1979;1981) 亦曾對鱸魚及鯖魚之游泳行為加以研究另 Nashimoto(1980; 1982) 曾對紡垂型魚類 ( 如鮪鮭鱒旗魚等 ) 尾部震動次數與游泳速度之關係作過系列的相關試驗 ;Nakamura(1994) 於所著魚道的設計一書中則提及 Katopodis(1990) 對於游泳速度與持續時間關係有深入的論述 ; 大陸學者 ( 周仕杰和何大仁,1993) 亦曾就黑鯛黃鰭鯛鯔鯉鰱等 5 種魚類幼魚游泳速度和游泳持續時間關係予以瞭解 ;Cornelius Hammer(1995) 則針對魚類的運動與疲勞現象進行一系列的探討與分析 ;Plaut (2001) 曾就不同魚類的臨界泳速進行試驗與比較 ;Koumoundouros 等人 (2002) 與 Guy Claireaux 等人 (2006) 皆曾就水溫對歐洲黑鱸游泳速度的影響進行深入研究 ; Ward 等人 (2003) 則針對高流速環境下不同魚類游泳能力與行為差異進行探討 ;Addley 等人 (2003) 以現地調查及專家討論方式建立加拿大南沙肯河 (South Saskatchewan River) 指標魚種之棲地適合度包絡曲線 ; Van den thillart 等人 (2004) Krause(2005) 等人與 Dutil 等人 (2007) 曾分別對歐洲鰻的游泳能力不同游泳能力的魚類組成的魚群大西洋鱈游泳行為表現與生理代謝之關係做深入的探討 ( 二 ) 國内相關研究李德旺等人 (1998) 研究顯示水溫深度和海拔高度被發現 8

36 是影響高身鏟頜魚在卑南溪流域分布的最重要因子, 在水深 0.4~0.5 m, 水溫 15~25, 海拔高度 200~300 m 之溪段發現高身鏟頜魚的頻度最高葉明峰等人 (2000) 使用台灣鏟頜魚進行巡航泳速測試結果發現, 鯉科及鰕虎科魚種最適流速分別為 0.2 m/sec 及 0.3 m/sec, 且當流速超過 1.2m/sec 時, 其適合度值均降為零葉明峰 (2002) 整理出台灣石魚賓對於流速及水深之適合度曲線李德旺與于錫亮 (2005) 在烏溪濁水溪針對埔里中華爬岩鰍的研究結果顯示 : 深度流速和電導度為影響埔里中華爬岩鰍族群分布最重要的環境因子, 其偏好的環境條件中最適合流速為 1.0 m/sec, 電導度為 366 μmhos, 水深為 38 cm, 底質為卵石 ( 直徑 7.7~30.5 cm) 林鎮洋等人 (2005) 研究實際測量 35 個河道斷面及邊界條件之流量和水位, 針對淵瀨潭等不同流況, 以水理參數量化定義, 將水理參數結合生態調查統計資料, 配合台灣石魚賓棲地適合度曲線, 計算結果發現不同流況之魚類棲地可用面積, 瞭解物理棲地流況對生態系統之變異性, 以利建立河川復育參數資料庫羅義碩 (2005) 於石門水庫集水區設置觀測站, 利用水中攝影觀測研究玉峰溪棲地因子及魚類出現次數, 建立其水深流速棲地適合度曲線結果顯示研究區域魚類最適合流速為 0.34 m/sec; 而最適合水深為 1.12 m 李永安 (2007) 整合大漢溪上游 93~94 年間生態調查資料, 建立其水深流速水質及底質四項棲地適合度曲線, 結果顯示大漢溪上游鯉科魚類最適水深介於 0.49~0.90 m, 而最適流速則介於 0.45~0.75 m/sec 間李訓煌等 (2007) 以電格採樣法進行魚類適合度曲線之調查與建立 ( 如圖 2-1 ~ 2-6), 結果發現 : 明潭吻鰕虎當流速為 0.6 m/sec 時出現頻度最高, 較適合的流速範圍約為 0.2~1.2 m/sec 當水深為 20 cm 時 9

37 ( ( ) ) ( ( ) ) ( ( ) ) 出現頻度明潭吻鰕虎出現頻度最高, 較適合的水深範圍約為 10~35 cm 當底質粒徑為 9 cm 時明潭吻鰕虎出現頻度最高, 較適合的底質粒徑範圍約為 9 cm~19 cm 中華花鰍流速為 0.4 m/sec 出現頻度最高, 其較適合的流速範圍為 0.2~1.0 m/sec 水深分布於水深 20cm 出現頻度最高, 適合的水深範圍為 10 ~20 cm 底質分布於 0.09~0.19 m 間出現頻度最高, 適合之底質範圍為 0.04 ~0.19 m 間余燕妮 (2006) 依台灣本島各魚類棲息之五個動物地理分區, 考量各分區中但水特有魚種之生存適合性作為各河川生態的最主要評估標準, 並整理相關魚類適合度曲線研究成果次出現 40 頻 30 度 20 次出 140 現 120 頻 100 度次呂映昇孫建平 (2010) 利用單位棲息地之電魚法進行魚類棲地喜好度研究, 知台灣間爬岩鰍高身鲴魚等不同魚種偏好不同特性之棲地 ( 湍瀨深流深潭 ), 即使同一種生命週期不同階段所需求之棲地亦不同流速 (m/sec) 水深 (m) 平均底質 (m) 出 40 現頻 30 度 20 次出 40 現頻 30 度 20 次出 140 現 120 頻 100 度次流速 (m/sec) 圖 2-1 明潭吻鰕虎流速適合度分布圖 2-2 中華花鰍流速適合度分布圖 2-3 明潭吻鰕虎水深適合度分布圖 2-4 中華花鰍水深適合度分布水深 (m) 平均底質 (m) 圖 2-5 明潭吻鰕虎底質適合度分布圖 2-6 中華花鰍底質適合度分布 10

38 國內欠缺河川魚類生活史基本研究, 直接影響到河川生態保育的進程及效果人類常利用寒帶魚類變異大之生長環境所造成在鱗片耳石等形質上之差異來判斷其年齡, 但在熱帶及亞熱帶水域則因其週遭環境水溫變化不大, 而很難從上述形質來判斷其年齡, 常由其體長組成分析其年齡組成 (Sparre et al., 1989) 又因台灣河川環境變化大, 魚類為繁衍下一代, 採以較長的繁殖季適應, 加上洄游習性未明, 致亦很難由其體全長組成來分析其年齡結構過去鯝魚 ( 台灣鏟頜魚 ) 台灣馬口魚及台灣石魚賓為台灣河川中上游優勢魚種, 其相關生活史研究探討較多, 許嘉恩 (1991) 於桶后溪研究台灣石魚賓之生殖生物學時, 指出其生殖季開始於 3 月底而結束於 10 月初,4-6 月為高峰期彭弘光與劉富光 (1991) 研究新竹縣大埔水庫集水區台灣石魚賓生物學時, 由生殖腺指標及肥滿度指數推定其產卵盛期約在 5-6 月方力行 (1989) 調查台中縣大甲溪中游的魚類相, 終年皆有稚魚紀錄張世倉等人 ( ) 於大安溪支流烏石坑溪調查時, 則在乾季 (10-3 月 ) 有較多的稚魚 (3-4cm) 因此台灣石魚賓的生殖季有地理變異許嘉恩 (1991) 指出桶后溪的台灣魚賓整年捕獲可分辨雌雄魚之性比接近 1, 月份之性別比除 12 月明顯偏向雄性及 2 月明顯偏向雌性外, 大都接近於 1 因此台灣石魚賓族群組成隨分布地點及時間變動 9 月份雌雄魚之生殖線指標 (GSI) 分別為 2.9% 和 1.5%, 這與許嘉恩 (1991) 結果相似,CF 均為 14.7% 雌雄魚達成熟時皆有追星出現, 且其排列不同分析成熟雌魚卵組成頻度, 發現成熟雌魚 (TL > 14.0cm) 卵徑從 0.07mm-2.19mm(± 0.02mm), 呈連續分布, 這說明台灣石魚賓產卵方式為多次產卵, 孕卵數為顆多次產卵可減少同次卵孵出後小魚間的競爭, 為了 11

39 適應坡度陡峭變化大的環境, 魚類延長其生殖季, 以時間換取空間的方式有利其競爭與生存 2001 年張世倉等人在濁水溪調查時發現粗首鱲其平均體全長從 2 月開始有漸增大的趨勢, 至 7 8 月達高峰, 可說明其有繁殖旺季存在, 以每月成長 1 cm 推算其中一個繁殖旺季約在月左右, 至 7 8 月時體全長為 9~11 cm,10 及 11 月體全長又有變小趨勢, 可能係受另一繁殖季的影響, 則另一繁殖高峰推測約在 4 5 月間, 惟始終都有 3 4 cm 小型魚的分布, 顯示其繁殖期很長許嘉恩 (1991) 分析台灣石魚賓分布與流速水深等棲地因子關係, 發現深水區台灣石魚賓有 81% 出現在中下層, 更有 70% 出現在下層, 認定台灣石魚賓是一種底棲性魚類流速愈快的深水區台灣石魚賓較少顏俊雄 (1993) 在哈盆溪研究台灣馬口魚的族群生態學時, 由每月卵徑頻度分布生殖腺指標及生殖腺發育狀態, 發現台灣馬口魚在哈盆溪的生殖季為 4-10 月, 生殖高峰為 4-7 月, 達性成熟的最小體長雌魚為 7.9cm, 而雄魚為 7.6cm, 雌魚長至 11.0cm 時生殖腺達到完全性成熟狀態, 體全長大於 13.0cm 時雄魚仍有 8 % 未達成熟狀態, 雌魚體形較大之個體抱卵數較多, 但卵徑並無差異 ( 成熟度相同個體 ) 詹見平 (1989) 年指出大甲溪的台灣馬口魚產卵期為 3-12 月, 產卵於溪流旁之沙中, 因此可據以認定台灣馬口魚的生殖季亦有地理變異成熟之台灣馬口魚孕卵數為顆, 比台灣石魚賓少, 但卵徑可達 3.6mm, 比台灣石魚賓大, 皆為多次產卵張士晃 (1994) 指出哈盆溪鯝魚生殖季為 1-7 月, 生殖高峰為 2-4 月過去張世倉等人 (1997,1998) 在大安溪支流烏石坑溪歷經兩年的調查, 發現鯝魚每個月皆有仔稚魚出現, 推測其在烏石 12

40 坑溪應為整年繁殖, 其產卵方式為多次產卵張士晃 (1994) 認為鯝魚雌魚無追星, 但張世倉等人 (1997,1998) 發現雌魚仍具追星, 只是其排列不同, 且不明顯張明雄 (1989) 台灣纓口鰍屬於台灣特有種, 主要分布於台灣中北部地區, 低污染且流速較高中上游水域陳義雄等人 (1999,2005) 主要以啃食石頭上附著性藻類水棲昆蟲有機碎屑及無脊椎動物為主有勝溪的台灣纓口鰍包括四個成長期 : 在靜水區活動的仔魚 ( 體全長 0.2 cm) 由靜水區進入溪流活動的幼期魚 (0.2~0.5 cm) 具有生殖能力的成魚期 (0.5~0.9 cm) 林耀松等人 (1984,1991,1987) 魚類繁殖季節通常具有地理位置上的差異, 且影響魚類生殖週期的變化包括 : 光週期水溫水深流速或餌料生物是否充足等重要環境因子曾萬年等人 (1972,1991,1991) 生殖腺指數 (GSI 值 ) 隨生殖腺之成熟增重而增大, 當生殖腺指數由最高值而降低時, 即為產卵或排精時期, 而肥滿度 (CF) 亦反映出生殖腺之成熟狀態, 當肥滿度逐漸增加至最高點後下降, 則為生殖活動之開端張明雄 (1989) 於有勝溪一年多的研究結果顯示台灣纓口鰍的繁殖季節大約在 4-7 月間殷名稱 (1998) 季節和地區的變化會造成魚類棲息環境中餌料生物數量的改變, 此外其他因子 ( 例如 : 降雨量風力溶氧光照等 ) 皆會對魚類的生長產生間接影響從許多國外的文獻及國內的研究顯示出, 魚類棲地適合度逐漸在各個不同地區被許多的研究人員所建構, 這些不同魚類的棲地適合度提出定量的資料, 因此被許多水利工程人員和生態學家應用在水資源的分配和管理上面河道中的溪流量改變, 被認為是改變魚類分布和數量的重要因素, 因為通常伴隨著溪流量的改 13

41 變會引起河中魚類棲地因子的變化, 例如 : 水深流速底質等魚類的分布和數量除了受到物理性因子的影響, 也會受到化學性因子的影響, 例如 : 水溫 PH 電導度和溶氧等, 而生物間的交互作用競爭和捕食, 也可能影響其棲地的選擇, 因此, 要發展魚類的棲地適合度必須要有長時間的資料收集取樣能涵蓋不同的時間與棲地型態, 且同時收集使用與可利用的棲地資料, 以瞭解魚類的喜好棲地, 並更進一步針對不同的魚類生長期間, 建立產卵幼魚和成魚的棲地適合度溪流中的魚類族群會受到建築水壩和河道人工化的影響, 其中缺乏足夠的產卵棲地, 被認為是族群數量下降的重要原因, 通常我們會收集不同地點魚類的出現頻率和可利用的棲地資料, 以校正在不同地點和時間收集的棲地使用資料, 這種收集資料的過程是極為消耗時間和經費, 而且需要取樣河段接近其自然狀態下, 最終目的是發展出該魚種的通用型棲地適合度, 以應用在不同的狀況下, 這些通用型棲地適合度在應用前必須要仔細評估, 以確定它們包括所有影響魚類的棲地因子及包含大量取樣的魚類棲地資料三棲地適合度指數 (Habitat Suitability Index,HSI) 棲地適合度指數是以量化方式來表示生物對其環境的反應, 以作為河川棲地品質的評估基礎此指數的基本假設是物種會選擇與使用最能滿足其生活需求的地點, 而最頻繁的使用地點出現在最高品質的棲地棲地適合度指數其應用基礎為建立某特定魚類或野生動物之棲地評估架構其數值以 0 到 1 來表示棲地適合指數的定義為 : 棲地適合指數 = 研究河段棲地狀況最適棲地狀況魚類對棲地會有適當的選擇, 在環境適宜時族群量高, 出現的頻 14

42 度亦高 ; 如環境不適宜, 其族群量及出現的頻度就降低, 故魚類對某一環境因子, 太高或太低均不喜好, 而會選擇適當量作為其適當棲地基於此一觀念, 在國外以往魚類學家已觀察到多種環境因子會直接或間接地影響魚對棲地的喜愛, 棲地的特質是決定魚類分布的主要因素 (Vehanen et al.,2003), 但在一條河川內多種魚類對棲地的使用是有差異的 (Yu et al., 1995; Yu and Peters, 1997), 且在美國加利福尼亞州的一條名為 Deer Creek 河川中研究, 亦顯示魚類對棲地的使用有類似的結論 (Moyle and Baltz, 1985) 各種魚類及野生動物都有其特別的棲地需求, 因此物種與棲地之間有密切的相關, 掌握這個相關是規劃決策, 以及檢討對棲地知識的重要依據水資源及土地的利用難免改變棲地, 此改變對棲地造成多大的衝擊, 即要做定量的棲地評估, 必須先有定量的棲地資訊美國魚類暨野生動物署以棲地評估程序為基礎, 依一致的格式發展成適合度指數 (U.S. Fish and Wildlife Service,1980), 並依物種別地域別建立棲地適合度指數美國迄今所發表的棲地適合度指數已多達 171 種 ( 其中魚類有 48 種 ), 公布於美國地質調查所 (USGS) 網站 (http: ww.nwrc.usgs.gov) 及國家濕地研究中心的數位圖書館供各界利用四河川棲地模式與應用研究河川棲地模式在 80 年代逐漸發展為重要之河川管理工具河川棲地模式藉由生物對棲地環境 ( 如流速水深及底質等 ) 的適合度指數, 用來模擬不同條件時 ( 如流量及河川斷面變化 ) 水生物可利用之棲地面積 PHABSIM 模式首先廣泛應用於北美地區, 歐洲地區則在 90 年代用於作為河川復育規劃其它河川棲地模式如 RHYHABSIM EVHA 及 Meso-HABSIM 則是修改自 PHABSIM 模式發展而來 CASIMIR 模式將模糊理論建立生物適合度關係近年來發展的河川棲地二維模式則有 DIVAST 及 River 2D 等模式 ( 如表 2-1) 15

43 表 2-1 河川棲地模式彙整表河川棲地模式 PHABSIM(Physical Habitat Simulation System) RHY-HABSIM (RHABSIM) EVHA(Habitat Evaluation Software) Meso-HABSIM (Mesohabitat Simulation Model) CASIMIR(Computer Aided Simulation Model for Instream Flow Requirements) DIVAST(Depth Integrated Velocity and Solute Transport) River 2D 開發單位美國地質調查所 (USGS,1980) 加拿大水及大氣研究所 (NIWA, 1996) 英國河川生態研究室 (LQHR,1995) 美國東北河川棲地計畫 (NEIHP,2001) 英國斯德格研究所 (Stuttgart Institute,1990) 英國格地夫大學 (Cardiff U.,1998) 加拿大亞伯他大學 (Albert U.) 及美國地質調查所註備 1D 模式修改 PHABS IM 模式修改 PHABS IM 模式修改 PHABS IM 模式模糊理論 2D 模式 2D 模式 ( 一 ) 國外應用研究 Robert 等人 (2000) 利用微型棲地與中型棲地的尺度, 進行美國維吉尼亞州羅諾克河中的多變量中型棲地的分析與微型棲地的利用探討, 共計有七種棲地組合類型關係顯著, 其中包括 :4 種流動型水域 ( 快速的急瀨區急瀨 / 深流區一般快速區淺水急瀨區 ) 以及 3 種靜止型水域 ( 深潭 / 深流區開放深潭區具有遮蔭之深潭區 ), 且可以常年觀測在魚類的科級等級而言, 底棲性與嗜流性魚類, 通常可以在不同的水域中觀察到, 因為不同的科級會有不同的棲地偏好, 因此水域型態的組合在的棲地影響分 16

44 析中, 會比單一物種的棲地需求更具有生物多樣性的觀點 Vismara 等人 (2001) 以 PHABSIM 模式在義大利的 Adda 河中對 Brown trout 的棲地適合度進行評估在此案例中,PHABSIM 以最小值法可以較容易判斷棲地大小使用多變數模式時, 則會在最低流量的狀況下受到影響在多變數模式時, 深度會造成控制條件, 而在高流量時, 流速有時會被低估, 是要注意的地方此外, 棲地面積的大小在轉折點以下為迅速增加的情形, 而在轉折點以後, 棲地的面積則會由於流速的不適性, 而造成棲地面積的減少 Azzellin and Vismara(2001) 提出運用 PQI(pool quality index) 方法針對阿爾卑斯山脈的 16 條支流, 判斷此支流的潭類變化在此研究中學者將潭類分為深潭 (pool) 淺瀨 (riffle) 渠道 (channel) 與其它等 4 種類型, 當河道斷面形狀呈現不規則狀稱之淺瀨, 當河道斷面成 V 形狀稱之深潭, 當河道斷面呈 U 形狀時稱之渠道, 當河道斷面呈規則狀稱之其它類型另將深潭類型再又細分為當流速小於 30 cm/s 與深度大於 60 cm 時為深潭, 當流速小於 30 cm/s 與深度小於 60 cm 時為中值深潭 (medium deep pools), 當流速大於 30 cm/s 與深度大於 60 cm 時再細分為緩急流與急流兩種, 並建議可採用 PQI 此方式來判斷低級序河流 (low-order stream) 中之微棲地 Jorde 等人 (2001 ) 應用模糊理論建立河川棲地模式 CASIMIR, 並將之應用於模擬與評估高山河川受水力電廠興建後對河川棲地的影響本案例應用模糊理論建立模糊集 (Fuzzy set) 生物適合度經過於實地之驗證,CASIMIR 模式確實可作為高山地區河川棲地的評估 Booker(2003) 提到在城市的河流渠道中利用一個三維的計 17

45 算流體動力 (3D-CFD) 模式來模擬水理模型, 模式模擬在高流量水理模式去計算流速來求得魚類之最大適合游速 (Maximum Sustainable Swimming Speeds,MSSS) 文中所使用的 3D-CFD 是利用三維的非矩形網格來解決紊流中 Navier-Stokes 方程式的問題, 而分別使用橫斷面與河川網格來計算 Jay Lacey and Robert(2004) 研究在加拿大卑斯省選擇一地點進行棲地復育計畫, 利用溪內構造物來增加棲地的多樣性, 以 River 2D 來加以分析增加構造物前後的不同研究中的溪內構造物主要以大型的枯木石頭組成, 在河道兩岸排列呈三角形岩石群等, 改變溪內流況增加棲地類型 Gillenwater 等人 (2006) 以一維水理模式結合地理資訊系統 (GIS), 模擬鼓眼魚在特定河段中的空間分布本模式藉由現場量測的水深流速產卵密度以驗證模式正確性, 結果顯示水深的預測非常準確, 但流速的預測則較現場量測的慢 Hudson and Grey(2005) 在紐西蘭南島北部河流懷勞河 (Wairau river), 以不同流量狀況下跟當地魚種鱒魚和無脊椎生物使用 River 2D 分析棲地狀況, 先前研究殘餘流量 (residual flows) 在 6 cms ~ 10cms, 因此研究主要著重在 5 cms ~ 10 cms Wu 等人 (2006) 在美國密西西比州 Topashaw Creek 使用 FVM-BASED CCHE2D 二維棲地模式, 模擬高中低三種流量與 1.5, 與指標物種高鼻海鰶 (Gizzard Shad) 來模擬有構造物 (Large Wood Structures,LWS) 與無構造物之 WUA 與全面適合度指標 (Overall Suitability Index,OSI) Desiree and Michael(2006) 以性質推論模式 (qualitative reasoning model,qr) 進行森林砍筏對河川棲地的影響研究, 在美國北卡羅來納州 Piedmontck 河 54 樣站進行分析, 將人類活動對 18

46 於河川底棲生物的影響建立 QR 模型研究發現森林砍筏對河川棲地及營養源的條件等產生負面影想, 減少河川棲地生態之多樣性 Jalon and Gortazar(2007) 在西班牙北部的巴斯河的上游, 評估河川改善工程構造物在不同流況下的效果, 利用 IFIM 與 River2D 二種軟體, 於指標鮭魚生長的不同階段中所需要的權重可用棲地面積 WUA 案例探討中, 以丁壩及低堰在原地形中加入此類人工構造物模擬, 模擬成果指出適應成魚的最佳流量為 10CMS 仔稚魚則為 6CMS, 在改善棲地的人工構造物配置後, 則可以增加原地形的 WUA 約 1%, 其效果並不顯著, 因此結論建議此類河段並不適合配置此類的人工構造物 Robert and David(2007) 以福祿數作為判定河川棲地種類的指標, 於美國華聖頓州 Yakima 河進行驗證比較 ; 先由河川生態專家以 GPS 記錄河川棲地流況之種類及位置, 再以二維水理模式 (SMS) 所得之水理資料進行河川棲地分布計算, 結果發現有 80% 的棲地流況資料與河川生態專家判定相同 Mouton 等人 (2007) 利用一維水理模式 (HEC-RAS) 與棲地模組 (SCASIMIR), 探討 Zwalm River( 位於德國柏林 ) 堰壩移除前後河川棲地之變化分析, 其中 SCASIMIR 棲地模組是以模糊理論 (fuzzy theory) 建立指標魚種 Bullhead 之棲地適合度指數, 可模擬指標魚種於不同生活階段之棲地需求 Kameyama 等人 (2007) 利用邏輯迴歸的方式發展出一套評估全日本的河川棲地模式, 評估模式以 GIS 為基礎, 納入淡水魚種水質建壩後的棲地破碎化地質及氣象等作為資料庫, 配合現地魚類調查, 以評估指標魚種的主要棲地因子, 並成功地預測適合的魚類棲地 19

47 Sagnes 等人 (2008) 利用大型無脊椎動物在流水生態系中扮演重要的魚類食物來源為基礎, 探討河川物理棲地中的水理條件, 以剪流速分析生物體型的大小及其棲地適合度的關係 Shen and Diplas(2008) 探討不規則河川形狀所產生之複雜流況, 例如 : 河中巨礫沈水之大型殘木拋石與丁壩等河川物體, 提供許多水生物之特殊棲地條件, 以二維及三維之流體力學演算模組, 模擬結構物鄰近區域的水理, 以作為物理性棲地的評估方法, 並提出改善生態環境管理對策的實際方法 Kennen 等人 (2008) 發展一套整合型的生態水理模式, 納入水文事件中的頻率強度延時及變率等變數, 再以主成分分析出適合的因子, 配合非介量及多重線性迴歸等統計分析, 以確認河川生態系中最重要的環境及水文變數 Fukuda and Hiramatsu(2008) 利用人工智慧的模式, 以模糊類神經網路模糊棲地適合度模式適合度等級類型等三種模式比較傳統的棲地適合度指數 (HSI), 預測日本稻米魚 (Japanese Rice Fish) 在農田水圳中的空間分布, 驗證現地資料後, 結論指出三種人工智慧模式皆較傳統的棲地適合度指數更具預測能力, 但傳統的棲地適合度指數則具有較佳的轉換能力 Alvarez 等人 (2008) 利用數值法求解淺流方程式, 並以休息區域與指標魚種上溯之合適流速作為標的, 提出豎孔式魚道之最佳設計方法 Lin 等人 (2010) 以台北縣淡水鎮與三芝鄉的大屯溪流域為研究對象, 並以日本禿頭鯊為指標魚種, 研究引用流速 / 水深分類法福祿數法針對大屯溪河段內流況進行分類, 探討其對於分類流況 ( 深潭淺瀨深流緩流 ) 的選擇性, 結合克利金法推估河段內魚類出現機率流速水深值, 量化日本禿頭鯊對於分類流況 20

48 喜好程度, 並利用地理資訊系統展示分類流況魚類出現機率在空間時間尺度上之變異結論指出日本禿頭鯊在不同季節喜好不同分類流況, 其中洄游季 ( 春季 ) 以出海口的深潭和淺瀨下游的淺瀨中上游的深流和淺瀨為主要訴求 ( 二 ) 國内應用研究謝暻椲 (2002) 則利用 HEC-RAS 與 RHABSIM 模式分析大漢溪中游武嶺橋附近建壩對於該區域之生態影響, 發現建壩對於當地生態有正面的效益, 並且當壩高為 5 m 時最佳, 同時分析單壩與雙壩在生態上的比較是以雙壩較優楊承峰 (2002) 探討河川水理條件與生物棲地之關係, 彙整國內外有關流量與棲地量化評估技術, 以烏溪上游為研究區段, 在低水流況下考慮河川地形特性, 於多槽河段利用 HEC-RAS 3.0 模式進行分流演算其以台灣特有種台灣石魚賓作為指標魚種, 使用 RHABSIM 2.2 模式進行棲地分析, 探討分流情況下流量變化對於該地魚類棲地面積等之影響結果顯示分流演算時, 在分流河段較能反應斷面地形特性研究樣區分流段經分流演算所得之魚類棲地面積與未考慮分流前之棲地面積相較下, 更能表現出實際河川魚類棲地概況最後以溪內水流增量法 (IFIM) 探討流量變化與魚類棲地面積之關係, 建議研究樣區內之生態基流量梁麗芬 (2003) 則以烏溪中上游河段為研究樣區, 利用 HEC-RAS 與 RHABSIM 模式分析將棲地型態分為 3 種與 4 種潭瀨分別探討在不同流量下所產生之棲地歧異度值, 並討論棲地歧異度超越機率流量超越機率間之關係, 以建議魚類所需流量的合理範圍介於 3cms~8cms, 並提出各種潭類的位置與發生時間, 最後發現在流量為 4cms 時其棲地歧異值為最多樣化陳正昌 (2003) 研究利用擬似二維 NETSTARS 演算模式及水 21

49 平二維 TABS-2 水理輸砂演算模式, 模擬洪氾時期蘭陽溪下游段之水理流況及床型演變, 結果指出長寬比大於 10, 則反而對於平鰭鰍科魚類有不良之影響在動床輸砂部分, 經由模式長期模擬後, 丁壩後方的緩流區底床有逐漸淤高的趨勢, 故應建立丁壩緩流區清淤計畫孫凱政 (2004) 利用一維模式 PHABSIM 評估台灣鏟頷魚台灣石魚賓川鰕虎與鯽魚在考量流速水深暴雨條件和工程前後等條件下, 棲地隨流量變異的狀況, 並且探討出何種物理因子, 更會限制生物的棲地及施工對於棲地本身所造成的影響羅義碩 (2005) 於玉峰溪旁的玉峰水位站, 設置一生態觀測站, 運用水中攝影機觀測玉峰溪之棲地情況與河川魚類的出現次數, 並配合攝影機於玉峰溪之有效攝影範圍的斷面資料, 與玉峰溪之總斷面資料關係, 建立指標魚種之棲地適合度曲線溫博文 (2005) 以烏溪為研究案例二維棲地模式 River 2D 模擬南崁溪各種流量情況下之棲地可使用面積與相同狀況下一維水理棲地模式 Rhabsim 的比較, 並討論河道中攔河堰等構造物對於棲地的影響, 以進行生態棲地的量化模擬與評估陳伸安 (2006) 為了解河川生態的效益, 因此進行生態棲地的量化模擬與評估利用二維棲地模式 River 2D 模擬桃園縣南崁溪各種流量情況下之棲地可使用面積 (WUA) 與相同狀況下一維物理棲地模式 RHABSIM 做比較, 並探討河道中攔河堰等構造物棲地的影響其結果顯示一維模式期初建構地形資料較為繁瑣, 需有完整的斷面資料或以內插斷面資料來達成較準確的模擬, 而二維模式則在模擬流量之流速水深需要時間運算, 其網格資料量越多, 則所需花費之時間與精力將耗費龐大, 但在小區域範圍也更為精準 22

50 毛振泰 (2006) 依據臺灣本島魚類棲息之 5 個動物地理分區, 以各分區中淡水特有魚種之生存適合性作為評估河川生態的標準, 制訂各分區上中下游河段之 4 種棲地適合度曲線 ( 流速水深底質及水質棲地適合度曲線 ), 並對於選定河川進行研究, 利用一維 HEC-RAS 水理計算模式 River 2D 二維棲地模式及 Arcview Autocad 圖形檔處理軟體, 最後建議採用計畫河寬計算公式之最大值 (Max 計畫河寬 ) 作為治理計畫線寬度 (Bp), 並以河川生態寬度 (Be)Be=0.1324* Bp 求取治理河段需維持自然狀態的最小寬度陳芳瑜 (2007) 以台灣之卑南溪與高屏溪為研究區域, 利用二維河川棲地模式 River 2D 為演算核心, 模擬河川流況及棲地型態之變化, 對台灣棲地環境型態做定量的描述, 並以台灣魚類地理分區為基礎, 針對卑南溪與高屏溪研究河段之台灣特有淡水魚種棲息之水域環境條件加以探討, 最後對於河川型態與棲地分布情況之關係進行分析賴進松等人 (2007) 藉由數值二維及三維模式探討河川生物通道之流場特性, 分別以固床瀑布式魚道魚骨型魚道及半圓錐型魚道為研究目標, 並以指標魚種之最大持續泳速, 探討不同尺寸配置下上溯空間與休息空間之比例林裕庭 (2008) 藉由數值二維模式探討豎孔式魚道的水理特性, 模擬不同坡度與格板間距時魚道之流速與水深的關係, 並以指標魚種之游泳能力, 探討較合適的豎孔式魚道之配置陳柏諺 (2008) 利用河川棲地二維模式來模擬河川流況, 探討河道沙洲移除前後指標魚種棲地可用面積之影響吳振欣 (2008) 使用河川棲地二維模式 (River 2D) 為演算核心, 模擬研究河段之河川流況及棲地權重可用面積 (WUA) 分布 23

51 情形, 並探討河川棲地歧異度及魚類上溯廊道之探討, 進而設計防砂壩及魚道改善方案, 透過模式模擬出最佳之河川棲地環境劉格瑋 (2008) 將生態水池分為封閉型及引水型共二種生態水池類型, 以台灣北部及東部農田水利會轄區及國家公園生態水池為調查地點, 經由現地環境及魚類相調查, 探討上游野溪及生態水池內魚類相差異結論指出調查之封閉型生態水池, 皆僅作為觀賞用途, 建議可規劃為台灣特有種及原生種魚種之復育基地引水型生態水池可作為野溪魚類棲息的過渡場所, 建議與野溪連結之出口處保持通暢, 使溪魚休憩後能順利游回溪流陳裕文 (2009) 利用可調豎孔式魚道, 分別使用兩種交錯與單側隔板, 以不同流量不同坡度不同板距的改變進行魚道試驗以河川棲地二維模式 (River 2D) 模擬其水深與流速, 經由魚道試驗結果分別以迴歸分析法及無因次式分析法, 建立豎孔式魚道設計公式, 用於計算豎孔式魚道最大之設計流速, 提供未來魚道設計及規劃之用吳宗儒 (2010) 於筏子溪研究河段進行魚類分布及微棲調查, 建立筏子溪河段河川棲地二維模式 (River 2D) 探討不同組合之綜合適合度指數 (CSI) 模擬河川棲地權重面積 (WUA) 的影響, 以指標魚種現地調查結果作為模擬優劣驗證的依據, 進而選取最佳之綜合適合度指數劉奕良 (2010) 利用日本絨螯蟹為水域生態復育的生物指標, 探討溪口下圳三種魚道的遷移以及利用 Forage ratio 指數來做日本絨螯蟹在農田水路與河川中的棲地選擇依據研究結果指出日本絨螯蟹在大屯溪下游的遷移主要是以階段式魚道為主日本絨螯蟹在農田水路或河川之中皆偏好棲息於福祿數小於 0.18 之處, 代表日本絨螯蟹適合潭型棲地日本絨螯蟹在農田水路中對底質的 24

52 選擇以砂土為主 ; 在河川中則是偏愛粒徑較大的石頭作為棲地此外, 日本絨螯蟹在混凝土渠道上無法在坡度超過 45 度的情況下爬完渠道河川棲地模式在國內外已有相關研究案例之應用成果發表, 大多為應用在魚類棲地模擬與棲地評估議題上, 其研究期程的時間與生物資料的完整性, 則差異較大例如 :Tomsic 等人 (2007) 利用綜合的生態水力模式預測拆壩後指標魚種的棲地, 引用完整的生物鏈關聯性進行探討這些研究對照國內已有的研究報告而言, 國外研究案例付出的龐大的生態調查範圍與時間, 建立可資應用的完整生物資料, 以便建立棲地分析的正確性, 惟國內研究常受限於現地調查與生物學的基礎資料, 引用或猜測棲地及生物特性, 導致模擬的正確性仍有疑慮, 這些基礎資料的問題仍有待長期的努力河川棲地模式因假設條件有其應用之限制, 如 River 2D 模式是建構在一個二維向量平均水深魚類棲地且特定應用於自然河川的模擬 River 2D 模式應用的限制, 則受限在其基本的三項假設 : 1 在垂直軸的壓力分布為靜水壓, 因此在陡坡河槽或是坡度急速變化的河段, 其精確度會降低, 當模擬河道的長度小於 10 倍的水深時或河道坡度大於 10% 時, 亦無法正確模擬 2 本模式假設在同一點位置下, 不論水深的深度, 其流速皆為定值, 因此二次流與渦流並不會加以計算 3 本模式忽略科氏力與風力的計算, 因此本模式亦不適用於大型水體, 例如 : 大型湖泊與海岸等地區 25

53 第參章研究方法一研究河段選取依據歷年河川情勢調查報告及河川生態資料庫魚類調查資料, 選擇台灣中部 1 條河川, 進行魚類資源現況及棲地類型調查與現勘, 並根據調查結果選擇指標魚種, 於選定之研究河段設置 20 個以上流水型態多樣性較高適合進行指標魚種微棲地調查之樣區及魚類生活史固定調查樣區, 每 1 樣區長 50 m 二指標魚種選擇各調查樣區依棲地及流況設置若干子樣區 ( 長 50 m 之河段, 共設置 20 處子樣區 ), 並依調查結果選擇指標魚種 Jones 及 Kaly (1996) 指出選擇指標物種, 原則分別如下 : ( 一 ) 環境壓力 : 選擇對環境中之毒性有高容忍度之種類能有更多的測試機會 ( 二 ) 豐度 : 取樣選擇以族群數量多之魚種為指標, 方足夠應付所需之樣本大小 ; 且顯著種數量之變動往往要比稀有種之變動更有意義 ( 三 ) 分布 : 廣布種可用來作為不同地區間群聚結構變化及污染程度不同之比較 ( 四 ) 穩定性 : 一般認為種在數量上的穩定, 比較符合統計分析上的要求, 且較易於比較出污染與未污染間之差別但另一方面, 選當地代表種可能比選對環境有高抵抗力與恢復力之穩定種可能更有意義 ( 五 ) 壽命 : 長壽者可以提供不同年齡群之樣本, 如魚之耳石珊瑚或貝殼之輪狀紋可經由其化學累積作用, 而測出過去一段時期環境污染之變化 ( 六 ) 棲所 : 挑選指標物種仍需了解每種魚之特性, 再看所偵測之干 26

54 擾因子為何而定 ; 有時某些種類的魚若利用棲所的型態較多樣化時, 在從事大範圍地區環境的監測反而有利 ( 七 ) 運動性 : 定棲性魚種易計數觀察, 才能保證是受到當地污染之影響, 而非由外地的污染所移入但從另一角度來看, 有時對環境污染敏感能迅速逃避或遷移出去之魚種, 反而很容易迅速地看出環境正在改變 ( 八 ) 移殖性 : 易移殖成功者可以在一已受污染, 且已無該種存在之地區作進一步之檢驗, 但有時移入者與當地天然存活之族群特性可能已有不同, 故此點仍有質疑 ( 九 ) 體長大小 : 體型大者, 易分類, 提供化驗之材料多, 操作方便但缺點是樣本數常較少, 或因其壽命長, 位於食物鏈之頂層, 故對污染之反應最慢, 不若體型小者, 對環境敏感, 較易測出三樣區設置及指標魚種選擇參考歷年河川情勢調查報告及河川生態資料庫魚類調查資料, 選擇台灣中部 1 條河川, 進行魚類資源現況及棲地類型補充調查與現勘, 依調查結果選擇指標魚種, 並於每 1 條河川選定之研究河段據以設置 20 個以上流水型態多樣性較高適合進行指標魚種微棲地調查之樣區及魚類生活史固定調查樣區, 每 1 樣區長 50 m 四指標魚種生活史調查研究 ( 一 ) 樣本採集指標物種台灣纓口鰍樣本採集, 每月進行 1 次調查, 選擇適合電格或背負式電魚器操作的棲地設置樣區, 每個月隨機捕獲 30 隻台灣纓口鰍進行編號, 測量其體全長體重及體寬, 將樣本以福馬林 (10%) 浸泡至標本瓶中帶回實驗室解剖 ( 二 ) 樣本處理經編號之台灣纓口鰍以 10% 中性福馬林溶液固定 7 天後, 於 27

55 流動式清水下沖洗 24 hr 以游標卡尺測量體全長 (± 0.1 cm) 體寬 (± 0.1 m) 及電子磅秤記錄體重 (± 0.1 g) 後進行解剖, 分別取出生殖腺和胃部秤重 (±0.01 g), 以 75% 酒精保存利後續鑑定 1. 性別鑑定 : 將生殖腺置於玻片上, 於光學顯微鏡下鑑定其性別 2. 胃內容物分析 : 將胃置於 6 cm 玻璃培養皿中, 以組織剪刀縱向剪開, 以蒸餾水將胃內含物沖出後, 於培養皿下方墊一張方格紙 ( 每格長為 1 mm), 方便估算內含物大小, 於解剖顯微鏡下以尖鑷小心分離胃內含物, 並加以分類和計數胃內藻類懸浮液, 以浮游生物計數盤 (Sedgewick-Rafter cell) 進行數量估算及藻種鑑定 ( 三 ) 資料分析 1. 體全長及體重間的關係利用統計迴歸分析求得台灣纓口鰍體長與體重之關係式 : 體重 = a 體長 2. 性別比例性別比例 (%)= 3. 生殖週期 b 體重 (g), 體長 (cm),a b 為參數雌魚尾數雌魚尾數雄魚尾數 100% (Ikejima and Shimizu, 1999) 分析不同月份間生殖腺指標 (Gonadosomatic index,gsi%) 及肥滿度 (Condition Factor,CF%), 藉以推估其繁殖季節生殖腺指標 (GSI%)= 生殖腺重量魚體重量魚體重量肥滿度 (CF%)= 3 ( 魚體全長 ) 100% (Herrera et al. 1988) % 28

56 4. 最小成熟體長之判定本研究以肉眼觀察卵巢顏色及卵粒大小來判定雌魚是否成熟, 且依據雌魚在某一體長有 50% 達成熟階段者, 則可認定其為最小性成熟體長 (Kagwade,1968 和 De Silva,1973) 由於本研究樣本數量 (N=189) 略有不足, 故以區間範圍體全長加以平均的方式, 分析該區間的雌魚是否達 50% 達成熟階段以 nonlinear regression curve Y= a/(1+exp(-(x-x0)/b)) 定義其成熟比例 (Y) 和體全長 (X) 之關係 5. 攝食習性 (1) 定性法台灣纓口鰍攝食食物種類出現頻率百分率 (percentage of frequency occurrence, F%) 分析 ( 陳智宏及郭世容 2009; 殷名稱 1998; 林宗輝 2006) F% = (2) 定量法胃內容物所含某種食物種類之魚尾數總魚尾數 100% 胃內含物中所分析的餌料生物種類以計數法 (numerical method) 計算所攝食食物種類之平均豐富度百分比 (percentage of average abundance, N%)( Hyslop 1980; 陳智宏及郭世容 2009; 林宗輝 2006) N% = 胃內容物中含某種食物種類攝食食物種類 100% 五指標魚種水深流速等棲地適合度調查研究 ( 一 ) 單位棲地面積適合度樣格設置於上述選定之每 1 樣區內在水域設置長 3 m( 平行流向 ) 寬 1.5 m( 垂直流向 ) 的矩形樣格, 於每 1 樣格內以電氣法實施魚類及環境因子調查 29

57 ( 二 ) 矩形樣格魚類採樣及環境因子調查以往國內河川生態學者進行魚類調查所採用之漁具多為以蓄電池為電源的背負式電魚器, 它具有使用方便機動性強的優點, 對於大範圍巨棲的魚類資源調查是相當不錯的方法惟若欲針對指標魚種評估其棲地需求, 則需採用方形電格魚類採樣法, 才能呈現出指標魚種捕獲之所在範圍區域水深流速底質等微棲現況, 期能在接近自然的狀態下, 獲得魚類群聚與棲地環境因子資料, 真實反映出魚類對於棲地的喜好程度, 俾提供未來評估河川生態基流量重要的生物參數然而, 矩形樣格本身以銅管作為導電材質, 並配合調查人員沿河道設置, 因此, 矩形樣格法具有下列限制性 : 1 水深限制 : 水深超過 80 cm 以上其效率降低, 水深 150 cm 以上即無法操作 2 流速限制 : 銅管設置需配合重物固定, 因此若水深 80 cm 以上, 流速超過 1.5 m/sec 時, 操作上極具難度 3 導電材質限制 : 為提高導電效率, 故選擇銅質管柱作為導電材質, 其材質軟具可塑性, 缺點為毀損率較高 4 無法明確指出電格中魚類棲息位置 5 矩形樣格長 3 m 寬 1.5 m, 對於底質粒徑超過 100 cm 之大漂石, 易產生矩形樣格設置難度及底質紀錄之限制調查河段設置數個矩形樣格長 3 m( 平行流向 ) 寬 1.5 m( 垂直流向 ), 自河段左岸下游以 Z 字型排列至上游右岸 ( 如圖 3-1) 作為矩形樣格調查方式, 並依調查河段現況適時調整各矩形樣格魚類採集及棲地特性 ( 水質底質 ) 之調查在樣區水域內所選定的每 1 矩形樣格河床上, 順沿樣格兩邊各敷設 3 m 長的 5 分銅管, 下游端各以絕緣銅線連接至岸上之電 30

58 源供應器 (I/O,12V-7AH/1000W-110V), 使放電時形成長 3 m 寬 1.5 m 的方形電場 ( 經預備試驗證實, 在一般溪流裡 450W/110V 的交流電通電瞬間即足以使矩形樣格內的魚暈厥, 暫時喪失逃逸能力 ) 完成矩形樣格敷設後儘量避免人為干擾, 每一樣格經 11min 以上 (Mark et al. 1985) 的靜置時間待其恢復常態, 再由 1 人於岸上控制電源供應器穩定輸出 30 sec 110V 的交流電, 另 2~3 人同時手持大型手操網立於矩形樣格下游處將樣格中或順流而下的漁獲撈起待 30 sec 過後結束放電, 立刻蒐齊漁獲鑑定魚種測量體長體重或體高並予以記錄, 隨即將漁獲釋放回原溪段, 儘量減少對當地魚類群聚之衝擊魚類鑑定分類係參考 1999 年國立海洋生物博物館籌備處出版之台灣淡水及河口魚類誌圖 3-1 研究河段矩形樣格調查示意圖 31

59 完成魚類採樣後, 於矩形樣格內測量 4 個角落及中心點的流速及水深, 以其平均值代表樣格之平均流速及平均水深, 另並依據 Platts et al.(1983) 之分類標準記錄樣格內的底質組成概況樣區部分則實施穿越線法測量河寬流速水深, 並記錄水溫溶氧量導電度及 ph 值等環境因子每年完成 400 個樣格魚類採樣及環境因子調查詳如表 3-1 研究河段生態調查表表 3-1 研究河段生態調查表調查項目調查樣區調查頻度調查方法備註於觀音橋福興橋大以電格法進調查日期旗橋及南北行樣區指標棲地適合度視每月氣港溪匯流口每月進行 1 次魚種調查, 共調查候及河川樣區共設置計完成 400 格狀況而定 20 個子樣電格數區於觀音橋福興橋大以電格法進行並輔以背調查日期指標魚種生旗橋及南北負式電魚視每月氣每月進行 1 次活史調查港溪匯流口器, 進行指標候及河川樣區進行採樣魚種採集每月 30 隻狀況而定 32

60 ( 三 ) 指標魚種游泳能力試驗由於流速棲地適合度現地調查無法於流速較快之棲地進行, 本研究以人工方式模擬自然河川的流速, 探討指標魚種的突進泳速 (burst swimming speed), 作為魚類棲地流速範圍上限值的研判參數, 俾使流速棲地適合度曲線之建立更臻完善, 另亦提供有關單位設計魚道及魚類棲地復育保育時之參考 1 試驗魚採集馴養於烏溪流域國姓附近溪段採集不同體長的試驗對象魚種台灣纓口鰍, 所使用之漁具以儘量不傷害魚體之網具籠具等為主, 釣具電氣設備為輔採集後攜回實驗室養殖水槽, 以人工方式控制水溫光照溶氧等環境因子加以馴養, 至試驗魚適應環境並開始正常進食後始進行試驗 2 馴養與試驗環境控制 (1) 水溫 : 於環形水槽循環系統中加設水溫調節水槽, 以冷卻加熱系統 ( 大型石英管壓縮機恆溫控制器等設備 ) 控制養殖水槽水溫並平衡變速馬達發熱導致環形水槽的水溫升高, 使馴養試驗休息等過程水溫維持一致 ( 約 24 ) (2) 光照 : 以太陽燈管定時器模擬自然晝夜變化, 以人工方式控制養殖水槽及環形水槽觀察部光照時間 (on/off,12h/12h), 避免外界光線變化導致試驗結果之變異 (3) 溶氧 : 以打氣幫浦控制養殖水槽及環形水槽水體溶氧, 使其隨時皆能維持在海拔 230 m( 實驗室海拔高度 ) 水溫 20 時之飽和量 8.8mg/L( 參考海拔 244 m 水溫 20 時之飽和溶氧量 )( 章裕民 1995) 33

61 (4) 流速 : 利用變速馬達調節環形水槽內流速 3 突進泳速試驗魚類游泳能力試驗環形變速水槽 ( 圖 3-2), 其流路主要由內徑 5 英吋之 PVC 管構成, 魚類游泳行為觀測部則由管壁厚度 10 mm 內徑 5 英吋之透明壓克力管構成, 兩端封以不鏽鋼網, 使試驗魚活動區域侷限於觀測部俾利觀察觀測部後方銜接內徑 5 英吋之不鏽鋼管用以安置電磁式流速流量計量測水槽內流速試驗開始時於觀測部每次放入 1 隻試驗魚, 調整變頻馬達轉速使水槽流速維持為 1 BL/sec(body length/ sec), 靜待 1 hr 使觀察部試驗魚恢復常態 (Kolok, 1991; Peake, et al., 1997), 再藉由變頻器改變馬達轉數使水槽內流速由 1BL/sec 開始等加速度增速 (1BL/sec2), 此時試驗魚為不被水流沖退, 會本能地吸附於壓克力管壁以抵抗水流沖擊, 當試驗魚無法抗衡漸增之流速而脫離管壁, 並被水流沖退前瞬間的最高流速, 即為該試驗魚之最大附著流速 1.2m FRP 水槽 0.9m PVC Frange 1.1m 變頻馬達止水閥 1.5m 水流方向內徑 5 透明壓克力管 2m 內徑 5 PVC 管 1.5m 圖 3-2 魚類游泳能力試驗之環形水槽循環系統 34

62 ( 四 ) 資料分析河川棲地可分為化學性棲地 ( 如水質 ) 與物理性棲地 ( 如底質組成 ), 由環境與生物族群交互作用進而衍生出多樣之棲地型態, 河川生物依生物特性及棲地特性選擇棲所本研究綜合整理指標魚種捕獲量與水深流速等棲地環境因子資料, 進行其棲地適合度的推估, 瞭解指標魚種對不同水深流速等棲地之喜好情形, 進一步繪出棲地適合度曲線 (Habitat Suitability Curve, HSC) 六魚類適合度曲線應用介面建置魚類相關生態棲息因子在生態學者研究下, 提供研究者瞭解不同魚種棲息之適合環境, 並制定符合台灣河川棲地之魚種適合度曲線為推動魚類適合度曲線之應用, 本研究將開發本土性之魚類適合度曲線應用介面 ( 如圖 ), 使用者可由此模組直接選取指標魚種之適合度曲線生活史資料及圖片, 並輔以魚類生物指標 ( 如 IBI) 計算及河川流況歧異度分析等功能, 以聯結相關河川棲地模式模組 ( 如 River 2D), 俾利於規劃河川水利建造物對河川棲地品質之相關評估基準 35

63 執行程式進版畫面點選應用程式畫面輸入帳號密碼 4 個分析模組 ( 流況歧異度 IBI 指數 River2D 適合度指數 ) 進入各程式主畫面流況歧異度 IBI 指數 River2D 適合度指數 R2D_Bed R2D_Ice R2D_Mesh River2D 圖 3-3 魚類適合度曲線應用介面示意圖圖 3-4 魚類適合度曲線應用介面主畫面示意圖 36

64 七研究河段河川棲地模擬案例利用研究河段建立之魚類適合度曲線, 置入河川棲地模式 ( 如 River 2D) 進行案例模擬, 以不同水利建造物設計案例 ( 如丁壩與固床工等 ) 進行生物棲地適合度模擬 ( 如圖 3-5 及圖 3-6), 俾作為水利建造物規劃設計之依據圖 3-5 常流量無設丁壩時之 WUA 分布圖圖 3-6 常流量設 1 座丁壩之 WUA 分布圖 37

65 第肆章 98 年研究成果本研究依據魚類相關生態棲息因子進行棲地之適合環境研究, 參考河川情勢調查文獻及實地現況勘查後, 選擇新竹頭前溪為研究河川, 進行魚類微棲地及生活史調查等多項調查瞭解指標魚種之生活史及其對水深流速等棲地環境因子之喜好情形, 建立指標魚種棲地適合度曲線等資料, 研究調查時間為 98 年 7 月至 99 年 2 月, 其成果如下 : 一研究河段選取與樣區設置依照研究河段之選取原則 ( 調查可行性資料長期性及授權使用性等 ) 選取台灣北部河川之頭前溪作為研究河段, 並於隆恩圳攔河堰竹林大橋及昌惠橋 3 處河段設置調查樣區並進行指標魚種微棲地調查二指標魚種選取及生活史研究 ( 一 ) 指標魚種選取根據頭前溪河系情勢調查結果顯示, 其流域發現種類分別為鲤科 Cyprinidae 鰻鱺科 Anguiillidae 鰍科 Cobitididae 鮠科 Bagridae 慈鯛科 Cichlidae 鰕虎科 Gobiidae 平鳍鰍科 Balitoridae 湯鯉科 Kuhliidae 鯰科 Siluridae 等本研究於前述 3 個樣區調查所得種類 ( 如圖 4-1) 及分布 ( 如表 4-1) 本研究依其魚類樣區分布情形及利用出現物種豐富性決定指標生物, 其優點具有較大的物種多樣性及數量, 其佔有的基礎生態區位較寬, 以及調查 ( 取樣 ) 的方式一致性高, 因此作為選擇指標性物種參考依據綜合魚類樣區流水型態分布情形及族群數量等, 選擇鯉科魚類的台灣石魚賓及鰕虎科魚類的明潭吻鰕虎作為頭前溪指標魚種, 進行各項相關研究 38

66 台灣石魚賓明潭吻鰕虎何氏棘魞 4% 臺灣纓口鰍 7% 台灣鏟頷魚短臀鮠 2% 3% 中華花鰍 2% 其它 2% 台灣石魚賓 32% 台灣間爬岩鰍粗首鱲臺灣纓口鰍何氏棘魞粗首鱲 8% 短臀鮠台灣鏟頷魚台灣間爬岩鰍 10% 明潭吻鰕虎 30% 中華花鰍其它圖 4-1 頭前溪流域 98 年 8 月至 99 年 2 月漁獲組成表 4-1 頭前溪樣區間魚種分布魚種樣區名稱昌惠橋竹林大橋隆恩堰鰻鱺科鱸鰻台灣石魚賓粗首鱲鯉科短吻小鰾鮈台灣鏟頷魚何氏棘魚八明潭吻鰕虎鰕虎科短吻紅斑吻鰕虎極樂吻鰕虎日本禿頭鯊平鳍鰍科台灣間爬岩鰍台灣纓口鰍鰍科中華花鰍鮠科短臀鮠慈鯛科吉利慈鯛 39

67 ( 二 ) 生活史研究於選定之樣區採集指標魚種樣本, 共計採集 60 隻明潭吻鰕虎, 採集之樣本為保持其外觀完整性並固定其內容物及臟器, 擇以 15% 福馬林浸泡至標本瓶中帶回實驗室解剖研究其生活史 ( 圖 4-2) 圖 4-2 浸泡於標本瓶之明潭吻鰕虎 ( 左 ), 取樣之成熟卵巢 ( 右 ) 考量能採集之標本數, 本計畫選擇優勢魚種明潭吻鰕虎為生活史研究標的, 於 9 月及 10 月採集明潭吻鰕虎體長頻度分布如圖 4-3 及圖 4-4, 因標本採集期間過短, 尚而無法進行完整分析探討張世倉 (2009) 於清水溪流域採捕之明潭吻鰕虎胃內含物中發現的餌料生物 ( 圖 4-5 及圖 4-6): 動物類 ( 水生昆蟲類魚類殘骸及貧毛動物 ) 植物類 ( 藻類碎屑及植物碎屑 ) 及底泥碎屑類, 故其食性應屬於雜食性之魚類生殖腺與相關之局部外生殖器官等所呈現之性徵為第一性徵 (primary sexual characters), 而第二性徵 (secondary sexual characters) 則多在魚類成熟時形成, 明潭吻鰕虎雄魚第一背鰭之第二棘之長度會較第一棘長 ( 如圖 4-7) 在此調查中發現, 清水溪流域明潭吻鰕虎體全長達 4.5 cm 以上, 其第一背鰭之第二棘與第一棘長度差距, 雌雄有顯著性差異 (t=10.99, 40

68 p<0.0001)( 如圖 4-7), 因此體全長大於 4.5 cm 之明潭吻鰕虎可以由第一背鰭之第二棘之長短來判別雌雄綜合魚類第二性徵的表現及顯微鏡觀察生殖腺的方式鑑定其性別, 張世倉 (2009) 發現 2008 年 11 月 ~2009 年 10 月間採捕之明潭吻鰕虎雌 (473) 雄 (382) 比例平均值為 1.26:1, 其中 2008 年 11 月捕獲雌魚的比例為最高 ( 如表 4-2) 表 4-2 清水溪 2008 年 11 月至 2009 年 10 月捕獲明潭吻鰕虎雌雄比例年度月份 ( 雌, 雄 ) 雌雄 97 11(62,28) (53,45) (46,39) (54,39) (50,48) (55,37) (48,50) (55,45) (49,51) (55,45) (50,50)

69 15 12 個體數全長 (cm) 圖 4-3 頭前溪明潭吻鰕虎體長頻度分布 ( 九月 ) 個體數全長 (cm) 圖 4-4 頭前溪明潭吻鰕虎體長頻度分布 ( 十月 ) 42

70 圖 4-5 明潭吻鰕虎胃內動物性餌料生物殘骸 ( 左圖 - 水棲昆蟲 ; 右圖 - 魚類鱗片 ) 圖 4-6 明潭吻鰕虎胃內植物性餌料生物殘骸 ( 左圖 - 絲狀藻 ; 右圖 - 微細藻類 ) 圖 4-7 明潭吻鰕虎第一背鰭特徵 ( 左圖 - 雌魚 ; 右圖 - 雄魚 ) 43

71 三指標魚種游泳能力試驗由於流速棲地適合度現地調查 ( 電格法 ) 難以在流速較快之水域進行, 本研究嘗試以人工方式模擬自然河川的流速, 探討指標魚種的突進泳速, 作為魚類棲地流速範圍上限值的研判參數, 俾使流速棲地適合度曲線之建立更臻完善, 另亦可提供有關單位設計魚道及魚類棲地復育保育時之參考當魚類突然受到外界驚嚇威脅而逃逸所產生僅能維持短時間的瞬間衝刺速度稱為突進泳速, 例如 Beamish(1978) 認為只能維持短時間 ( 小於 20 sec) 之最高泳速稱之為突進泳速, 周仕杰及何大仁等 (1999) 則認為魚類僅能維持 1~5 sec 之極限速度為突進泳速本研究採試驗魚瞬間 ( 至少持續 1 sec) 爆發出之最高速度為其突進泳速試驗方法與結果如下 : ( 一 ) 試驗魚採集馴養於頭前溪昌惠橋與竹林大橋樣區採集不同體長的試驗對象魚種明潭吻鰕虎, 所使用之漁具以儘量不傷害魚體之網具籠具等為主, 釣具電氣設備為輔採集後攜回實驗室養殖水槽, 以人工方式控制水溫光照溶氧等環境因子加以馴養, 至試驗魚適應環境並開始正常進食後始進行試驗 ( 二 ) 馴養與試驗環境控制 1 水溫 : 於環形水槽循環系統中加設水溫調節水槽, 以冷卻加熱系統 ( 大型石英管壓縮機恆溫控制器等設備 ) 控制養殖水槽水溫, 並平衡變速馬達發熱導致環形水槽的水溫升高, 使馴養試驗休息等過程水溫維持一致 ( 約 20 ) 2 光照 : 以太陽燈管定時器模擬自然晝夜變化, 以人工方式控制養殖水槽及環形水槽觀測部光照時間 (on/off, 12h/12h), 避免外界光線變化導致試驗結果之變異 44

72 3 溶氧 : 以打氣幫浦控制養殖水槽及環形水槽水體溶氧, 使其隨時皆能維持在海拔 230 m( 實驗室海拔高度 ) 水溫 20 時之飽和量 8.8 mg/l ( 參考海拔 244 m 水溫 20 時之飽和溶氧量 )( 章裕民 1995) 4 流速 : 利用變速馬達調節環形水槽內流速 ( 三 ) 突進泳速試驗魚類游泳能力試驗環形變速水槽 ( 圖 3-2), 其流路主要由內徑 5 inch 之 PVC 管構成, 魚類游泳行為觀測部則由管壁厚度 10 mm 內徑 5 inch 之透明壓克力管構成, 兩端封以不鏽鋼網, 使試驗魚活動區域侷限於觀測部俾利觀察觀測部後方銜接內徑 5 inch 之不鏽鋼管用以安置電磁式流速流量計量測水槽內流速試驗開始時於觀測部每次放入 1 隻試驗魚, 調整變頻馬達轉速使水槽流速維持為 1 SL/sec (standard length/sec), 靜待 1 小時使觀測部試驗魚恢復常態 (Kolok, 1991; Peake, et al., 1997), 再藉由變頻器改變馬達轉數使水槽內流速由 1 BL/sec 開始等加速度增速, 此時試驗魚為不被水流衝退, 會本能地不斷加快游泳速度, 當試驗魚無法抗衡漸增之流速, 停止游泳行為並被水流沖退前瞬間的最高流速, 即為該試驗魚之突進泳速 ( 四 ) 試驗結果明潭吻鰕虎為台灣特有種的鰕虎科魚類, 底棲性, 其腹鰭已特化為圓形吸盤狀, 用以吸附在河床底石抵抗水流沖擊, 以利其於湍急之水域攝食試驗過程發現當環形水槽中產生流速時, 該魚種並非如鯉科魚類般靠左右擺動身體與尾鰭之行為頂流游泳, 而是以其腹鰭吸附在水槽管壁抵抗水流沖擊, 直至其疲勞或水流沖擊力量大於其吸附能力時, 被沖貼於水槽觀測部下游的不鏽鋼隔離網上試驗過程曾嘗試以不傷害魚體的各種方法刺激明潭吻 45

73 鰕虎放棄吸附方式改採游泳行為抗流, 惟始終未能如願, 故改以進行吸附抗流試驗, 以探討其自然棲地中可能之極限流速試驗方法仿突進速度試驗, 即當環流水槽流速以等加速度提升時, 觀察吸附在水槽管壁抵抗水流之試驗魚無法負荷沖擊而被沖退瞬間的流速, 代表其發揮最大吸附能力所能抵抗的最快水流速度本年度共計進行 23 隻明潭吻鰕虎之抗流試驗, 試驗魚標準體長介於 3.5~5.8 cm 間, 試驗期間維持水溫 20 溶氧 8.8 mg/l ph 值 8.0, 導電度則在 380 μs/cm 左右, 試驗皆於白天進行, 室內照度約 2.5 μmol, 試驗前試驗魚禁食 24 hr 試驗結果顯示, 所有試驗魚所能抵抗的流速皆在 1.48 m/sec 以上, 最小值出現在最小之個體 ( 標準體長 4.0 cm), 該試驗魚瞬間所能抵抗的水流速度最快為 1.48 m/sec, 換言之, 其吸附能力可抵抗 37 SL/sec 的水流速度 ; 另最大值出現在體長 4.9 cm 與 5.1 cm 的個體, 此 2 隻試驗魚瞬間能抵抗的水流速度高達 2.02 m/sec ( 41.2 SL/sec 39.6 SL/sec) 圖 4-8 為明潭吻鰕虎標準體長與吸附抗流最高流速之關係, 試驗結果顯示明潭吻鰕虎以腹鰭吸附固定物體所能抵抗的瞬間最大流速與標準體長間, 亦存在顯著的正相關, 即大型魚的吸附能力相較於小型魚有較佳的趨勢吸附抗流最高流速 (m/sec) y = 0.907Ln(x) r = 0.81, df= 標準體長 (cm) 圖 4-8 頭前溪明潭吻鰕虎標準體長與吸附抗流最高流速之關係 46

74 四研究河段魚類適合度曲線繪製 ( 一 ) 魚類適合度曲線繪製完成研究河段指標魚種適合度曲線建立 : 以每一樣格魚類出現頻度繪出魚類適合度曲線, 並以棲息特性分別選擇樣本數較多之明潭吻鰕虎台灣石魚賓及粗首鱲並予繪製適合度曲線 ( 圖 4-9 ~ 4-14) 適 0.8 合 0.6 度 0.4 指數 0.2 適 0.8 合 0.6 度 0.4 指數流速 (m/sec) 水深 (m) 圖 4-9 頭前溪明潭吻鰕虎流速 ( 左 ) 水深 ( 右 ) 適合度曲線適合度指數適合度指數流速 (m/sec) 水深 (m) 圖 4-10 頭前溪頭前溪台灣石魚賓流速 ( 左 ) 水深 ( 右 ) 適合度曲線適合度指數適 0.8 合 0.6 度 0.4 指數流速 (m/sec) 水深 (m) 圖 4-11 頭前溪粗首鱲流速 ( 左 ) 水深 ( 右 ) 適合度曲線 47

75 適合度指數底質 (m) 圖 4-12 頭前溪明潭吻鰕虎底質適合度曲線適合度指數底質 (m) 圖 4-13 頭前溪台灣石魚賓底質適合度曲線適合度指數底質 (m) 圖 4-14 頭前溪粗首鱲底質適合度曲線 48

76 ( 二 ) 適合度曲線之修正依據河川治理工程設計, 若河川水流流速大於 4 m/sec 時, 河床會產生極不穩定現象, 此現象亦會造成魚類生存環境受嚴重影響, 故將流速上限值訂為 4 m/sec ( 余燕妮 2006) 流速適合度曲線之流速下限值定為 0 m/sec, 並以調查之最高流速及最大突進泳速 ( 如表 4-3) 將適合度曲線予以標準化 ( 如圖及 4-21) 水深適合度曲線之選用原則與流速適合度曲線相同, 並為符合棲地現況, 將上限值定為 2 m, 下限值定為 0 m, 並將水深適合度曲線予以標準化 ( 如圖及 4-22) 各樣區內不同河段其河床粗糙高度皆不一致, 依據指標魚種對於河川粗糙高度不同喜愛程度, 訂定底質適合度曲線, 並進行適合度因子數值統計, 再將適合度因子數值統計結果予以標準化 ( 如圖及 4-23) 表 4-3 魚種最大突進泳速突進泳速魚種體長範圍 (cm) 速度 1(m/sec) 速度 2(BL/sec) 台灣石魚賓 5.6~ ~ ~24.8 粗首鱲 4.4~ ~ ~22.05 明潭吻鰕虎 3.5~ ~2.02 ( 瞬間抗流吸附能力 ) 資料來源 : 葉明峰等 (2004) 49

77 適 0.7 合 0.6 度 0.5 指 0.4 數流速 (m/sec) 圖 4-15 頭前溪明潭吻鰕虎流速適合度修正分布適 0.7 合 0.6 度 0.5 指 0.4 數水深 (m) 圖 4-16 頭前溪明潭吻鰕虎水深適合度修正分布適 0.7 合 0.6 度 0.5 指 0.4 數底質 (m) 圖 4-17 頭前溪明潭吻鰕虎底質適合度修正分布 50

78 適 0.7 合 0.6 度 0.5 指 0.4 數流速 (m/sec) 圖 4-18 頭前溪台灣石魚賓流速適合度修正分布適 0.7 合 0.6 度 0.5 指 0.4 數水深 (m) 圖 4-19 頭前溪台灣石魚賓水深適合度修正分布適 0.7 合 0.6 度 0.5 指 0.4 數底質 (m) 圖 4-20 頭前溪台灣石魚賓底質適合度修正分布 51

79 適 0.7 合 0.6 度 0.5 指 0.4 數流速 (m/sec) 圖 4-21 頭前溪粗首鱲流速適合度修正分布適 0.7 合 0.6 度 0.5 指 0.4 數水深 (m) 圖 4-22 頭前溪粗首鱲水深適合度修正分布適 0.7 合 0.6 度 0.5 指 0.4 數底質 (m) 圖 4-23 頭前溪粗首鱲底質適合度修正分布 52

80 ( 三 ) 相關探討與分析 1 魚類特性與環境因子分析本研究採用常用於生物群聚分析之非介量序列分析 (MDS), 探討魚類特性與環境因子的關係應用分析軟體為英國 Plymouth Marine Laboratory 所發展之 PRIMER 6.0 多變量分析應用程式 (Clarke and Warwick,2001) 將樣格調查資料 ( 如魚類之體重與體長 ) 與其對應之棲地特性資料 ( 如流速水深及底質等 ) 進行多變量分析由 MDS 分析結果 ( 如圖 4-24) 發現明潭吻鰕虎個體之體重及體長與流速相關性最高, 其次為水深及底質因此推論棲地的流速分布與指標魚種的群聚有較密切的關聯明潭吻鰕虎第二變異軸第一變異軸註 : BW: 體重 BL: 體長 AS: 流速 AD: 水深 AS: 底質圖 4-24 頭前溪明潭吻鰕虎與環境因子之多變量分析 53

81 2 適合度曲線群聚分組探討為探討魚類適合度曲線之群聚分組, 將魚類各樣區調查資料 ( 如體重及體長 ) 與其棲地特性 ( 流速水深及底質等 ) 以多變量分析探討指標魚種之群聚分組 ( 應用分析軟體為 PRIMER 6.0) 以研究河段之優勢魚種 ( 明潭吻鰕虎 ) 進行群聚分析, 可將魚類樣格調查資料分為兩群組 ( 如圖 4-25) 其中群組一之體長範圍為 1.8 ~ 5.8 cm ( 平均體長為 4.0 cm), 大多屬於幼魚 ; 群組二之體長範圍為 3.8 ~ 8.8 cm( 平均體長 6.5 cm), 大多屬於成魚且經檢定兩群組之平均體長之變異性為顯著 (p value<0.05) 明潭吻鰕虎群組一 ( 幼魚 ) 之流速及水深之棲地適合度曲線分布範圍 ( 如圖 4-26 ~ 圖 4-29) 圖 4-25 頭前溪明潭吻鰕虎群組分析圖 54

82 1.0 適合度指數流速 (m/sec) 圖 4-26 頭前溪明潭吻鰕虎流速適合度曲線 ( 群組一 ) 1.0 適合度指數水深 (m) 圖 4-27 頭前溪明潭吻鰕虎水深適合度曲線 ( 群組一 ) 55

83 1.0 適合度指數流速 (m/sec) 圖 4-28 頭前溪明潭吻鰕虎流速適合度曲線 ( 群組二 ) 適合度指數水深 (m) 圖 4-29 頭前溪明潭吻鰕虎水深適合度曲線 ( 群組二 ) 56

84 3 已利用與可利用棲地分布探討已利用棲地 (habitat use) 是指樣格調查中有發現指標物種之棲地, 可供利用棲地 (habitat availability) 是指所有樣格調查有之棲地其比例關係建立可建立適合度指數 (preference index) 由明潭吻鰕虎之已利用與可供利用棲地分布結果發現 ( 圖 4-30 ~ 圖 4-31), 明潭吻鰕虎之可供利用棲地分布與已利用棲地分布趨勢相當一致, 這應是電格法操作所造成的結果棲地樣格數已利用棲地樣格數 (U) 可供利用棲地樣格數 (A) 流速 (m/sec) 圖 4-30 頭前溪明潭吻鰕虎之流速棲地分布 57

85 棲 35 地 30 樣 25 格 20 數已利用棲地樣格數 (U) 可供利用棲地樣格數 (A) 水深 (m) 圖 4-31 頭前溪明潭吻鰕虎之水深棲地分布 4 多變量棲地適合度曲線探討國內外有關棲地適合度曲線之建立, 多以單變量環境因子 ( 如流速水深及底質 ) 建立指標物種之適合度曲線, 並假設各變量間為獨立 (independent) 並不會相互影響但實際於河川棲地之各種環境因子對指標物種之棲息是交互影響的建立多變量棲地適合度曲線除須足夠之樣本數外, 對於如何應用於河川棲地之模式亦是造成問題故為簡化河川棲地模式, 目前大多適合度曲線之建立仍以單變量建立為主, 惟應用時仍須以生物棲習特性作必要調整 Yu(1996) 曾以水力參數之福祿數 (Froude number, 如式 2) 建立多變量棲地適合度曲線福祿數為無因次參數, 包括流速與水深兩項因子,Yu(1996) 更提出以福祿數作為河川流況之判定基準由明潭吻鰕虎環境因子 ( 流速水深 ) 建立之多變量棲地適合度曲線如圖 4-32, 結果發現適合度曲線因受取樣的限制, 計算出之福祿數均小於 1( 表流況為次臨界流,Subcritical flow) 58

86 福祿數 = V gd... 式 2 V: 流速 D: 水深 g: 重力加速度出現頻度 ( 次 10 ) 福祿數 (Froude numeral) 圖 4-32 頭前溪明潭吻鰕虎多變量棲地適合度曲線 ( 福祿數 ) 59

87 五適合度曲線應用介面建置完成河川棲地模式應用介面建置, 包含流況歧異度 IBI 指數 River 2D 棲地適合度指數等 4 項模組 ( 圖 4-33 ~ 4-34) 使用者僅需依指令鍵入調查發現之魚種及數量, 即可求得河川棲地評估等級, 自欄位點選取魚種即可顯現該魚類之照片及其生態習性資料 ( 圖 4-35) 在已建置之適合度指數資料庫中選取所需要的適合度指數, 進行查詢或轉成 River2D 的所需的輸入格式, 以應用於河川魚類棲地評估及演算模擬 ( 圖 4-36) 圖 4-33 河川棲地模式應用介面使用畫面圖 4-34 流況歧異度功能模組示意圖 60

88 圖 4-35 查詢魚類生態習性資料示意圖圖 4-36 棲地適合度指數資料檔示意圖 61

89 六研究河段案例模擬 ( 一 ) 昌惠橋河段案例模擬完成昌惠橋河段案例模擬 : 為瞭解攔河堰對河川棲地的影響, 於昌惠橋下游 150 m 處模擬設置高攔河堰 ( 堰高 3 m)( 圖 4-37 ~ 4-38), 模擬設置攔河堰前後, 流速水深及針對指標魚種 ( 台灣石魚賓與明潭吻鰕虎 ) 在可用棲地的 WUA 之變化模擬結果顯示當加設攔河堰時, 雖有抬高水位以利取水灌溉需求, 但因改變原有河川棲地分布型態, 種指標魚種之 WUA 皆有明顯下降趨勢 ( 圖 4-39 ~ 4-40) 研究河段右岸為高灘地, 因此當模擬流量增加時, 其右岸會形成新的棲地, 可提供作為魚類之蔽護區之用 Bed Elevation Scale 10.0 m Untitled Y X 圖 4-37 模擬河段數值高程 ( 河道現況 ) Bed Elevation Scale 10.0 m Untitled Y X 圖 4-38 模擬河段數值高程 ( 模擬設堰 ) 62

90 台灣石魚賓 WUA 比較原地形 WUA 攔河堰 WUA Q2 Q10 Q50 圖 4-39 台灣石魚賓加設攔河堰與否之 WUA 變化圖明潭吻鰕虎 WUA 比較 Q2 Q10 Q50 原地形 WUA 攔河堰 WUA 圖 4-40 明潭吻鰕虎加設攔河堰與否之 WUA 變化圖 ( 二 ) 模式驗證本研究以絕對值平均誤差 (MAPE, 如式 4-1) WUA 與指標魚種台灣石魚賓及明潭吻鰕虎之捕獲量關係做驗證, 模擬河段水理驗證位置 ( 如圖 4-41),MAPE 驗證結果 ( 如圖 4-42 及圖 4-43), 其中流速 MAPE=46% 水深 MAPE=41.27%, 皆為合理模擬範圍之內 WUA 與指標魚種台灣石魚賓及明潭吻鰕虎之捕獲量關係驗證結果如圖 4-44 及圖 4-45; 研究和模擬雙方都有數據的點位做比較, 可發現其相對數值差異不大, 表示河川棲地二維模式還是有一定參考價值 63

91 MAPE k - x k x k M 1 x 100 % ( 式 4-1) M k -1 式中 : 實測值 : 模擬值 : 樣本數圖 4-41 模擬河段水理驗證點位示意圖 64

92 m/s 取樣編號測量流速模擬流速圖 4-42 River 2D 模擬與實測流速趨勢圖 cm 取樣編號測量水深模擬水深圖 4-43 River 2D 模擬與實測水深趨勢圖 65

93 60 百分比 (% 台灣石魚賓數量比 (%) 模擬台灣石魚賓 WUA 比 (%) ) 取樣編號圖 4-44 常流量下研究河段模擬 WUA 比與台灣石魚賓數量比較圖 35 百分比 (% ) 取樣編號明潭吻鰕虎數量比 (%) 模擬明潭吻鰕虎 WUA 比 (%) 圖 4-45 常流量下研究河段模擬 WUA 比與明潭吻鰕虎數量比較圖 66

94 第伍章本年度調查分析成果一研究河段選取台灣河川溪流多受到地勢狹窄坡度陡峭影響, 因此具有河身短坡度落差大水流急促等特性, 造成多樣棲地型態本年度選擇台灣中部河川, 進行魚類資源現況及棲地類型調查與現勘, 並選定研究河段設置樣區根據方力行及陳義雄 (1999) 區分之地理區域, 中台灣區系以中央山脈以西, 介於雪山山脈以南到玉山山脈以北之間的河川湖泊系, 包括大安溪大甲溪烏溪與濁水溪為重要代表水系表 5-1 為台灣中部河川生態環境調查資料彙整表表 5-1 台灣中部河川生態環境調查資料彙整表調查溪流大安溪起迄年份大甲溪 2008 計畫名稱大安溪水系河川情勢調查大甲溪中游河川棲地生態及魚類調查烏溪 2006 烏溪河川情勢調查濁水溪 2006 濁水溪河川情勢調查委託機關名稱水利署水利規劃試驗所經濟部水利署中區水資源局水利署水利規劃試驗所經濟部水利署第四河川局生物因子魚類鳥類蝦類兩棲蟹類爬蟲水昆植物蜻蜓魚類水棲昆蟲藻類魚類鳥類蝦類兩棲蟹類爬蟲水昆植物蜻蜓魚類鳥類蝦類兩棲蟹類爬蟲水昆植物蜻蜓調查項目水文水理因子水深流速水面寬水深流速水面寬水深流速水面寬水質因子濁度水溫酸鹼溶氧導電度濁度水溫酸鹼溶氧導電度濁度水溫酸鹼溶氧導電度 ( 本研究整理 ) 67

95 ( 一 ) 研究河段之選取原則臺灣中部河川之大安溪大甲溪烏溪與濁水溪, 依據河段選取原則予以評估, 其選取原則如下 : 1 調查可行性 : 適合以樣格法進行棲地適合度曲線調查之河川 2 資料長期性 : 具長期生態環境調查及河川情勢調查資料之河川 3 授權使用性 : 可取得之資料所有機關 ( 人 ) 授權使用 ( 二 ) 現勘河段概況為選取本計畫之研究河段, 依照研究河段選取原則予評估大安溪大甲溪濁水溪及烏溪河段本研究團隊於 99 年 1 月 27 日及 2 月 4 日 9 日, 分別至大安溪大甲溪濁水溪烏溪河段進行會勘 1 大安溪大安溪位於台灣中部, 主流長 km, 流域面積 km 2, 分布於苗栗縣南部及台中縣北部主流自雪山山脈之大霸尖山西側, 向西流至東陽山北麓與支流馬達拉溪會合後, 始稱大安溪流經苗栗縣臺中縣交界, 流經烏石坑後, 轉流向西北西流經卓蘭泰安上館, 隨後進入臺中縣境, 經大甲鎮鐵砧山於大安鄉注入台灣海峽, 圖 5-7 為會勘位置示意圖 (1) 大安溪上游河段白布帆橋位於大安溪上游河段位置, 水量豐沛且棲地變化多樣, 多為淺瀨區及淺流交錯, 但因河道邊有施工便道正進行砂石清運工程, 對於生態干擾甚大, 現勘實照如圖 5-1 (2) 大安溪中游河段卓蘭大橋位於大安溪中游河段位置, 河道邊正進行工程施 68

96 工, 因此在水道部分經人為施工後呈現較深的河床, 對於棲地及生態干擾嚴重, 現勘實照如圖 5-2 (3) 大安溪下游河段義里橋位於大安溪下游河段, 緊鄰火炎山及國道 1 號高速公路旁, 河床大小石礫遍布 ; 水流量低, 因此, 棲地變化呈現較為單一情形, 現勘實照如圖

97 圖 5-1 大安溪白布帆橋, 現地會勘實照 ( 河川工程進行中 ) 圖 5-2 大安溪卓蘭大橋, 現地會勘實照 ( 河川工程進行中 ) 圖 5-3 大安溪義里大橋, 現地會勘實照 70

98 2 大甲溪大甲溪位於台灣中部, 源流中央尖溪發源於南湖大山東峰, 流域主要分布於臺中縣, 並包含南投縣宜蘭縣之一小部分南湖溪流與伊卡丸溪匯流後, 始稱大甲溪流經梨山佳陽德基谷關白冷馬鞍等聚落, 流入東勢鎮新社鄉後, 逐漸進入平地後, 流經石岡鄉豐原市后里鄉神岡鄉外埔鄉清水鎮大甲鎮及大安鄉, 最後注入台灣海峽, 圖 5-7 為會勘位置示意圖 (1) 大甲溪上游河段馬鞍壩位於天輪發電廠下方約 900 m 處, 側邊設有大型魚梯, 壩下水流量小, 河床組成多為礫石與大小卵石等, 棲地有少數深潭, 多為淺瀨及淺流之流況, 現勘實照如圖 5-4 (2) 大甲溪中游河段龍安橋位於新社鄉及東勢鎮交界處, 河床平坦且寬廣, 礫石及小型卵石居多, 棲地變化單調且水流平緩河床邊開設施工便道, 正進行河川工程中, 現勘實照如圖 5-5 (3) 東勢大橋河段東勢大橋位於中部橫貫公路起始處, 連結石岡鄉與東勢鎮, 因此, 左右岸皆為人口密集區域然而, 河床寬廣且水流量平緩, 使得水道分為左右岸二側, 棲地變化小, 有部分淺瀨及緩流中游段因有工程進行施工, 故其水色呈現混濁狀, 現勘實照如圖

99 圖 5-4 大甲溪馬鞍壩, 現地會勘實照圖 5-5 大甲溪龍安橋, 現地會勘實照 ( 河川工程進行中 ) 圖 5-6 大甲溪東勢大橋, 現地會勘實照 72

100 義里橋卓蘭大橋白布帆橋東勢大橋龍安橋馬鞍壩圖 5-7 大安溪及大甲溪河段會勘位置示意圖空照圖片來源 :google earth

101 3 烏溪烏溪位於台灣中部, 為中央管河川, 下遊河段因流經臺中縣大肚鄉, 俗稱大肚溪河長 km, 流域面積 2, km2 流域包含南投縣埔里鎮國姓鄉草屯鎮, 台中縣霧峰鄉烏日鄉大肚鄉龍井鄉, 與彰化縣伸港鄉和美鎮彰化市芬園鄉等鄉鎮經過河階沖積扇及彰化人口聚集地之後, 烏溪於台灣台中縣龍井鄉與彰化縣伸港鄉之間注入台灣海峽,5 月至 9 月為豐水期, 約占全年百分之七十流量, 其中流量最高為 6 月, 枯水期為每年的 10-4 月期間烏溪主流和支流交匯處, 多形成沖積扇, 東邊有山麓聯合沖積扇, 南有烏溪沖積扇和貓羅溪沖積扇, 圖 5-15 為會勘位置示意圖 (1) 南港溪河段會勘樣點觀音橋, 位於埔里鎮下游方向, 水岸周圍生長許多濱水植物及水生植物, 可供魚類及其他生物躲藏, 水溫 ,pH 間, 導電度介於 μs/cm 之間, 平均溶氧為 8.2 mg/l, 河床組成主要為大小漂石與大小卵石等, 河岸側邊為岩石區域, 故使棲地產生深潭淺瀨及淺流等多種流況, 橋上方設有流量觀測站, 現勘實照如圖 5-8 (2) 北港溪河段會勘樣點福興橋, 位於國姓鄉之北港溪下游區域, 並有支流水長流溪匯入, 水溫 ,pH 間, 導電度介於 μs/cm 之間, 平均溶氧為 9.2 mg/l, 福興橋上方有小型攔砂壩設施, 此區域底質多為小型卵石及沙質底質所構成因此, 棲地多為淺瀨及緩流, 然因其底質組成較不穩定, 故其棲地較易受大水沖擊河岸週邊鮮少生長可供遮蔽之 74

102 濱溪植物群, 現勘實照如圖 5-9 (3) 水長流溪河段大旗橋位於國姓鄉之水長流溪末端, 濱岸有零星巨石散布, 河道主要為礫石與大小卵石遍布, 棲地包含有淺瀨及淺流與少部分較深之潭區, 水流量平緩穩定, 水溫 , ph 間, 導電度介於 μs/cm 之間, 平均溶氧為 8.55 mg/l 水道周圍多有灌木水濱植物及低矮草叢遮蔽, 現勘實照如圖 5-10 (4) 南北港溪匯流區域會勘位置為南港溪及北港溪交匯下游流域至乾峰橋河段, 河道週邊有部分開墾地區及少數農地, 河床底質變化多, 包含岩岸及大小不等之礫石與卵石因兩溪交匯後水流量充沛, 故於交匯後形成沖刷出多處大小不等之潭瀨區域, 現勘實照如圖

103 圖 5-8 烏溪觀音橋, 現地會勘實照圖 5-9 烏溪福興橋, 現地會勘實照圖 5-10 烏溪大旗橋, 現地會勘實照圖 5-11 烏溪南北港溪匯流口, 現地會勘實照 76

104 4 濁水溪濁水溪流域位於臺灣中部, 其流水挾帶泥砂特多以致四季混濁而得名 ; 本溪發源於合歡山主峰與東峰之間, 其最上游為霧社溪, 匯流合歡山西坡之水, 至萬大附近與萬大溪合流後, 下游河道逐漸擴展, 於集集盆地再匯入南清水溝溪東埔蚋溪與清水溪後流入彰雲平原下游呈現扇骨狀分岐成西螺溪東螺溪新虎尾溪北港溪等四支, 經由彰化縣大城鄉與雲林縣麥寮鄉之間流入台灣海峽濁水溪因地形因素, 溪水形成單一河槽進入海中, 因降雨集中水量大, 使得水流沖刷破壞力極強, 堤前河床淘刷劇烈, 而造成河道改變極為劇烈圖 5-15 為會勘位置示意圖 (1) 水里溪與濁水溪匯流河段水里溪為濁水溪的支流, 由魚池鄉流經水里鄉後匯入濁水溪, 該溪水質清澈, 但濁水溪長年挾帶大量砂土以至於水質混濁 ; 水中能見度極低, 在匯流區域呈現混濁與清澈參雜, 水量穩定且大, 但因水流湍急致使調查工作往往不易進行, 現勘實照如圖 5-12 (2) 集鹿大橋河段集鹿大橋河段位於濁水溪集集攔河堰上方, 長年因攔河堰淤沙嚴重以致棲地變化單一, 且於河道有清淤工程進行 ; 河道有人為干擾改變流向, 岸邊有設置多處砂石處裡場, 生態干擾極為嚴重, 現勘實照如圖 5-13 (3) 濁水溪支流清水溪河段瑞草橋位於濁水溪支游之清水溪, 河床散布大小漂石及卵礫石等, 河床沖刷嚴重 ; 並有水泥構造物橫散於底部河段有工程施工, 其水流量少水色混濁, 現勘實照如圖

105 圖 5-12 濁水溪水里溪匯流口, 現地會勘實照圖 5-13 濁水溪集鹿大橋, 現地會勘實照圖 5-14 濁水溪清水溪 - 瑞草橋, 現地會勘實照 78

106 大旗橋福興橋南北港溪匯流口觀音橋瑞草橋集鹿大橋龍安橋圖 5-15 烏溪及濁水溪河段會勘位置示意圖空照圖片來源 :google earth

107 勘察發現大安溪及大甲溪現階段皆有多處正進行河川整治工程而濁水溪及大甲溪上游分別有集集攔河堰與馬鞍壩之大型水利設施干擾, 因此, 本研究選擇烏溪為適當研究河段 ( 表 5-2) 表 5-2 研究河段選取評估表河川名稱調查可行性資料長期性授權使用性備註大安溪 ˇ ˇ 河川工程干擾大甲溪 ˇ ˇ 烏溪 ˇ ˇ ˇ 濁水溪 ˇ ˇ 1. 無河川情勢調查 2. 水利橫向構造物 1. 水質不佳 2. 水利橫向構造物 3. 河川工程干擾 ( 三 ) 烏溪現勘河段評估結果為暸解烏溪河段是否適合作為適合度曲線調查河段, 本研究於 2 月 8 日前往會勘河段進行魚類資源調查, 以確實掌握其河段生態情形經魚類資源普查, 烏溪流域之埔里鎮南港溪河段 ( 觀音橋 ) 國姓鄉水長流溪河段 ( 大旗橋 ) 國姓鄉北港溪河段 ( 福興橋 ) 及國姓鄉南北港溪匯流區域, 調查捕獲種類多達 8 種, 並將調查結果以圖 5-16~ 圖 5-19 加以呈現根據烏溪河系河川情勢調查總報告結果得知, 烏溪流域多達 13 種台灣特有種類, 於此調查區域所捕獲種類得知, 已占六成之多, 且無調查捕獲外來種魚類 ( 表 5-3) 顯示此調查區域尚未受到外來物種干擾, 因此, 此河段具有高度參考價值 80

108 纓口鰍 34% 粗首鱲 18% 明潭吻鰕虎 18% 石魚賓 30% 圖 5-16 南港溪觀音橋河段魚類資源概況何氏棘魞 5% 短臀鮠 1% 石魚賓 15% 明潭吻鰕虎 26% 粗首鱲 26% 纓口鰍 25% 埔里中華爬岩鰍 2% 圖 5-17 水長流溪大旗橋河段魚類資源概況 81

109 高身小鰾駒 30% 石魚賓 17% 纓口鰍 4% 何氏棘魞 13% 粗首鱲 36% 圖 5-18 北港溪福興橋河段魚類資源概況粗首鱲 2% 短臀鮠 4% 石魚賓 13% 纓口鰍 36% 高身小鰾駒 2% 明潭吻鰕虎 43% 圖 5-19 南北港溪匯流河段魚類資源概況 82

110 表 5-3 烏溪魚類資源概況台灣特有種類烏溪河系河川情勢調查總報告 (2006 年 ) 本研究烏溪河段魚類資源調查 (2010 年 2 月 ) 台灣石魚賓台灣馬口魚高身小鰾鮈粗首鱲台灣纓口鰍台灣間爬岩鰍明潭吻鰕虎短吻紅斑吻鰕虎短臀鮠台灣鮠何氏棘魞陳氏鰍鮀埔里中華爬岩鰍 ( 四 ) 調查河段樣區設置根據烏溪河川情勢調查報告設置的調查樣區, 初步選定上游流域無污染至輕微污染區域為主以河川底質分類標準 ( 表 5-4) 為依據, 呈現現地調查之底質分布百分比 ( 表 5-5) 及水質調查結果 ( 表 5-6) 水流量約介於 4 ~ 6.5 cms, 並根據水利署河川水質監測柑子林橋及觀音橋等數值顯示,7 月份觀音橋樣區及大旗橋樣區 ph 值偏高推測與民生廢水影響有關綜合現勘河段評估結果後, 分別選定南港溪觀音橋河段北港溪福興橋河段水長流溪大旗橋河段為主要調查河段, 並加入南北港溪匯流區域之國姓橋河段做為非固定樣區 83

111 表 5-4 河川底質分類標準底質類型細沉積砂土 (Fine sediments,smooth surface) 大小範圍 (cm) 級別代號 <2.0 5 有機物碎屑 (Organic detritus) 粘土 (Clay) 泥 (Silt) 砂 (Sand) 礫石 ( 或稱砂礫碎石,Gravel) 2.0~6.3 4 卵石 ( 小礫,Pebble) 6.4~ 圓石 ( 大礫,Cobble or Rubble) 12.8~ 小漂石 ( 小蠻石,Small boulder) > 大漂石 ( 大蠻石,Large boulder) 表月各樣區底質調查分布百分比底質流域名稱大小漂石圓石卵石礫石泥砂觀音橋樣區 27 % 27 % 23 % 17 % 5 % 福興橋樣區 29 % 27 % 22 % 16 % 5 % 大旗橋樣區 31 % 27 % 22 % 16 % 4 % 84

112 表 5-6 各樣區水質調查結果月水溫樣區名稱導電度 (μs/cm) TDS(g/l) 溶氧 (mg/l) ph 份 ( ) 觀音橋樣區福興橋樣區 4 月大旗橋樣區觀音橋樣區福興橋樣區 5 月大旗橋樣區觀音橋樣區月福興橋樣區大旗橋樣區觀音橋樣區月福興橋樣區大旗橋樣區觀音橋樣區南北港溪匯流口 8 月觀音橋樣區月福興橋樣區大旗橋樣區觀音橋樣區月福興橋樣區大旗橋樣區

113 二指標魚種選取魚類對於河川生態上的研究是重要的一個環節, 藉由觀察標的魚類棲地利用可讓我們瞭解不同習性的魚類對棲地之偏好及利用根據烏溪河川情勢調查總報告 (2006) 顯示烏溪河川的特有種魚類多達 13 種, 分別為鯉科 (Cyprinidae) 的臺灣石魚賓臺灣馬口魚高身小鰾鮈粗首鱲陳氏鰍鮀及何氏棘魞 ; 平鰭鰍科 (Homalopteridae) 的台灣間爬岩鰍埔里中華爬岩鰍及台灣纓口鰍 ; 鰕虎科 (Gobiidae) 的明潭吻鰕虎及短吻紅斑吻鰕虎 ; 鮠科 (Bagridae) 的短臀鮠及脂鮠並於本年度研究初期前往會勘河段調查, 捕獲特有種魚類有 8 種, 分別為粗首鱲臺灣石魚賓何氏棘魞臺灣纓口鰍埔里中華爬岩鰍明潭吻鰕虎短臀鮠高身小鰾鮈, 其中以明潭吻鰕虎數量最多, 臺灣纓口鰍粗首鱲及臺灣石魚賓次之圖 5-20 為烏溪流域 2010 年 4-10 月捕獲魚種組成依據指標魚種選取原則及綜合以上魚類分布水流型態及族群數量等, 選擇臺灣石魚賓粗首鱲臺灣纓口鰍及明潭吻鰕虎作為本次研究指標魚種, 進行各項分析研究短臀鮠 12% 何氏棘魞 3% 其它 3% 台灣石魚賓 14% 台灣石魚賓明潭吻鰕虎台灣間爬岩鰍 3% 粗首鱲台灣纓口鰍埔里中華爬岩鰍 5% 高身小鳔鮈 1% 高身小鳔鮈埔里中華爬岩鰍台灣間爬岩鰍台灣纓口鰍 11% 短臀鮠何氏棘魞其它粗首鱲 7% 明潭吻鰕虎 41% 圖 5-20 烏溪流域 2010 年 4-10 月漁獲組成 86

114 三指標魚種生活史調查研究舉凡與魚類各階段生活相關之研究均屬魚類生活史研究, 本計畫希望進一步探討指標魚種在不同階段對棲地之需求, 乃針對指標魚種雌雄魚性比繁殖期最小性成熟體長攝食習性成長等部份生活史進行探討研究 ( 一 ) 成長分布 2010 年 4 月 ~2010 年 9 月間, 於烏溪流域捕獲台灣纓口鰍 189 隻 ( 電魚器採捕 170 隻, 電格採捕 19 隻 )( 圖 5-21), 雌雄兩性體長與體重, 均呈曲線迴歸關係 ( 圖 5-22) 其迴歸方程式分別為 : 雄魚 : 體重 = 體長 (N=75,R2=0.8914) 雌魚 : 體重 = 體長 (N=114,R2=0.9296) 於烏溪分析台灣纓口鰍成長分布情形, 雌魚體長之平均值無異於雄魚 (P>0.05), 雌魚體重之平均值無異於雄魚 (P>0.05), 故雌魚和雄魚可合併視為一直線捕獲台灣纓口鰍的平均體長為 6.30 cm, 平均體重為 2.85 g, 雄魚最小個體體長為 3.25 cm( 出現於 2010 年 8 月 ), 雄魚最大個體體長為 8.30 cm( 出現於 2010 年 5 月 ); 雌魚最小個體體長為 3.35cm( 出現於 2010 年 8 月 ), 雌魚最大個體體長為 9.38 cm( 出現於 2010 年 6 月 ) 若以每月平均魚體全長 ( 表 5-7) 來看其成長情形, 從 4 月至 9 月分別為 cm,4 月 5 月及 6 月份呈現體全長是增加的情形,7 月及 8 月份是呈現體全長減少的情形 : 每月台灣櫻口鰍體全長增加情形可以解釋為其族群每月成長率, 則其每月成長率約為 cm; 每月台灣櫻口鰍體全長減少情形亦可以解釋為其族群受新生加入群的影響所致, 從其每月減少幅度 6-7 月份為 0.6 cm,7-8 月份為 1.7 cm 來看,6 月應為其族群繁殖初期, 繁殖高峰推估應在 7 月間 ( 最大加入群加入 ), 到 9 87

115 月台灣櫻口鰍體全長又開始增加, 增加幅度每月平均 0.8 cm 則又可視為其族群初期成長率表年 4 月至 9 月烏溪台灣纓口鰍各體長數量分布月份體長等級 ( 體全長 cm) < >8.4 平均體長總數平均體長 (cm) ( 二 ) 棲息環境台灣纓口鰍屬於台灣特有種, 主要分布於台灣中北部地區, 低污染且流速較高中上游水域主要以啃食石頭上附著性藻類水棲昆蟲有機碎屑及無脊椎動物為主 ( 陳義雄及張詠青, 2005; 陳義雄及方力行, 1999) 有勝溪的台灣纓口鰍包括 4 個成長期 : 在靜水區活動的仔魚 ( 體全長 2 cm) 由靜水區進入溪流活動的幼期魚 (2~5 cm) 具有生殖能力的成魚期 (5~9 cm)( 張 1989) 根據本研究以電格方式採集到之台灣纓口鰍結果顯示, 體全長 cm 台灣纓口鰍多出現於平均水深 0.37 ~ 0.47 m ( 圖 5-23), 且平均流速 m/sec 之棲地 ( 圖 5-24) ( 三 ) 性別比例以顯微鏡觀察生殖腺的方式鑑定其性別, 於 2010 年 4 月至 9 88

116 月間採之台灣纓口鰍共 189 尾能鑑定出其雌雄性別, 其中雌魚 114 尾, 雄魚 75 尾, 雌雄比例為 1.52:1 以不同月份間之性別比例來看 6 月之 70% 為最高,8 月的 43.75% 為最低 ( 圖 5-25) 經卡方檢定結果顯示各月間雌雄比例 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月均與 50% 有顯著差異 (P>0.05) ( 四 ) 生殖週期魚類繁殖季節通常具有地理位置上的差異, 且影響魚類生殖週期的變化包括 : 光週期水溫水深流速或餌料生物是否充足等重要環境因子 (Bye 1984; 許嘉恩 1991; 林曜松等 1987) 生殖腺指數 (GSI 值 ) 隨生殖腺之成熟增重而增大, 當生殖腺指數由最高值而降低時, 即為產卵或排精時期, 而肥滿度 (CF) 亦反映出生殖腺之成熟狀態, 當肥滿度逐漸增加至最高點後下降, 則為生殖活動之開端 ( 曾萬年及劉錫江 1972; 許嘉恩 1991; 彭弘光及劉富光 1991) 於有勝溪 1 年多的研究結果顯示台灣纓口鰍的繁殖季節大約在 4-7 月間 ( 張明雄 1989) 分析 2010 年 4 月至 9 月間採捕烏溪流域指標魚種台灣纓口鰍 GSI 值和 CF 值的月平均值變化來推估其繁殖週期 ( 圖 5-26), 觀察中發現 GSI 和 CF 月平均值在 4 月時出現最小值, 隨後逐漸上升, 至 7 月出現最大值, 隨後逐漸下降, 初步推估其繁殖季節約為 6-8 月間而該流域之台灣纓口鰍是否為一次產卵或多次產卵則仍有待實驗數據之累積後才能進行推估 ( 五 ) 最小成熟體長之判定以 nonlinear regression curve Y= /(1+exp(-(x )/ ) (R2=0.9896), 推估雌魚最小成熟體長 (ML50) 為 6.7 cm( 圖 5-27) 89

117 ( 六 ) 攝食習性 2010 年 4 月至 9 月間攝食食物種類變化與攝食食物種類出現頻度之變化 ( 圖 5-28 和圖 5-29) 顯示, 各個月份皆以水棲昆蟲有機碎屑與絲藻片段為最主要攝食物種, 其中絲藻片段的數量 4 月份開始逐漸上升, 在 6 月達高到最高, 同時進行分析 2010 年日月潭氣象站 4-9 月間不同月份平均降雨量 ( 中央氣象局 ) ( 圖 5-30), 發現平均降雨量與台灣櫻口鰍攝食絲藻片段的數量有相同之消長趨勢葉明峰 (2008) 在湖山水庫工程計畫生態保育措施成果報告書中指出清水溪水生昆蟲族群量高密度分布於平均水深 5-20 cm 間及平均流速為 m/s 間, 屬於水流較平緩之流域因此推測絲藻片段的數量增加, 可能是受到雨量充沛, 水流湍急, 導致魚行攝食動物性餌料生物較為不足, 進而攝食固著力較強的絲狀藻類攝食動物性餌料生物之優勢種類, 以雙翅目 (Diptera) 的搖蚊科為主 ( 圖 5-31), 胃內含物中所攝食的微細藻類其豐富度等級有達 (A) 者之種類以矽藻類為主攝食微細藻類之優勢藻種, 以菱形藻屬 (Nitzschia) 針桿藻屬 (Synedra) 顫藻屬 (Oscillatoria) 為主 ( 表 5-8) 矽藻類有多種不同的生長形式, 其中主要分為底層高層和具有移動能力之種類 (Wellnitz and Ward 1998; Holomuzki and Biggs 2006); 故一般而言, 位於上層的藻比較容易被掠食 90

118 (a) (b) (c) 圖 5-21 烏溪台灣纓口鰍樣本採集處理 (a) 樣本以福馬林 (10%) 浸泡至標本瓶中帶回實驗室等待後續處理 (b) 體長全長以游標卡尺測量 (c) 插上標籤後以電子天秤進行體重測量 12 雄魚雌魚 10 y = x y = x 體重 8 R 2 = N=75 R 2 = N=114 g ( ) 體全長 (cm) 圖年 4 月至 9 月台灣纓口鰍體重與體長間關係圖 91

119 10 體全長 ( cm 平均水深 (m) 圖年 4 月至 9 月台灣纓口鰍體全長與平均水深間關係 10 體全長 ( cm 平均流速 (m/sec) 圖年 4 月至 9 月台灣纓口鰍體全長與平均流速間關係 92

120 100 雌魚性別百分比 ( % ) 圖年 4 月至 9 月間台灣纓口鰍雌魚性別比例組成百分比之月份變化月份 8 20 性腺成熟指數 6 4 性腺成熟指數肥滿度肥滿度 % ( % ( 2 5 ) ) 月份 0 圖年 4 月至 9 月間台灣纓口鰍性腺成熟指數及肥滿度分布 93

121 100 雌魚成熟率 (%) cm 體全長 (cm) 圖年 4 月至 9 月間台灣纓口鰍雌魚成熟率與體全長之關係 94

122 攝食食物種類豐度百分比其他碎屑線蟲水生昆蟲絲藻 ( % ) 月份圖年 4 月至 9 月間台灣纓口鰍攝食食物種類平均豐度百分比之月份變化攝食食物種類頻率百分比 % ( ) 其他碎屑線蟲水生昆蟲絲藻月份圖年 4 月至 9 月間台灣纓口鰍攝食食物種類出現頻率之月份變化 95

123 ( cm 500 平均降雨量月份圖年 4 月至 2010 年 9 月間逐月雨量平均值分布 ( 中央氣象局日月潭氣象站 ) 攝食動物性食物種類豐度百分比線蟲綱毛翅目 ( 石蠶 ) 蜉蝣目 ( 蜉蝣 ) 雙翅目 ( 搖蚊 ) % ( ) 月份圖年 4 月至 9 月間台灣纓口鰍攝食動物性餌料生物組成百分比之月份變化 96

124 表 5-8 烏溪流域台灣纓口鰍胃內含物攝食微藻組成微藻種類月份綠藻植物門 Chlorophyta 新月藻屬 Closterium B B B B 鼓藻屬 Coamarium B B B B 柵藻屬 Scenedesmus B 矽藻植物門 Bacillariophyta 曲殼藻屬 Achnanthaceae B A A A A A 雙眉藻屬 Amphiprora C B 盒形藻屬 Biddulphia B 卵形藻屬 Cocconeis D B B 小環藻屬 Cyclotella D B B C 橋彎藻屬 Cymbella B B B A A A 等片藻屬 Diatoma B B 脆杆藻屬 Fragilaria D 異極藻屬 Gomvhonema B A B A B B 布紋藻屬 Gyrosigma C B B B 直鏈藻屬 Melosira A A B A A A 舟形藻屬 Navicula B A A A A A 菱形藻屬 Nitzschia A A A A A A 雙菱藻屬 Surirella D 針桿藻屬 Synedra A A A A A A 顫藻屬 Oscillatoria A A A A A B 註 :A: 觀察 1 ml 樣本中出現個體數量大於 1000 (dominant); B: 觀察 1 ml 樣本中出現個體數量在之間 (rich but not abundant); C: 觀察 1 ml 樣本中出現個體數量在之間 (not common); D: 觀察 1 ml 樣本中出現個體數量小於 10 (rare) 97

125 四指標魚種游泳能力試驗由於流速棲地適合度現地調查 ( 電格法 ) 難以在流速較快之水域進行, 本研究嘗試以人工方式模擬自然河川的流速, 探討指標魚種的突進泳速 (burst swimming speed), 作為魚類棲地流速範圍上限值的研判參數, 俾使流速棲地適合度曲線之建立更臻完善, 並可提供有關單位設計魚道及魚類棲地復育保育時之參考另有關底棲性平鰭鰍科 (Homalopteridae) 魚類, 因其多以口特化的鰭及平板狀的腹部吸附在底石表面, 少以左右擺動軀體方式游泳, 故類此魚種改以探討其吸附力所能抵抗的最高流速 ( 最大附著流速,Maximum adhere velocity), 藉以瞭解魚類對棲地流速的利用現況游泳行為是魚類生命活動的重要方式, 如索餌洄游生殖群聚逃避敵害等行為皆離不開游泳 (Kolok 1991; Reidy et al. 2000; Plaut, 2001; Pedersen 2001; Fisher et al. 2005; Holthe et al. 2009) 當魚類突然受到外界驚嚇威脅而逃逸或通過高流速水域 ( 如急瀨魚道潛孔 ) 時所產生僅能維持短時間的瞬間衝刺速度稱為突進泳速, 例如 Beamish (1978) 認為只能維持短時間 ( 小於 20 sec) 之最高泳速稱之為突進泳速, 周等 (1999) 則認為魚類僅能維持 1 至 5 sec 之極限速度為突進泳速, 本研究採試驗魚瞬間 (1 至 20 sec 間 ) 爆發出之最高速度為其突進泳速 (Yeh, et al. 2010) 本年度試驗對象魚種為台灣特有種魚類台灣纓口鰍 (Crossostoma lacustre), 俗稱石貼仔花貼仔肉貼仔, 屬底棲性魚種, 喜歡棲息在溪流底質為中大型圓石和漂石湍急河段的淺流或淺瀨由於其鰭條末端有像凹陷橡皮般的趾墊, 可以牢牢吸住石頭, 因此當在湍急水域時, 常以扁平的身體及胸腹鰭平貼吸附在石頭上, 而非如一般鯉科魚類係以左右擺動軀體的游泳行為抵抗水流沖擊預備試驗過程曾嘗試以不傷害魚體的各種方法刺激台灣纓口鰍放棄吸附方式改採 98

126 游泳行為抗流, 惟始終未能如願, 有鑑其生態習性特殊, 故本年度仍仿上一年度試驗方法, 探討其最大附著力瞬間所能抵抗的最高流速 ( 簡稱最大附著流速 ) 本年度至 11 月止共計進行 50 隻台灣纓口鰍之抗流試驗, 試驗魚體長介於 5.6~11.0 cm 間, 試驗期間維持水溫 24 溶氧 8.8 mg/l ph 值 7.8, 導電度則在 222 μs/cm 左右, 試驗皆於白天進行, 室內照度約 2.5 μmol, 試驗前試驗魚禁食 24 hr 試驗結果顯示, 所有試驗魚所能抵抗的流速皆在 1.43 m/sec 以上, 最大附著流速的最小試驗值出現在體長 10.0 cm 的個體, 該隻試驗魚瞬間所能抵抗的水流速度最快為 1.48 m/sec 換言之, 其吸附能力可抵抗 10 BL/sec(Shift/Body length/sec, 位移 / 試驗魚體長 / 秒 ) 的水流速度 ; 另最大值出現在體長 6.9 cm 的個體, 該尾試驗魚瞬間能抵抗的水流速度高達 3.38 m/sec (48.99 BL/sec) 圖 5-32 為台灣纓口鰍體長與最大附著流速 (BL/sec) 之關係, 就試驗結果觀之, 台灣纓口鰍吸附壓克力管內壁表面抵抗水流沖擊的相對能力與其體長大小有負相關的趨勢, 即體長越小的個體其附著能力可抵抗單位時間內更大體長倍數位移的水流沖擊惟台灣纓口鰍最大實測附著流速 (m/sec) 與體長並無顯著之關係 ( 圖 5-33) 由於台灣纓口鰍係靠吸附物體表面抗流, 與一般靠軀體及尾鰭擺動推進游泳抗流的魚類有異, 推測其吸附能力應與胸鰭吸附面積或是魚體鉛直阻流面積有關, 未來將增加量測魚體相關參數, 探討其與最大附著流速之關係另附著物表面粗糙度與棲地水溫皆會影響台灣纓口鰍的附著能力, 因囿於計畫期程, 本試驗僅呈現台灣纓口鰍在水溫 24 時附著於壓克力表面之結果一般河床底石表面粗糙度較壓克力為大, 台灣纓口鰍於自然棲地對於不同底石之附著能力應再透過相關水理公式計算其與壓克力之差異加以推估, 至於不 99

127 同水溫對於台灣纓口鰍最大附著能力的影響, 則有待進一步的試驗加以探討 65 Maximum Adhere velocity ( BL/sec ) y = 184e x r = 0.81, p< Body length( cm ) 圖 5-32 烏溪台灣纓口鰍體長與最大附著流速 (BL/sec) 之關係 4 Maximum adhere velocity ( m/sec ) y = e x r = 0.45, p< Body length (cm ) 圖 5-33 烏溪台灣纓口鰍體長與最大附著流速 (m/sec) 之關係 100

128 五研究河段魚類適合度曲線繪製自然河道中, 受到水文水理及地形等因子影響而形成深潭淺瀨等水深變化, 得以產生多樣化的河川棲地型態, 而維持魚類多樣性及群聚發展在水域環境中, 水流速度易影響河床底質組成, 進而影響生物分布生物為維持其生存狀態則必須消耗能量來適應棲息環境之水流變化, 因此對於類而言, 水流速度對於其棲息環境具有重要影響水深亦受到水理改變形成深潭淺瀨等水深變化, 故可將水深視為棲地描述的另一重要因素河川之物理因子造成水深變化, 提供魚類生存空間及適合性隱蔽性之棲地, 水深可視為魚類利用棲地流域之分布影響因子河川底質組成受粒徑大小的影響, 產生多樣化河川棲地型態, 棲地型態不同亦會影響魚類族群分布狀況, 並具有提供魚類覓食及活動空間河道受到地形底質水理等物理因子影響, 形成深潭淺瀨淺流等流水形態而產生多樣化魚類棲息環境為瞭解魚類最適合棲地環境, 本研究實地進行調查, 紀錄捕獲魚種及數量, 並紀錄各項環境因子資料, 以建立魚類棲地之流速水深及底質適合度曲線因子 4 至 10 月份完成三個樣區 24 處子樣區及二個臨時樣區電格採集資料, 共計完成 580 個樣格分別以魚類出現頻度初繪出指標魚種明潭吻鰕虎台灣纓口鰍粗首鱲及台灣石魚賓之流速水深底質適合度曲線 101

129 ( 一 ) 流速適合度曲線建立 1 明潭吻鰕虎明潭吻鰕虎流速分布介於 0~1.6 m/sec 之間, 並以 0.2 m/sec 單位間距繪製流速適合度曲線由明潭吻鰕虎流速之適合度曲線 ( 圖 5-34) 顯示, 流速於 0.8 m/sec 時所呈現的適合度指數為最高, 於 0.6 m/sec 時適合度指數次高, 在 0.8 m/sec 之後適合度指數逐漸下降, 因此, 明潭吻鰕虎其較適合的流速範圍為 0.2~ 0.8 m/sec, 最適合流速為 0.8 m/sec 1.0 適合度指數 U ( 0.2 ) 流速 (m/sec) 圖 5-34 烏溪明潭吻鰕虎流速適合度曲線 102

130 2 台灣纓口鰍台灣纓口鰍流速分布介於 0.2~1.6 m/sec 之間, 並以 0.2 m/sec 單位間距繪製流速適合度曲線由台灣纓口鰍流速之適合度曲線 ( 圖 5-35) 顯示, 流速於 1.0 m/sec 時所呈現的適合度指數為最高, 於 0.8 m/sec 時適合度指數次高, 在 1.0 m/sec 之後適合度指數逐漸下降, 因此, 台灣纓口鰍較適合的流速範圍為 0.6 ~1.0 m/sec, 最適合流速為 1.0 m/sec 1.0 適合度指數 U ( 0.2 ) 流速 (m/sec) 圖 5-35 烏溪台灣纓口鰍流速適合度曲線 103

131 3 粗首鱲粗首鱲流速分布介於 0~1.6 m/sec 之間, 並以 0.2 m/sec 單位間距繪製流速適合度曲線由粗首鱲流速之適合度曲線 ( 如圖 5-36) 顯示, 流速於 0.6 及 0.8 m/sec 時所呈現的適合度指數為最高, 於 0.2 及 0.4 m/sec 時適合度指數則為次高故粗首鱲其較適合的流速範圍介於 0.2~0.8 m/sec 之間, 最適合流速為 0.6 及 0.8 m/sec 1.0 適合度指數 U ( 0.2 ) 流速 (m/sec) 圖 5-36 烏溪粗首鱲流速適合度曲線 104

132 4 台灣石魚賓台灣石魚賓流速分布介於 0.2~1.2 m/sec 之間, 並以 0.2 m/sec 單位間距繪製流速適合度曲線台灣石魚賓流速之適合度曲線 ( 如圖 5-37) 顯示, 流速於 0.4 m/sec 時所呈現的適合度指數為最高, 於 0.8 m/sec 時適合度指數則為次高, 流速在 1.0 m/sec 之後適合度指數逐漸下降, 台灣石魚賓其較適合的流速範圍介於 0.2~0.8 m/sec 之間, 最適合流速為 0.4 m/sec 1.0 適合度指數 U ( 0.2 ) 流速 (m/sec) 圖 5-37 烏溪台灣石魚賓流速適合度曲線 105

133 ( 二 ) 水深適合度曲線建立 1 明潭吻鰕虎明潭吻鰕虎水深分布介於 0.10~0.55 m, 並以 0.05 m 單位間距繪製水深適合度曲線由明潭吻鰕虎水深適合度曲線 ( 圖 5-38) 顯示, 當水深分別在 0.40 m 時適合度指數最高, 於水深 0.45 m 時出現頻率為次高, 而水深於 0.45 m 之後適合度指數則下降, 故明潭吻鰕虎水深適合度曲線較適合的水深範圍為 0.30 ~0.45 m, 最適合水深為 0.4 m 1.0 適合度指數 U ( ) 水深 (m) 圖 5-38 烏溪明潭吻鰕虎水深適合度曲線 106

134 2 台灣纓口鰍台灣纓口鰍水深分布介於 0.15~0.55 m, 並以 0.05 m 單位間距繪製水深適合度曲線由台灣纓口鰍水深適合度曲線 ( 圖 5-39) 顯示, 當水深分別在 0.45 m 時適合度指數最高, 於水深 0.40 m 時出現頻率為次高, 而水深於 0.40 m 之前適合度指數較低, 故台灣纓口鰍水深適合度曲線較適合的水深範圍為 0.35~ 0.55 m, 最適合水深為 0.45 m 1.0 適合度指數 U ( 0.2 ) 水深 (m) 圖 5-39 烏溪台灣纓口鰍水深適合度曲線 107

135 3 粗首鱲粗首鱲水深分布介於 0.10~0.55 m 之間, 以 0.05 m 單位間距繪製其水深適合度曲線在粗首鱲水深適合度曲線 ( 如圖 5-40) 顯示, 水深在 0.30 m 其適合度指數為最高, 水深 0.35 m 後適合度指數下降粗首鱲水深適合度曲線較適合的水深範圍為介於 0.30~0.35 m, 最適合的水深為 0.30 m 1.0 適合度指數 U ( 0.2 ) 水深 (m) 圖 5-40 烏溪粗首鱲水深適合度曲線 108

136 4 台灣石魚賓台灣石魚賓電格水深分布介於 0.10~0.50 m 之間, 以 0.05 m 單位間距繪製其水深適合度曲線在台灣石魚賓水深適合度曲線 ( 如圖 5-41) 顯示, 在水深 0.45 m 時適合度指數最高, 於水深 0.25 及 0.35 m 時出現頻率為次高, 台灣石魚賓水深適合度曲線顯示, 較適合的水深範圍為介於 0.25~0.45 m, 最適合水深為 0.45 m 1.0 適合度指數 U ( 0.2 ) 水深 (m) 圖 5-41 烏溪台灣石魚賓水深適合度曲線 109

137 ( 三 ) 底質適合度曲線建立 1 明潭吻鰕虎明潭吻鰕虎之底質分布介於 1~100 cm, 並予以繪製明潭吻鰕虎底質適合度曲線在底質適合度曲線 ( 圖 5-42) 顯示, 底質大小在 19 cm 時明潭吻鰕虎適合度指數為最高, 於 9 cm 時出現頻率次高, 明潭吻鰕虎其適合的底質範圍大小為 9~19 cm 為最佳, 最適合底質大小為 19 cm 1.0 適合度指數 U ( 0.2 ) 底質 (m) 圖 5-42 烏溪明潭吻鰕虎底質適合度曲線 110

138 2 台灣纓口鰍台灣纓口鰍之底質分布大小範圍介於 1~100 cm, 並予以繪製明台灣纓口鰍底質適合度曲線在底質適合度曲線 ( 圖 5-43) 顯示, 底質大小在 19 cm 時台灣纓口鰍適合度指數為最高, 於 9 cm 時出現頻率次高, 台灣纓口鰍其適合的底質範圍大小為 9~ 19 cm 為最佳, 最適合底質大小為 19 cm 1.0 適合度指數 U ( 0.2 ) 底質 (m) 圖 5-43 烏溪台灣纓口鰍底質適合度曲線 111

139 3 粗首鱲粗首鱲之底質分布大小範圍介於 1~100 cm, 並予以繪製粗首鱲底質適合度曲線在底質適合度曲線 ( 如圖 5-44) 顯示, 底質大小在 9~19 cm 時粗首鱲適合度指數為最高, 其他底質大小出現頻率皆較低因此, 粗首鱲介於 9~19 cm 間的底質大小為其較適合底質範圍, 最適合底質大小為 9 cm~19 cm 間 1.0 適合度指數 U ( 0.2 ) 底質 (m) 圖 5-44 烏溪粗首鱲底質適合度曲線 112

140 4 台灣石魚賓台灣石魚賓之底質分布大小範圍介於 1~100 cm, 並予繪製台灣石魚賓底質適合度曲線在底質適合度曲線 ( 圖 5-45) 顯示, 底質大小在 19 cm 時台灣石魚賓適合度指數為最高, 於 9 cm 時出現頻率為次高, 因此, 台灣石魚賓較適合底質大小為 9~19 cm, 最適合底質大小為 19 cm 1.0 適合度指數 U ( 0.2 ) 底質 (m) 圖 5-45 烏溪台灣石魚賓底質適合度曲線 113

141 ( 四 ) 綜合探討與分析 1 曲線分割為探討幼魚及成魚之群聚分組, 根據台灣纓口鰍生活史研究結果之最小成熟體長 6.7 cm 為基準, 將棲地特性 ( 流速水深及底質 ) 進行群組分析台灣纓口鰍幼魚組體長範圍 3.1 cm ~ 6.6 cm, 成魚組體長範圍 7.3 cm ~ 8.4 cm 繪製其適合度曲線 2 流速適合度曲線台灣纓口鰍流速以 0.2 m/sec 為單位間距繪製適合度曲線 ( 圖 5-46), 台灣纓口鰍幼魚適合流速介於 0.2 ~ 1.0 m/sec 間, 0.6 m/sec 為最適流速,1.0 m/sec 次之台灣纓口鰍成魚適合流速介於 0.4 ~ 1.8 m/sec 間,0.6 m/sec 為最適流速,0.8 m/sec 次之 C P U E C P U E 流速 (m/sec) 流速 (m/sec) 圖 5-46 烏溪台灣纓口鰍幼魚 ( 左 ) 及成魚 ( 右 ) 流速適合度曲線 114

142 3 水深適合度曲線台灣纓口鰍水深以 5 cm 為單位間距繪製適合度曲線 ( 圖 5-47), 台灣纓口鰍幼魚適合水深介於 15 cm ~ 55 cm 間,20cm 為最適水深,40 ~ 45 cm 次之台灣纓口鰍成魚適合水深介於 20 ~ 55 cm 間,45 cm 為最適水深,45 cm 次之 C P U E C P U E 水深 (m) 水深 (m) 圖 5-47 烏溪台灣纓口鰍幼魚 ( 左 ) 及成魚 ( 右 ) 水深適合度曲線 4 底質適合度曲線台灣纓口鰍幼魚適合底質介於 9 ~ 19 cm 間,19 cm 為最適 ( 圖 5-48),9 cm 次之台灣纓口鰍成魚適合底質介於 9 ~ 19 cm 間,19 cm 為最適,9 cm 次之 C P U E C P U E 底質 (m) 底質 (m) 圖 5-48 烏溪台灣纓口鰍幼魚 ( 左 ) 及成魚 ( 右 ) 底質適合度曲線 115

143 台灣纓口鰍幼魚與成魚的棲地適合度曲線在深度流速底質部分當以卡方檢定時均有顯著性的差異 (p<0.01), 纓口鰍的幼魚喜歡深度較淺流速較慢及有底質遮蔽處的區域, 這也與國內外的魚類適合度研究吻合, 魚類在幼魚階段會喜歡躲避在有遮蔽底質, 流速緩慢深度淺的水域, 一方面可以避免大型魚類的捕捉, 也可以消耗較少的能量抵抗強的流速以維持本身的活動, 而隨著魚體逐漸成長需要較大的空間與較多的食物, 因此需轉移至較深的水域活動, 而較高流速也能提供較多的食物給魚類成長所需, 因此成魚和幼魚的適合度曲線能提供魚類不同成長期間適合的棲地型態資訊 116

144 2 綜論因河川生物指標物種及魚類棲地適合度曲線, 可以提供環境經營管理人員水利工程人員和生態學家瞭解相關河道工程或水壩放流水對魚類族群的影響, 雖然河中魚類族群受到物理性化學性和生物因子的影響而變化, 溪流生態系也會受到不同程度干擾的變化如颱風的影響, 因此要獲得完全正確的預測模式有其限制, 但是如何瞭解魚類族群數量隨著環境因子變化之趨勢非常重要, 因此亟需建立魚類棲地適合度曲線以提供資源管理單位於資源管理評估方式之依據河道中的流量會隨著無法預測的天氣而經常改變, 進一步影響河川中魚類分布和數量, 因為通常伴隨著流量的改變會引起河中魚類棲地因子的變化, 例如 : 水深流速底質等當年冬季溪流量增加, 成熟魚類的分布和數量會跟隨變化增加, 但之前若溪流量顯著增加, 則可能會影響產卵棲地, 而減少當年溪流中幼魚的補充, 除了受到物理性因子的影響, 也會受到化學性因子的影響, 例如 : 水溫 ph 導電度和溶氧等, 若夏天高溫且河內溪流量減少, 也會影響水中的溶氧量, 則會發生魚類族群超過其致死高溫的限制而大量死亡, 因此河川中低流量會被視為魚類族群的限制因子, 而此種狀況也可經由魚類棲地使用的面積和族群量關係模擬來作預測河川的外在干擾程度, 可能會每一年不同, 除非是夏秋季颱風季節有超大流量, 魚類族群會在低流量時, 因棲地受到嚴重的影響, 則族群量受到影響的程度取決於外在干擾時間的長短, 以上這些影響因素都是會造成魚類族群的變化, 也會在棲地適合度曲線中表現出來, 生物間的競爭和捕食交互作用, 也可能影響其棲地的選擇, 因此, 要發展魚類的棲地適合度曲線必須要有長時間的資料收 117

145 集取樣能涵蓋不同的季節與棲地型態, 以瞭解魚類的喜好棲地溪流魚類族群經常受到天氣及環境因子等隨機事件影響, 其中天氣等隨機事件被認為是影響族群結構和數量的重要原因, 有些時候溪流族群結構會被認為是隨機事件, 更多時侯會發現魚類族群是會受到棲地決定性影響, 因而魚類適合生存棲地面積和魚類族群數量有顯著的正相關, 棲地適合度曲線決定河川魚類可生存棲地面積, 所以河川流量調查最終目的是發展出指標魚種的棲地適合度曲線, 以模擬在不同的狀況下河川魚類可生存棲地面積的變化 118

146 六適合度曲線應用介面建置本研究所開發之河川棲地模式應用介面包含流況歧異度 IBI 指數 River 2D 棲地適合度指數等 4 項模組 ( 一 ) 模組說明本系統資料夾中含有 4 項功能模組 : 流況歧異度 IBI 指數 River 2D 及棲地適合度指數, 全部整合於 Habitat 應用程式中, 並寫成一個主介面的執行檔, 執行功能模組時再呼叫所需的子介面利用雙擊選取執行 Habitat 應用程式, 便可以呼叫河川棲地模式應用介面的使用畫面 ( 如圖 5-49), 此時需要輸入帳號及密碼, 目前帳號及密碼皆預設為 River ( 需注意大小寫 ) 圖 5-49 河川棲地模式應用介面使用畫面 119

147 輸入帳號密碼後, 可以進入到程式主要畫面 ( 如圖 5-50), 畫面顯示 4 個可供選取的運算模組, 在選取適當的功能模組後, 可進行進一步的執行功能 ( 二 ) 流況歧異度圖 5-50 河川棲地模式應用介面主畫面本研究採用的流況歧異度計算方式, 係參採評估生物之歧異度, 主要以生物多樣性來評估該區的物種豐富度, 應用到評估棲地時, 可藉由棲地型態的描述, 得知指標魚種對於潭瀨類型的喜好程度及研究河段之潭瀨類型特性本研究採用 Simpson 歧異度指數, 並依其定義加以修正如下 : D 1 s s 2 Pi i 1 i 1 ni N 2 120

148 式中 : D : 歧異度指數 ;λ: 優勢度指數 ;S: 總斷面數 ;i: 棲地型態 ( 淺瀨淺流深潭深流 ); P i : 棲地型態所占比例 ; n i : 棲地型態所占之面積 ;N: 各斷面水域面積圖 5-51 為流況歧異度功能模組示意圖圖 5-51 流況歧異度功能模組示意圖 ( 三 )IBI 指數 IBI 指數計算係依據為水利規劃試驗所 (2006) 臺灣地區河川棲地評估技術之研究建立之生物屬性對照表, 計算得 IBI 指標積分 ( 如圖 5-52), 藉由 IBI 指標積分評估河川棲地品質 ( 如表 5-9) 使用者並可自欄位選取魚種即可顯現該魚類之照片及其生態習性資料 ( 如圖 5-53 及圖 5-54) 121

149 圖 5-52 IBI 指標計算示意圖表 5-9 IBI 積分等級表狀態等級 (Condition Category) IBI 範圍 (Score Range) 無污染 (Non-impaired) 輕微污染 (Slightly impaired) 中等污染 (Moderately impaired) 嚴重污染 (Severely impaired)

150 圖 5-53 魚類資料輸入介面示意圖圖 5-54 查詢魚類生態習性資料示意圖 123

151 ( 四 )River2D 本研究採用的 River 2D 執行程式, 可由本程式介面中利用選取 River 2D 後即會出現對話框如圖 5-55, 再選取所要執行的模組其餘詳細的程式與理論介紹, 則參考本研究報告的相關章節圖 5-55 River2D 模組功能選單 ( 五 ) 棲地適合度指數本模組建置的適合度指數是為了進行 River 2D 計算時所需要輸入的棲地適合度指數資料檔, 使用者可以在已建置之適合度指數資料庫中選取所需要的適合度指數 ( 如圖 5-56), 進行查詢或轉成 River 2D 的所需的輸入格式 ( 如圖 5-57) 124

152 圖 5-56 棲地適合度指數資料檔示意圖圖 5-57 棲地適合度檔案資料示意圖 125

153 七研究河段案例模擬 ( 一 ) 研究河段位置及河道地形測量選取北港溪之大旗橋河段上游 100m 至 350m 河段 ( 共 250m) 作為案例模擬之研究河段 ( 圖 5-58 ), 並已於 5 月完成河道測量 ( 如圖 5-59) 及數值高程 ( 如圖 5-60 及圖 5-61) 建置為瞭解丁壩對河川棲地的影響, 於大旗橋上游 160 m 右岸設置 3 座不越流丁壩 ( 丁壩長 12 m, 寬 2m, 丁壩間距為 22m) 模擬設置丁壩前後流速水深流況及針對指標魚種 ( 台灣石魚賓與明潭吻鰕虎 ) 在可用棲地的 WUA 之變化 (WUA 計算方法詳附件六 ) 圖 5-58 北港溪大旗橋模擬河段 126

154 圖 5-59 北港溪大旗橋上游河段地形測量資料 127

155 Bed Elevation Distance 10.0 m Y X 圖 5-60 研究河段數值高程 ( 原河道 ) Bed Elevation Distance 10.0 m Y X 圖 5-61 研究河段數值高程 ( 右岸設 3 丁壩 ) 128

156 ( 二 ) 研究河段水文流量分析案例中採用之流量值, 係依照洪峰流量與常流量二種分別計算, 以利進行後續水理與生態演算分析模擬, 但因本案研究河段地點, 屬於非設水文站之位置, 故無法取得長期觀測流量, 進行相關水文分析, 因此在常流量部份採用流量延時曲線方式進行模擬, 而在洪峰流量部份則採用集水區自動劃分模擬的方式進行, 詳細資料分述如下 : 1. 常流量現行台灣河川各流量站之流量延時曲線多採用韋伯法 (Weibull), 將測站歷年各日流量記錄資料大至小排序, 計算某流量記錄之發生機率百分比並繪製成圖表其繪製方式一般以流量為縱軸發生時間百分比為橫軸, 由繪圖曲線可了解某河川日流量大小所發生時間百分比分布情形, 日流量延時曲線建立目的乃是顯示某時段日流量大於某流量值之可能發生時間百分比, 其數值適合用來推估常流量與生態基流量根據經濟部水利署公佈之台灣地區河川流量資料庫水文分析中, 楊承峰 (2002) 即曾經由本資料庫系統中, 利用烏溪乾峰橋流量站之流量延時曲線, 並用於烏溪上游的河川低水流量分流演算推估魚類棲地, 本研究先利用經濟部水利署水文水資源資料管理供應系統中的地理資訊系統項下的業務圖資, 查詢本河段鄰近的流量站與雨量站等資訊, 查詢所得之相關流量站與雨量站之空間分佈如圖 5-62 所示, 資料顯示鄰近之流量站紀錄時間較久者為 : 乾峰橋, 因研究河段無流量站, 故選取鄰近紀錄時間最久之流量站為分析基準, 再由比面積法 ( 大旗橋集水區與乾峰橋集水區面積比值 ) 推求試驗研究點位之流量延時曲線, 獲得之統計水文分析資料 ( 如表 5-10 所示 ) 129

157 圖 5-62 大旗橋鄰近流量站與氣象站空間分佈示意圖 ( 資料來源 : 經濟部水利署水文水資源資料管理供應系統 ) 表 5-10 研究河段流量延時曲線分析所得之超越機率流量值 (cms) 50% 55% 60% 65% 70% % 80% 85% 90% 95%

158 2. 洪峰流量本案採用之洪峰流量模擬, 係利用林昭遠教授所提之集水區資訊系統 (WinGrid)( 林昭遠林文賜,2001), 系統中採用數值高程模組 (Digital Elevation Models, DEMs) 資料推導集水區自動劃分之理論, 集水區自動劃分係利用流向資料來自動劃分子集水區, 利用使用者自行指定集水區出口, 利用流向及遞迴演算法來搜尋上游之集水區範圍 ( 圖 5-63), 萃取之集水區如下圖所示集水區特性分析則以集水區為分析範圍, 利用等集流時間法, 計算集水區內的地文水文因子, 例如頻率年無因次降雨強度之推估與集水區出水口之不同頻率年的洪峰流量 ( 如表 5-11 所示 ) 131

159 圖 5-63 大旗橋上游集水區模擬示意圖表 5-11 洪峰流量推估值 Q1 Q2 Q5 Q10 Q25 Q50 Q Q x : 表示重現週期為 x 年的洪峰流量 ( 單位 :cms) 132

160 3. 研究河段模擬結果在常流量 ( 以下以 Qn 代表常流量, 本案例以 Weibull 法分析中, 超越 95% 機率之流量值為代表 ) 下流速分布如圖 5-64; 水深分布如圖 5-65; 台灣石魚賓 WUA 為 m 2 ( 如圖 5-66); 明潭吻鰕虎 WUA 為 m 2 ( 如圖 5-67) 加設 3 丁壩流速分布如圖 5-68; 水深分布如圖 5-69; 台灣石魚賓 WUA 為 m 2 ( 如圖 5-70); 明潭吻鰕虎 WUA 為 m 2 ( 如圖 5-71) Velocity 1.07 Qin = Qout = 圖 5-64 原河道常流量下之流速分布 Depth 1.25 Qin = Qout = 圖 5-65 原河道常流量下之水深分布 133

161 Weighted Useable Area Qin = Qout = 圖 5-66 原河道常流量下台灣石魚賓之 WUA(819.76m 2 ) 分布 Weighted Useable Area Qin = Qout = 圖 5-67 原河道常流量下明潭吻鰕虎之 WUA( m 2 ) 分布 134

162 Velocity Qin = Qout = 圖 5-68 加丁壩常流量下之流速分布 Depth Qin = Qout = 圖 5-69 加丁壩常流量下之水深分布 135

163 Weighted Useable Area Qin = Qout = 圖 5-70 加丁壩常流量下台灣石魚賓之 WUA(808.30m 2 ) 分布 Weighted Useable Area Qin = Qout = 圖 5-71 加丁壩常流量下明潭吻鰕虎之 WUA( m 2 ) 分布 136

164 在 2 年設計流量 (Q 2 =752 cms) 下, 流速分布如圖 5-72; 水深分布如圖 5-73; 台灣石魚賓 WUA 為 m 2 ( 如圖 5-74); 明潭吻鰕虎 WUA 為 m 2 ( 如圖 5-75) 加設丁壩流速分布如圖 5-76; 水深分布如圖 5-77; 台灣石魚賓 WUA 為 m 2 ( 如圖 5-78); 明潭吻鰕虎 WUA 為 m 2 ( 如圖 5-79) 在原河道 5 年 10 年及 25 年設計流量下, 台灣石魚賓 WUA 分別為 m m 2 及 m 2 ; 明潭吻鰕虎 WUA 分別為 m m 2 及 m 2 加設丁壩在 5 年 10 年及 25 年設計流量下, 台灣石魚賓 WUA 分別為 m m 2 及 m 2 ; 明潭吻鰕虎 WUA 分別為 m m 2 及 m 2 Velocity Qin = Qout = 圖年設計流量流速分布 137

165 Depth Qin = Qout = 圖年設計流量水深分布 Weighted Useable Area Qin = Qout = 圖年設計流量下台灣石魚賓之 WUA(26.98 m 2 ) 分布 138

166 Weighted Useable Area Qin = Qout = 圖年設計流量下明潭吻鰕虎之 WUA(61.45 m 2 ) 分布 Velocity Qin = Qout = 圖年設計流量加設丁壩流速分布 139

167 Depth Qin = Qout = 圖年設計流量加設丁壩水深分布 Weighted Useable Area Qin = Qout = 圖年設計流量加設丁壩下台灣石魚賓之 WUA (44.12 m 2 ) 分布 140

168 Weighted Useable Area Qin = Qout = 圖年設計流量加設丁壩下明潭吻鰕虎之 WUA ( m 2 ) 分布 4. 加設丁壩前後 WUA 與流況比較以指標魚種比較加設丁壩前後 WUA 與流況岐異度指數 (Diversity Index) 之變化 ( 如表 5-12 及圖 5-80) 模擬結果顯示流量增加後河川棲地趨於單調化 ( 大多為深流 ), 造成 WUA 與流況岐異度均降低, 但加設丁壩後研究河段之 WUA 與流況岐異度均較原研究河段為高, 顯示加設丁壩後可增加棲地之 WUA 與流況岐異度, 對指標魚種之棲地有正面助益加設丁壩所產生的緩流區 ( 如圖 5-81), 可提供指標魚種於常流量棲息與高流量時避難之用 141

169 表 5-12 研究河段加設丁壩前後 WUA 與流況岐異度比較 Qn Q2 Q5 Q10 Q25 原研究河段加設三丁壩後之研究河段指標魚種台灣石魚賓明潭吻鰕虎指標魚種台灣石魚賓明潭吻鰕虎 WUA(m 2 ) WUA(m 2 ) D D WUA(m 2 ) WUA(m 2 ) D D WUA(m 2 ) WUA(m 2 ) D D WUA(m 2 ) WUA(m 2 ) D D WUA(m 2 ) WUA(m 2 ) D D 石魚賓 WUA 比較原地形之 WUA 加三丁壩之 WUA Qn Q2 Q5 Q10 圖 5-80 不同流量加設丁壩前後台灣石魚賓之 WUA 比較 142

170 明潭吻蝦虎 WUA 比較原地形之 WUA 加三丁壩之 WUA Qn Q2 Q5 Q10 圖 5-81 不同流量加設丁壩前後明潭吻鰕虎之 WUA 比較 5. 福祿數棲地流況分析河川棲地流況的分類在棲地分布的研究一直是非常重要的議題 ; 汪靜明 (2000) 以流速水深與底質等參數, 將棲地流況分為淺瀨淺流深潭及深流等不同棲地流況 ( 如表 5-13) 生態學家過去常以視覺分類法 (visual classification) 對河川棲地流況進行定性描述, 唯視覺分類法是以定性和主觀的判定作為考量, 並不考慮到客觀的確定數量和棲地分布因此應用水理參數 ( 如福祿數等 ) 成為一種判定棲地流況之量化指標福祿數 (Fr) 為水利工程經常應用的水理參數, 定義為慣性力和重力之比, 公式如下 : 式中 u 為流體速度,L 為物體特徵長度,g 為重力加速度 143

171 生態學家也應用福祿數分析河川棲地, 如 Heede and Rinne (1990) 以水力特性描述水棲昆蟲的類型 ;Jowett (1993) 於紐西蘭 1112 個河川樣點進行實地調查, 結果顯示深潭之福祿數小於 0.18, 淺瀨之福祿數大於 0.41 Yu (1996) 以水力參數之福祿數建立多變量棲地適合度曲線, 並以福祿數作為河川流況之判定基準 ( 深潭之福祿數小於 0.2, 淺瀨之福祿數大於 0.4) 林秉賢 (2002) 根據國外研究整理淺瀨淺流深潭及深流等不同棲地流況之福祿數範圍 ( 如表 5-14) 表 5-13 以流速水深與底質等參數之棲地流況判定棲地流況流速水深底質淺瀨 (Riffle) > 0.3 m/sec <0.3 m 漂石圓石淺流 (Glide) < 0.3 m/sec <0.3 m 砂石礫石卵石深潭 (Pool) < 0.3 m/sec >0.3 m 岩盤漂石圓石深流 (Run) > 0.3 m/sec >0.3 m 漂石圓石卵石資料來源 : 汪靜明 (2000) 表 5-14 以福祿數之棲地流況判定棲地流況福祿數寬深比 (b / h) 限制淺瀨 (Riffle) < Fr < 1 b / h >15 淺流 (Glide) Fr < b / h <30 深潭 (Pool) Fr < b / h <15 水面坡度 0 深流 (Run) Fr 1 無資料來源 : 林秉賢 ( 2002) 144

172 研究河段加設 3 丁壩在 2 年設計流量 (Q2=752 cms) 下, 福祿數分布如圖 5-82; 若以林秉賢 ( 2002) 之判定方法 ( 不考慮寬深比限制 ), 計算研究河段 811 格點之棲地流況岐異度為 0.54( 淺瀨 :518 格點淺流 : 90 格點深潭 : 153 格點及深流 : 50 格點 ), 其中以淺瀨及深潭為主要棲地流況若以汪靜明 ( 2000) 之判定方法 ( 不考慮底質 )2 年設計流量流速與水深 ( 如圖 5-72 及 5-73), 計算研究河段 811 格點之棲地流況岐異度為 0.24( 淺瀨 :2 格點淺流 : 17 格點深潭 : 93 格點及深流 : 699 格點 ), 其中以深流及深潭為主要棲地流況因福祿數為兩水利參數之比例值, 部分格點雖然位於為高流速與高水深區域, 但仍被誤判定為淺瀨兩種判定方法 ( 流速與水深判定方法及福祿數判定方法 ), 對棲地流況之判定相同率只有 16% Froude # Qin = Qout = 圖 5-82 加設 3 座丁壩在 2 年設計流量下福祿數分布 145

173 6. 模式驗證本研究以研究河段流速及水深之實測值與模擬值絕對值平均誤差 (MAPE, 如式 4-1) 及 WUA 與指標魚種 ( 明潭吻鰕虎 ) 之捕獲量關係做模式驗證於研究河段設置 4 條穿越線 ( 如圖 5-83) 進行驗證, 流速及水深之實測值與模擬值 MAPE 驗證結果 ( 如圖 5-84 及圖 5-85 ), 其中流速之實測值與模擬值 MAPE=39%, 水深之實測值與模擬值 MAPE=28%, 經由 Lewis (1982) 模式驗證判定標準 ( 表 5-15) 判定皆為合理模擬範圍之內模擬 WUA 與實際漁獲之標準化分布如圖 5-86( 以有漁獲之 30 個樣格 (F1~F30) 進行比對 ), 結果發現部分指標魚種出現較多之樣格, 其模擬 WUA 數值並未相對變大 ( 當 WUA 數值大, 理論上應較適合指標魚種棲息 ), 這可能是由於其它環境因子影響 ( 如水質 ) 適合度曲線之代表性或取樣誤差等因素所造成, 應進一步對適合度曲線或模擬方法作調整, 以增加模式之準確度表 5-15 模式驗證判定標準 MAPE(%) 說明 <10 高準確的模擬優良的模擬合理的模擬 >50 不準確的模擬資料來源 :Lewis (1982) 146

174 圖 5-83 水理驗證穿越線位置示意圖 m/s 實測流速 R2D 模擬流速取樣編號圖 5-84 River 2D 模擬與實測流速趨勢圖 147

175 m 實測水深 R2D 模擬水深取樣編號圖 5-85 River 2D 模擬與實測水深趨勢圖 WUA 實際漁獲 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 F16 F17 F18 F19 F20 F21 F22 F23 F24 F25 F26 F27 F28 F29 取樣編號圖 5-86 研究河段 WUA 與實際漁獲數量標準化值分布 148

176 參考文獻 1. 中央氣象局全球資訊網 - 日月潭氣象站 2. 方力行陳義雄 1999 台灣淡水及河口魚類誌國立海洋生物博物館 3. 方力行 1989 台灣電力公司新天輪水力發電工程施工期間生態調查研究計畫第一年期末報告 4. 毛振泰 2006 臺灣河川生態定量評定與改善方式之研究國立中央大學土木工程研究所博士論文 5. 余燕妮 2006 台灣河川特有魚種之分區適合度曲線研訂國立中央大學土木工程研究所碩士論文 6. 吳宗儒 2010 河川棲地綜合適合度指數之應用研究 - 以筏子溪為例中華大學土木與工程資訊學系碩士論文 7. 吳振欣 2008 利用河川棲地二維模式評估防砂壩魚道對河川棲地之影響 - 以北勢溪為例中華大學土木與工程資訊學系碩士論文 8. 呂映昇孫建平 2010 魚類棲地多樣性與空間層級系統之關係探討及其於溪流復育之應用 9. 李永安 2007 大漢溪上游河川魚類棲地適合度曲線之研究國立中央大學土木工程研究所碩士論文 10. 李訓煌吳瑞賢莊明德陳有祺溫博文廖光正周文杰李德旺張世倉陳榮宗河川棲地二維模式 (River 2D) 之應用研究 (1/2~2/2) 經濟部水利署水利規劃試驗所 11. 李德旺于錫亮 2005 埔里中華爬岩鰍棲地環境之需求特有生物研究 7(2):

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183 73. Herrera, M., J. A. Herhando, C. Fernandez-Delga, and M. Bellido Age, growth and production of the barbell barbus-sclateri gunther1868 in a first-order stream in southern Spain. Journal of Fish Biology 33: Holomuzki, J. R. and B. J. F. Biggs Food limitation affects algivory and grazer performance for New Zealand stream macroinvertebrates. Hydrobiologia 561: Holthe, E., E. Lund,, B. Finstad, E. B. Thorstad and R. S. Kinley, Swimming performance of the European minnows. Boreal Env. Res. 14: Hudson, McMillan, and Grey Proposed Wairau Valley hydroelectric power dcheme. Environmental Management Associates Report Hyslop Stomach contents analysis-a review of methods and their application. Journal of Fish Biology 17: Ikejima, K. and M. Shimizu Sex ratio in the dragonet, Repomucenu svalenciennei. Ichthyol. Res., 46(4): Jay Lacey, R.W., and G. M. Robert Reach scale hydraulic assessment of instream salmonid habitat restoration. The Journal of the American Water Resources Association (JAWRA). No Jones, G.P.,and U.L. Kaly Criteria for selecting marine organisms in biomonitoring studies in R. J. Schmitt & C. W. Osenberg ed. Detecting Ecological Impacts Concepts and Applications in Coastal Habitats, p Jordan, S., T. L. Rosenfeld, L. Gerhard and R. Lorne Food abundance and fish density alters habitat selection, growth, and habitat 156

184 suitability curves for juvenile coho salmon (Oncorhynchus kisutch). Can. J. Fish. Aquat. Sci. 62(8): Jorde, K., M. Schneider, A. Peter, and F. Zoellner Fuzzy based models for the evaluation of fish habitat quality and instream flow assessment. 3rd International Symposium on Environmental Hydraulics, Tempe, AZ, Dec. pp Jowett, I.G A method for objectively identifying pool, run, and riffle habitats from physical measurements. New Zealand Journal of Marine and Freshwater Research, 27: Kagwade, V. N Maturation and spawning in the horse mackerel, Caranx kalla (Cuv, Bal.) Indian. Journal of Fishery 15: Kameyama, S., M. Fukushima, M. Han and M. Kaneko Spatio-temporal changes in habitat potential of endangered freshwater fish in Japan. Ecol. Inf. 2(4): Katopodis, C Advancing the Art of Engineering Fishways for Upstream Migrants. Proceedings of the International Symposium on Fishways 90 in Gifu. pp October. 87. Kennen, J. G., L. J. Kauffman, M. A. Ayers, D. M. Wolock and S. J. Colarullo Use of an integrated flow model to estimate ecologically relevant hydrologic characteristics at stream biomonitoring sites. Ecological Modelling 211(1-2): Kolok, A. S Photoperiod alters the critical swimming speed of juvenile largemouth bass, Micropterus salmoides, acclimated to cold water. Copeia 1991:

185 89. Koumoundouros, G., D. G. Sfakianakis, P. Divanach, and M. Kentouri Effect of temperature on swimming performance of sea bass juveniles. Journal of Fish Biology 60: Krause, J., A. J. W. Ward, A. L. Jackson, G. D. Ruxton, R. James, and S. Currie The influence of differential swimming speeds on composition of multi-species fish shoals. Journal of Fish Biology 67: Lewis, C. D Industrial and business forecasting methods: a practical guide to exponential smoothing and curve fitting. London: Butterworth Scientific. 92. Liefferinge, C. V., P. Seeuws, P. Meire and R. F. Verheyen Microhabitat use and preferences of the endangered Cottus gobio in the River Voer, Belgium. Journal of Fish Biology 67: Lin Yu-Pin, C. L. Wang, H. H. Yu and Y. C. Wang, Estimating and cassifying spatial and temporal distributions of flow conditions for fish habitats by using geostatistical approaches with measured flow and fish data. Lecture Notes in Computer Science, Vol. 6016: Mark, B. Bain, J. T. Finn, and H. E. Booke A quantitative method for sampling riverine microhabitats by electrofishing. North American Journal of Fisheries Management 3: Marshall, N. B The life of fishies, London Weidenfeld and Nicolson. 96. Mouton, A.M., M. Schneider, J. Depestele, P. L. M. Goethals, and N. De Pauw Fish habitat modelling as a tool for river management. Ecological Engineering 29:

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187 106. Nykanen, M., and A. Huusko Suitability criteria for spawning habitat of riverine European grayling. Journal of Fish Biology 60: Peake, S.J., R. S. Mckinley and D. A. Scruton Swimming performance of various freshwater Newfoundland salmonids relative to habitat selection and fishway design. Journal of Fish Biology 51: Pedersen, J Hydroacoustic measurement of swimming speed of North Sea saithe in the field. Journal of Fish Biology 58: Platts, W.S., W.F. Megahan, and G.W. Minshall Method for evaluating stream, riparian, and biotic condition. U.S. Forest and Range Experiment Station, General Technical Report INT-138, Ogden, Utah, USA. pp Plaut, I Critical swimming speed: its ecological relevance. Comparative Biochemistry and Physiology Part A 131: Reidy, S. P., S. R. Kerr and Nelson, J. A Aerobic and anaerobic swimming performance of individual Atlantic cod. Journal of Experimental Biology 203: Robert L. Vadas, Robert L. Vadas and Donald J. Orth, Habitat Use of Fish Communities in A Virginia Stream System. Environmental Biology of Fishes, Vol. 59, No. 3, pp Robert, C. Hilldale and David M. Mooney Identifying stream habitat features with a two-dimensional hydraulis model. U.S. Department of the Interior Bureau of Reclamation Technical Service Center Denver, Colorado.Technical Series No. TS-YSS

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189 approaches. Regulated Rivers: Research & Management 17 (1): Ward, David L., Andrew A. Schultz, and Paul G. Matson Differences in swimming ability and behavior in response to high water velocities among native and nonnative fishes. Environmental Biology of Fishes 68: Wellnitz, T. A. and J. V. Ward Does light intensity modify the effect mayfly grazers have on periphyton. Freshwater Biol. 39: Wu, Weiming, He Zhiguo, and Sam.S.Y., Wang analysis of aquatic habitat suitability using a depth-averaged 2-D model. The Joint 8th Federal Interagency Sedimentation Conference and 3rd Federal Interagency Hydrologic Modeling Conference, Silver Legacy, Reno, Nevada Yeh, M. F., C. H. Ho and M.A. Lee Burst swimming speeds of two minnows Acrossocheilusparadoxus and Varicorhinus barbatulus in relation to water temperature and body size. J. Fish. Soc. Taiwan, 37(1): Yi, Yujun, Z. Wang and Z. Yang Impact of the Gezhouba and Three Gorges Dams on habitat suitability of carps in the Yangtze River Journal of Hydrology 387: Yonemori, Tooru Measurements on swimming power of fish-i Purpose and method of measurement. Bulletin of the Japanese Society of Scientific Fisheries 44(2) Yu, S. L. and E. J. Peters Use of Froude numbers to determine habitat selection by fishes. Rivers 6:

190 129. Yu, S. L., E. J. Peters and W. W. Stroup Application of logistic regression to develop habitat suitability criteria for sand shiner, Notropis stramineus. Rivers 5: Yujun Yi,Zhaoyin Wang, Zhifeng Yang Two-dimensional habitat modeling of Chinese sturgeon spawning sites. Ecological Modelling 221:

191 附件一服務建議書簡報之意見整理與處理情形一會議時間 : 中華民國 99 年 4 月 8 日 9 時 30 分二會議地點 : 本所舊正辦公區 4 樓會議室三主持人 : 廖副所長培明四出席及請假委員 : 如簽名冊五主持人致詞 : 略六簡報 : 略七記錄人員 : 李維人委員意見答覆委員 1 1. 有關底質適合度曲線, 是否可用另一種方式併列呈現, 例如在橫座標用河床底質分類級距 ( 大小漂石圓石卵石礫砂等 ) 2. 現有使用的 River2D 模式若有坡度較陡的河段 ( 例如有超臨界流之流況 ), 是否可以模擬? 若否, 請說明 1. 為配合棲地模式的模擬, 適合度曲線以量化資料表示其適合棲地的範圍 2.River 2D 的模式是建構在一個二維向量平均水深魚類棲地且特定應用於自然河川的模擬模式應用的限制, 則受限在其基本的三項假設 : (1) 在垂直軸的壓力分布為靜水壓, 因此在陡坡河槽或是坡度急速變化的河段, 其精確度會降低, 當模擬河道的長度小於 10 倍的水深時或河道坡度大於 10% 時, 亦無法正確模擬 (2) 本模式假設在同一點位置下, 不論水深的深度, 其流速皆為定值, 因此二次流與渦流並不會加以計算 (3) 本模式忽略科氏力與風力的計算, 因次本模式亦不適用於大 164

192 委員 2 1. 有關中部河川選定應於期初審查時再提出為宜, 然就服務建議所述目前選定為烏溪, 其調查範圍為何? 委員 3 1. 在選擇指標魚種之修件中, 何謂棲地移動性高? 是否應考慮挑選不同類型的棲地, 或較稀有或瀕危的魚種為優先型水體, 例如 : 大型湖泊與海岸等地區 1. 基於河川生物調查應有每季調查資料, 才能完整呈現生態之變化, 使生態資料具有代表性, 目前先就中部河川中選擇較適合進行研究之烏溪, 其調查河段為南港溪觀音橋河段北港溪福興橋河段水長流溪大旗橋河段及南北港溪匯流河段, 如期初審查時審查決議應在其他河川進行研究較佳, 屆時將依審查決議變更調查河段, 但仍需於明年再補充調查 1-4 月之生態調查資料 1. 建立魚類棲地適合度曲線必先瞭解對象魚種對棲地環境因子 ( 如水深流速等 ) 的喜好情形, 所謂棲地移動性高, 係指對棲地改變反應較敏感, 即當原棲地某種環境因子改變時, 指標魚種因具有較佳的活動遷徙能力, 可隨其意志離開原棲地去尋找另外較適合的環境如此, 每一電格捕獲的指標魚種密度或出現率的高低才能較忠實的反映該魚種對水深流速等環境因子喜好情形另樣區電格調查係採分層逢機取樣方式進行, 且儘量選擇可橫渡的河段操作, 理論上不同類型的棲地應皆可能在電格法的操作範圍內又有關指標魚種是否以較稀有或瀕危的魚種為優先, 165

193 2. 除了少數幾種指標魚種外, 建議在作現場調查時, 亦同時收集其他魚種之棲地或生態習性資料, 以便未來對每一種魚的棲性或生態習性都有更完整的資料, 也便於作不同河川間的比較 3. 所建置的河川棲地模式應用介面的四個模組之間是否有關聯性應敘明清楚此外所查到的適合度指數如何應用到水利工程之規劃上來作為施工時對魚類影響的減輕對策, 以及如何能兼顧不同魚種不同棲性的不同需求, 亦可嘗試探討之因建立魚類棲地適合度曲線需大量的有效電格樣本 ( 指標魚種有出現樣區的電格資料 ), 稀有或瀕危魚種族群量本就偏低, 相對所需樣本數會更大, 需累積長期的野外調查資料才能因應本計畫期程尚不足 3 年, 且需完成北中南各一條河川的調查, 因時考量間因素, 本計畫暫排除稀有或瀕危魚種, 優先選擇分布較普遍的台灣特有或原生種魚類為研究對象因稀有或瀕危魚種之族群數量較少, 相對調查之樣本太少, 不容易在 1 年計畫中有研究成果 2. 調查發現之所有魚種都將同時收集列為基本資料 3. 為補充現有棲地模式之不足與應用之便利性, 本研究開發河川棲地模式應用介面供河川棲地評估分析與模擬使用 ; 使用者除已建置魚類資料庫查詢相關生態資料與圖片, 並可直接選取所需要魚種之適合度指數, 進行查詢或轉成 River2D 的所需的輸入格式, 進行河川棲地模擬 166

194 委員 4 1. 針對所建議的烏溪河段, 貴團隊之指標魚種對象為何? 2. 河川棲地模擬區域是否已有腹案? 其選擇原因或依據為何? 委員 5 1. 如何展示顧問, 及協同主辦人在本案的角色及功能? 2. 指標物種在不同生活史中的棲地需求 ; 如產卵場場及餌食場等之適合度曲線之研究 3. 棲地條件, 本研究選用水深流速為主, 是否足夠? 如何擴充更相關的多元因子? 4. 請整合歷年來貴中心之相關研究結果 1. 研究團隊在選擇的河段完成初步的調查工作後, 會依調查結果選擇台灣特有或原生的優勢魚種為烏溪的指標魚種指標魚種需等進行普查後才能依各種標準之調查數據選出魚種 2. 本年度河川棲地模擬河段將俟研究調查選定後, 於研究範圍內選擇較適宜之河段進行模擬分析 1. 本計畫顧問具有河川生態調查多年經驗及專業知識, 最主要提供其在美國的研究經驗, 適時提供研究意見因本計畫為跨領域研究計畫, 故協同主持人依其專業領域不同, 由具備魚類棲地調查物種調查分析應用介面建置及棲地案例模擬等不同專長人員擔任 2. 由於台灣大多數河川魚類的生活史尚不清楚, 雖如此, 會依委員的建議方向進行 3. 如何將複雜的棲地生態建立合適的模型, 一直是棲地生態專家努力進行的研究 ; 故為簡化棲地生態模型, 以單變量之適合度曲線為目前最被接受的演算方法, 唯亦有學者嘗試以福祿數 ( 含流速及水深兩變數 ) 之適合度曲線作為棲地流態分析之用 4. 研究成果中將整合本中心歷年相關研究資料, 將使研究成果更 167

195 委員 6 計畫全程計 3 年, 每年預定選取不同地區 ( 台灣北部中部南部 ) 河川為調查對象, 請問 : 1. 不同地區選取之指標物種是否相同? 2. 若選取相同指標物種在不同地區調查結果其適合度曲線不相同時, 如何處理委員 7 1. 烏溪擬探討之河段究竟在何處, 請補充說明 2. 某一河川辦理治理規劃其指標魚種如何選定, 請補充說明臻完整 1. 台灣河川魚類在不同地區 ( 台灣北部中部南部 ) 各有其地理分布, 因此不同地區選取之指標物種可能相同, 亦可能不同 2. 河川魚類的棲地選擇會因地形緯度氣候環境因子及本身需求的影響, 而有不同的選擇, 因此若選取相同指標物種在不同地區調查結果其適合度曲線是可能不相同 1. 烏溪擬探討之河段, 會選人為干擾較少的中上游 2. 若涉及生態基流量之評估, 適合度曲線指標魚種之選定建議考量下述原則 : (1) 優先選擇分布較普遍的台灣特有或原生種魚類 (2) 優先選擇需水量較高的中上層活動的魚類 (3) 優先選擇棲地移動性高, 即對棲地改變反應較敏感的魚種 (4) 若時間許可 ( 長期調查資料 ) 且當地為保育類魚種棲地, 治理時又會對其生態造成負面衝擊時, 應將其擇為指標魚種 168

196 委員 8 1. 由於本研究所得之基礎資料甚為寶貴, 計畫完成後應完整交付主辦單位 2. 除所選取之指標物種, 進行適合度曲線繪製, 其它魚種亦應儘可能繪出 1. 於計劃完成後, 屆時將附入成果光碟中 2. 如有效電格樣本數足夠, 將儘量完成可繪製之魚種曲線八審查結果 : 詳如評分總表, 本計畫服務建議書審查委員會議計 8 位委員出席, 其審查結果 8 位委員評分 80 分以上, 已達出席委員二分之一, 依行政程序由主辦單位簽請所長核准後, 方同意由行政院農業委員會特有生物保育中心取得第 2 年度延續計畫議價資格九散會 ( 上午 10 時 40 分 ) 169

197 附件二工作執行計畫書簡報之意見整理與處理情形一開會時間 :99 年 5 月 21 日 ( 星期五 ) 下午 2 時二開會地點 : 水利規劃試驗所霧峰公區 A 棟 4 樓會議室三主持人 : 陳所長弘凷記錄 : 李維人四出列席人員 : 如出席人員簽名冊五主詞人致詞 :( 略 ) 六行政院農業委員會特有生物研究保育中心簡報 :( 略 ) 委員建議與意見處理情形私立逢甲大學水利工程與資源保育學系葉教授昭憲 : 1. 適合度曲線之建立有賴豐富長 1. 已於本 (99) 年 1~4 月進行頭前溪期資料支持, 建議在經費許可補充調查, 並將調查資料納入第狀況下, 針對去年度北部河川一年度研究成果報告之調查能酌量進行 2. 團隊預計進行 20 個樣區調查, 2. 本年度選擇烏溪中游之觀音其時空分佈原則為何? 橋福興橋大旗橋及南北港匯流口為主要調查區域, 並設置 20 個子樣區完成 400 格電格調查空間分布為烏溪中游河段, 時間分布為每月進行 1 次魚類資源調查及生活史調查選擇烏溪中游原因 :(1) 無外來種物種 (2) 無工程干擾 (3) 水質無污染 (4) 魚類多樣性豐富 3. 由兩個以上環境因子所組成的棲地指標對於描述指標魚種之 3. 目前國外有關棲地適合度曲線之研究仍以單變量表示為主, 再 170

198 適合度曲線是否呈現較適當生物特性? 以複合曲線 (CSI) 計算其權重第一年度曾嘗試以福祿數建立指標魚種適合度曲線 ( 以流速及水深兩種環境因子 ), 唯因不同棲地可能有相同福祿數值發生, 造成應用上的困難, 因此決採目前普遍應用之單變量棲地適合度曲線作為分析與模擬之用 4. 河川棲地模式之應用, 請考量能對水規所提供實質協助或建議國立台灣海洋大學河海工程學系李教授志源 : 1. 颱風外力因素對適合度影響, 非常顯著, 如何評估此因素, 請納入考量 2. 流量是描述河川特性很重要的指標, 請評估此指標作為影響適合度曲線參數的可行性 4. 為推廣河川棲地模式之應用, 本中心於 97 年 11 月於水規所辦理河川棲地模式講習訓練, 並以應用案例進行解說 1. 颱風所挾帶洪水對適合度調查具有一定影響, 會將外力因素素納入棲地適合度曲線資料分析之考量 2. 目前國外有關棲地適合度曲線之研究仍以以單變量為主 ; 流量包含棲地之流速與水深兩種變量, 因此相同流量會可能有不同之棲地, 因此於分析及模擬上有其應用之困難 171

199 3. 報告內容建議增加章節對所取樣河段之生態背景加以介紹 ; 非選取河段資料因非本研究內容可以忽略指標魚種之生活史以及前人研究成果亦建議加以說明 4. 適合度曲線之修正, 其中水深上限值定為 2m, 其理由何在? 烏溪河段是否依此法則 5. 指標性魚種生活史之資料, 請考量最佳之呈現方式, 以幫助工程人員復育河川之用蘭陽技術學院胡教授通哲 ( 書面意見 ): 1. P16 的水深上限值定為 2m, 其依據何在? 若模式只能模擬亞臨界流 (subcritical flow), 水深有可能超過 2m, 在本年度計畫中, 有無修正的打算? 現有樣點能否滿足需求? 2. 若樣點為深潭, 採用電格法是否恰當? 有無考慮浮潛觀察法或其他方法輔佐之? 3. 未來將所收集更多淡水魚類生活史有關資料納入本計畫報告 4. 適合度曲線修正, 主要因為野外調查操作上的限制, 水深上限值定為 2m 為曲線外插所得到之推估值 5. 謝謝指正, 期末報告將朝此原則撰寫 1. 適合度曲線修正, 主要因為野外調查操作上的限制與專家意見進行修正, 水深上限值定為 2m 為現地適合度曲線調查外插所得到之推估值 2. 利用單位棲息地之電格法, 水深有其限度, 若樣點為深潭, 電格法並不適合進行魚類棲地喜好度研究, 而烏溪濁度甚高, 使用浮潛觀察法亦不適合 172

200 3. 在 P15 的底質適合度圖, 橫軸僅記錄至 0.19 cm, 雖然數據是由不同底質組成求出, 但很容易被誤解為粒徑超過 0.256m 的大小漂石底質不適合明潭吻鰕虎台灣石魚賓粗首鱲等魚類棲息, 是否符合魚類習性? 現有的表示方式是否合宜, 請再斟酌水利規劃試驗所水工試驗課謝課長天元 : 1. 請問 1SL/sec(standard length/sec) 之意義為何? 其與突進泳速 (m/sec) 之關係為何? 3. 底質的劃分係參考現地狀況和一般常用習慣超過 0.256m 的大小漂石底質魚類實際上是會利用來覓食或棲息避敵, 但在今年實際野外採集這區塊卻很少捕獲魚類, 可能跟當地的地形有關, 未來會加強補足這一部分的資料 1.1SL/sec(standard length/sec) 為進行游泳能力試驗所給予之測試單位魚類體長與游泳能力成正相關, 體長越長, 游泳能力越佳 2. 請問 P.17 適合度曲線修正之依據與方法為何? 若修正後與原調查所得之曲線差異較大時 ( 例如圖 9 中流速 1.0m/s 時, 適合度指數約為 0.05, 而圖 15 中流速從 0.4~1.4m/s 之適合度指數皆為 1) 如何應用? 3. 請問單變量適合度曲線與多變量適合度曲線在使用上何者較適宜? 報告中提及有採用福祿 2. 適合度曲線修正, 主要因為野外調查操作上的限制與專家意見進行修正 ; 圖 15 適合度曲線, 係將明潭吻鰕虎游泳能力試驗所得之上限值引入修正所得 3. 多變量雖較能掌握複雜之棲地條件, 但因本研究未涵蓋水質 ( 例如 : 污染 ) 人為影響 ( 例如 : 電 173

201 數為無因次參數之研究, 惟福祿數 F v / gy 中之 V 與 y 處於不同位階 (V, y ) 是否適宜? 建議本計畫嘗試以 V 及 y 為參數, 將兩者之適合度曲線結合繪成不同區間 ( 適合尚可不適合等 ), 供河川整治規劃設計參考水利規劃試驗所河川規劃課陳課長春宏 : 1. 中部河川目前選定大甲溪濁水溪大安溪及烏溪, 其中除烏溪外, 各河川皆因疏濬及水庫影響魚類分佈, 故建議以烏溪較為適合, 然對於調查地點調查時間頻度及方法等請提送生態調查計畫書, 核備 2. 生活史調查研究, 依所述方法對於生活史了解及掌握程度為何? 3. 報告內容未對期中報告提送時間提出建議毒魚 ) 等因素之調查項目, 故建議仍採常用之物理棲地模擬分析水深與流速在本研究案中, 將會有個別的適合度指數區間, 亦會有整合式的適合度指數, 以供棲地分析 1. 本中心研究團隊目前選定烏溪為主要調查河川調查地點調查時間頻度及方法納入工作執行計畫書修正報告附錄 2. 目前生活史調查研究目的係藉由對生殖腺指數及肥滿度指數推估繁殖季, 建議工程單位避免期間施工 ; 另外進行食性分析瞭解其不同時期食性差異, 提供將來進行物種保育所需基礎資料 3. 將於 9 月 10 日依約提送期中報告 174

202 水利規劃試驗所灌溉排水課楊副工程司松岳 : 1. 請針對文中所提適合度曲線修正乙節所涉及之學理與修正方法進行較詳細之說明 1. 適合度曲線修正係指最後考慮實際狀況與專家意見修正曲線, 以補野外收集資料的不足 2. 建議針對第一年的研究成果分析, 除本報告所提之資料外, 建議針對其魚類種類與族群之資料進行更進一步分析與描述, 使讀者可以更了解當地的生態狀況 3. P30 所提及之 MAPE, 請列出其公式, 以增加報告之可讀性 2. 將於第三年總報告內, 做相關研究成果分析各種魚類適合度探討及整理 3. 已於期中報告中 P.41 頁修正 4. P31 建議將 13 個取樣樣點位置繪出水利規劃試驗所灌溉排水課林工程司克韋 : 1. 過去製作適合度曲線除已發現頻度外亦有捕獲量, 而本次報告中僅以發現頻度表示, 可否說明僅採用發現頻度的原因 2. 調查區域中, 水理條件 ( 流速水深底床質 ) 分佈比例未必相同, 在樣本數有限的情形下, 4. 已於期中報告中圖 2-41 修正 1. 部分魚類具有群聚現象, 因此, 以捕獲量呈現適合度曲線易加重部份棲地權重, 導致適合度曲線產生偏差 2. 為避免分佈比例影響, 故將河川中可利用棲地分布 U 除上 A 以降低比重, 作為修正 175

203 製作適合度曲線時是否有修正, 以避免發現頻度受特定水理特性網格數量的影響 3. 目前生活史的探討結果 ( 如胃內容物雌雄比 ) 對我們工程人員較無能力去解讀, 是否可以從繁殖時間產卵環境需求成魚與幼魚的棲息環境及食物來源等面向來進行探討 4. 在驗證方面, 是否可針對調查區域進行模擬, 並比較 River 2D 模擬結果與調查結果之異同, 例如 : 將調查結果以圖形展示以方便與模擬結果進行比較 3. 生活史研究中, 胃內容物研究主要為食性鑑定 ( 攝食 ) 台灣魚類繁殖時期多為 2~3 個高峰期, 甚至全年皆可繁殖生殖腺研究即可確認指標魚種繁殖時間台灣河川水質及濁度變化大, 因此, 產卵環境觀察則較為不易 4. 調查區域的模擬將會進行相關驗證七結論 1. 同意本次期中報告及簡報 2. 請按照委員意見進行答覆及修正 3. 對於適合度曲線未來實用性是否能藉由文獻資料及專業判斷來減少誤差? 希望能藉河川特性水溫坡度等作區隔 4. 底床值之現場調查宜修正加強 176

204 附件三期中報告書簡報之意見整理與處理情形一日期 : 民國 99 年 9 月 23 日 ( 星期四 ) 上午 9 時 30 分二地點 : 本所舊正辦公區 4 樓會議室三主持人 : 陳所長弘凷記錄 : 李維人四出列席單位及人員 : 如出席人員簽名冊五主持人致詞 :( 略 ) 六行政院農業委員會特有生物保育中心簡報 :( 略 ) 七審查意見 : 委員意見臺灣海洋大學河海工程學系李教授志源 1. 生態調查資料內, 建議納入流量參考, 因為該參數顯著影響河川之輸送現象 2. 7 月份水質中 PH 高達 , 可能表示光合作用盛行, 建議檢查此現象是否與魚類生長有關連 3. 在試驗室馴養指標魚時, 投餌之成分頻率為何? 其方法及設施是否能充分模擬現場情況? 答覆 1. 謝謝指教, 期末報告納入流量參數討論其相關性 2. 謝謝指教資料分析時嘗試討論其關連性於 82 頁敘述 3. 投餵餌料使用海豐牌溪魚寶小粒半浮沉粒狀溪魚專用飼料, 產品代號 :T588 每日定時投餵 1 次, 馴養缸以小磯砂鋪底, 並佈以 2 級底石供其附著, 再以打氣幫浦提供充足溶氧, 以沉水馬達製造水流, 儘量模擬棲地現況 177

205 4. 台灣纓口鰍之游泳能力與體長成負相關, 此結果與第一年計畫中之明潭吻鰕虎之抗流能力不同, 其理由何在? 5. 報告撰寫之可讀性要改進如 : (1) P.39, 呂及孫 (2010), 請寫全名 (2) P.40-41, 請分段, 並重寫 4. 因 Y 軸單位不同所致, 明潭吻鰕虎為 :m/sec, 台灣纓口鰍為 : BL/sec 5. (1) 謝謝指教, 期末報告予以修正 (2) 謝謝指教, 期末報告予以修正蘭陽技術學院胡教授通哲 1. 台灣纓口鰍體長與流速關係 ( 圖 5-28), 是相當有趣的現象, 期待看到進一步的研究成果 2. 建議思考後續研究方向 : (1) 除指標魚種外, 多種魚類之適合度 (2) 水質適合度 ( 如 DO 電導度水溫等 ) 1. 因囿於計畫期程, 本試驗僅呈現台灣纓口鰍在水溫 24 時附著於壓克力表面之結果惟附著物表面粗糙度與棲地水溫皆會影響台灣纓口鰍的附著能力, 希望未來有機會進行進一系列的相關試驗, 以提供水利潤工程設計時所需之具體生物參數 2. (1) 多謝建議, 多種魚類之適合度可待其樣本出現均達一定的數量後, 再考慮建置多種魚類適合度指標 (2) 多謝建議, 水質適合度可考慮在不同水質狀況下適合度指標是否改變 178

206 (3) 游泳能力應用在流速適合度之可行性 (4) 底質適合度呈現方式臺灣大學生物工程學系任教授秀慧 1. 有關魚類游泳力實驗, 旨在測鰕虎魚最大抗流能力, 發現其抗流力 1.48m/sec, 但在野外深潭中, 鰕虎魚為底棲魚類, 在水流流速高的情況, 其會躲在石縫中或停留在底質上 boundary layer 中, 不讓水流影響因此, 現在測試魚類在水槽中之抗流能力, 似乎與現實鰕虎魚之生態特性不符合, 請問實驗結果之實用性如何與魚類棲地復育工程連接? 2. 生活史調查中, 請問每月採集每種魚類約幾隻? 因數量太少, 數據代表性很可能不足以建立生活史模式 (3) 由電格法難以在流速較快之水域進行, 以魚類游泳能力推估其出現棲地可能的極限流速, 應為目前較可行且有試驗資料佐證的方法 (4) 底質適合度係以河川底質分類標準為依據, 並於各級數求一平均值做為適合度曲線代表值 1. 魚類最大抗流能力 (1.48m/sec) 意謂其可能出現棲地的流速上限, 若棲地 ( 含開放水域石縫或 boundary layer 中 ) 流速大於 1.48m/sec, 因流速已超出其游泳能力, 理論上魚類無法選擇利用該水域魚類棲地復育工程所營造之棲地流速 ( 或魚道內流速 ) 應在對象魚種的游泳能力範圍內, 魚類才有可能加以利用 2. 生活史每月採集 30 隻, 電氣集魚法採集 170 隻, 電格採集法採集 19 隻, 共計 189 隻數量上足夠供生活史調查研究, 唯計畫時間尚無法建立完整年份資料 179

207 3. 有關於建立魚類之流速適合度曲線, 請問本研究量測流速時, 有否針對特定水深或水層? 因天然河溪流速複雜, 魚類會選擇流速合適之水層為棲地, 如只量測平均流速或水深, 其適合度代表性可能需再調整 4. 報告中 P.7 中, 有關明潭鰕虎魚之修正適合度曲線, 呈現出魚類適合之流速水深範圍均相當大, 請問是如何得出? 另此適合度範圍與前人研究結果比較下 (P.38) 明顯大很大, 原因為何? 因魚類對棲地特性之適應範圍不夠精確時, 在未來設計魚道或河道時, 很難讓工程單位有確切之參考值 3. 魚類適合度曲線研究測量流速時, 並無針對特定水深或水層, 研究採逢機取樣方式, 以達客觀取樣結果然而, 流速及水深並非僅測量單一樣區取平均值, 其實際方式為取每一微棲地各 5 點水深及流速位置並予以平均 ( 面積 1.5m 3m) 方法上限制故無法明確指出電格中魚類棲息位置, 故平均微棲地目的為減少取樣之數值偏差 4. (1) 因為指標魚種之採樣方法之限制, 研究河段建立之適合度曲線之必須加以修正以利應用 ; 依據河川治理工程設計, 若河川水流流速大於 4 m/sec 時, 河床會產生極不穩定現象, 此現象亦會造成魚類生存環境受嚴重影響, 故將流速上限值訂為 4 m/sec 流速適合度曲線之流速下限值定為 0 m/sec, 並以調查之最高流速及最大突進泳速將適合度曲線予修正 (2) 不同調查河段與以不同方法, 所建立之適合度曲線可能會所差異, 因此國外學者建議以包絡線概念建立具代表之指標魚種適合度 180

208 5. 請解釋清楚第一年研究結果中, 多變量分析結果 6. 請修正報告中, 文獻引用不一致之格式, 以及多篇文中引用到之 references 在最後參考文獻中並沒有出現 7. 請說明非底棲魚類適合水深之決定方法水利規劃試驗所河川規劃課周課長志芳 1. 魚類抗流試驗, 試驗前試驗魚須禁食 24 小時, 請問禁食 24 小時之原因為何? 禁食 24 小時是否會影響魚類抗流能力? 2. 本計畫適合度曲線研究僅選定水深流速及底質等, 不考慮水溫水質電導度等項之曲線, 並逐年檢討修正 5. 第一年研究度係以多變量分析探討環境因子及魚類群聚特性 ( 詳成果報告第四章 ) ; 本年度將嘗試以魚類生活史特性, 建立指標魚種不同年齡層 ( 如幼魚與成魚等 ) 之適合度曲線 6. 謝謝指教, 期末報告予以修正 7. 本研究取樣採矩形樣格方法進行魚類及環境因子調查, 測量矩形樣格中 5 點水深及流速位置並予以平均平均微棲地目的為減少取樣之數值偏差 1. 消化需耗能, 且血液會往消化道集中, 恐對同為耗能的抗流實驗有所影響, 試驗前試驗魚禁食 24 小時以免排除消化作用的影響是許多前人研究經常採用的方法 2. 影響魚類分布除流速水深及底床質等物理因子, 水質因子也是應影響魚類分布的重要因素, 唯囿於 181

209 原因為何? 建議補充說明棲地模式及研究規模, 本計畫將以流速水深及底床質等物理因子作為指標魚種之適合度曲線建立之對應參數 3. P. 55 指標魚種選擇之標準是 3. 謝謝指正, 期末報告會修正統一否即為指標魚種選擇之原一種方式表示則? 若是, 建議統一一種表示方式 4. P. 82 說明指標魚種選取係依據 4. 謝謝指正, 期末報告會將本次研指標魚種選取原則 ( 九個原則 ) 究的指標魚種的選取標準分布水及綜合以上魚類分布水流型態流型態族群數量及再加以詳細補及族群數量等, 選擇台灣石魚賓充說明等四種魚類作為本次研究指標魚種, 文中對於調查魚類是否符合指標魚種選取原則之說明稍不足, 建議補充說明 5. 突進泳速試驗游泳能力試驗 5. 遵照辦理, 將於期末報告中詳細與抗流試驗是否相同? 若是, 建說明, 謝謝! 議統一 ; 若否, 建議說明清楚水利規劃試驗所陳所長弘凷 1. 請工作團隊從相關文獻配合專 1. 在國外以往已發現有多種環境因業判斷, 嘗試建立河川特性 ( 如子是直接或間接地影響魚類對棲河川坡度流量流域大小水地分布的主要因素, 惟國外魚類棲溫等 ) 和魚類適合度曲線之關地適合度之調查成果, 如運用在台連性, 而非單純以地理位置 ( 臺灣的特殊溪流環境中實非易事, 因 182

210 灣北中南 ) 來分類不同之魚類適合度曲線, 以使將來工程人員在應用其相關結果上能更正確 2. 本研究各種現場調查技術方法無法涵括或量測之範圍應有說明, 以瞭解研究本身之限制, 避免在解讀數據時產生誤會台灣河川多有坡陡流急腹地狹隘等環境之特性, 造成各地區河川生態棲息因子之差異很大, 參考以往有關之調查研究與文獻, 尚無法取得台灣河川具有共同的生態棲息因子, 因此本研究選擇台灣北中南各 1 條河川進行魚類微棲地及生活史調查, 瞭解指標魚種之生活史及其對水深流速等棲地環境因子之喜好情形, 以建立指標魚種棲地適合度曲線, 但是目前以北中部河川生態之相同生態棲息因子, 尚無法建立河川特性和魚類適合度曲線之關連性, 本研究將持續整理指標魚種捕獲量與水深流速等棲地環境因子資料, 進行其棲地適合度的推估, 以建立河川特性和魚類適合度曲線之關連性 2. 矩形樣格本身以銅管作為導電材質, 並配合調查人員沿河道設置, 因此, 矩形樣格法具有下列限制性 : (1) 水深限制 : 水深超過 80 cm 以上其效率降低, 水深 150 cm 以上即操作困難 (2) 流速限制 : 銅管設置需配合重物 183

211 固定, 因此若水深 80 cm 以上, 並且流速超過 1.5 m/sec 時, 操作上極具難度 (3) 導電材質限制 : 為提高導電效率, 故選擇銅質管柱作為導電材質, 其材質軟具可塑性, 缺點為毀損率較高 (4) 無法明確指出電格中魚類棲息位置 (5) 矩形樣格長 3 m 寬 1.5 m, 對於底質粒徑超過 100 cm 之大漂石, 易產生矩形樣格設置難度及底質紀錄之限制於第 58 頁加註八結論 1. 本計畫期中簡報審查原則認可 2. 本次會議各審查委員及與會代表之意見, 請行政院農業委員會特有生物保育中心參酌辦理, 以使計畫工作內容更完備, 並落實於期末報告中九散會 : 上午 12 時 184

212 附件四期末報告書簡報之意見整理與處理情形一開會時間 :99 年 12 月 3 日 ( 星期五 ) 下午 2 時二開會地點 : 水利規劃試驗所霧峰公區 A 棟 4 樓會議室三主持人 : 廖副所長培明記錄 : 李維人四出列席人員 : 如出席人員簽名冊五主詞人致詞 :( 略 ) 六行政院農業委員會特有生物研究保育中心簡報 :( 略 ) 委員建議與意見處理情形私立逢甲大學水利工程與資源保育學系葉教授昭憲 : 1. P.58 以體長判斷雌魚是否 50% 1. 謝謝委員指正已修正並說明達成熟階段之文字敘述, 建請加強, 以利理解樣本數量不足前提之操作方式合理性團隊預計進行 20 個樣區調查, 其時空分布原則為何? 2. P.59 研究河段無法滿足矩形樣 2. 研究河段於進行調查前, 經審慎格法之限制比例如何? 原始調評估是否可進行矩形樣格法操查資料請舉列呈現於報告中作, 並考量調查人員安全性及矩形樣格法限制等因素後, 方設置調查河段, 因此實際調查於水理限制上比例極低在原始調查資料呈現上多侷限於底質呈現 ( 矩形樣格法限制性第 5 項 ) 3. 圖 5-16 至 5-19 之資料來源請加 3. 謝謝委員指正資料來源敘述於註於文中及圖中烏溪現勘河段評估結果 4. P.96 台灣纓口鰍最大實測附著 4. 將輔以 r 值與 p 值說明, 謝謝委流速與體長無顯著關係請輔員指正以統計或量化分析結果 185

213 5. P 成幼魚流速適合度曲線是否具顯著差異? 請以量化成果支撐 6. P.125 研究河段鄰近水文站為何? 相對區位請以圖說表達 7. P.137 表 5-10 中 Q n 涵義為何? 歧異度指數 D 之計算方式, 建請於文中補充 5. 台灣纓口鰍幼魚與成魚的流速適合度曲線以卡方統計檢定發現有顯著性的差異 (p<0.01) 6. 已補充鄰近流量站與雨量站資訊 7.Q n 表常流量, 本案例以 Weibull 法分析中, 超越 95% 機率之流量值為代表 ; 歧異度指數之定義及計算方式, 已於修正報告之附錄說明 8. P.141 模擬 WUA 與實際漁獲之分佈趨勢相符請加強說明圖 5-82 至 5-84 之取樣編號涵義請加強說明 8. (1) 當模擬之 WUA 數值較大, 理論上應較適合指標魚種棲息, 因此漁獲之數量應較多 ; 唯本案例模擬 WUA 與實際漁獲之結果並不一致, 這可能是由於其它環境因子影響 ( 如水質 ) 適合度曲線之代表性或取樣誤差等因素所造成, 應進一步對適合度曲線或模擬方法作調整, 以增加模式之準確度 (2) 已於修正報告增加水理驗證穿越線位置示意圖 (p.147) 186

214 國立台灣大學生物環境系統工程學系任教授秀慧 : 1. 本計畫其中一個重點為借瞭解指標魚種之生活史以提供河川棲地復育改善及評估生態基流量之參考, 但綜觀整各報告, 並未有提及生活史之定義, 調查生活史所需之研究項目, 以及瞭解生活史對河川復育之具體意義, 請加以說明 1. 謝謝委員指正已於文內補充說明 2. 本計畫探討魚類生活史以繁殖模式為主, 但生活史實包含更多參數, 建議增加探討各項生活史相關之主要參數, 以提供更全面之生態數據, 供有關單位參考 3. 本計畫調查項目眾多, 可是並未有有效展示結果數據, 利用 t-test 統計分析方面亦有多處錯誤, 如報告中 p.7 分析明潭吻鰕虎第一二鰭棘之差異, 同一魚體之鰭棘長度並非獨立變數, 利用 t-test 去進行比較兩者差異並不合適 P.13 中, 圖 2-8 顯示魚類標準體長及抗流能力之關係, 兩者並沒有呈現直線相關, 但都利用 Simple linear 2. 針對本計畫進行指標魚種有關雌雄魚性比繁殖期最小性成熟體長攝食習性成長等生活史研究 3. (1) 魚類在不同階段各形質成長速率不盡相同, 因此各形質雖屬同一隻魚仍得為分類之重要依據, 重點在於提供判別體全長大於 4.5cm 時雌雄魚的判別參考 (2) 非介量序列分析 (MDS) 常用於分析生物因子與環境因子於變異空間中之相關性 ( 如 Clarke and Warwick,2001) ; 第一年度 187

215 regression 分析, 建議加以改善 P.20 圖 2-24 中, 以 MDS 探討不同因子之相關性, 實在不適合, 因 MDS 為一 cluster analysis, 並不可分析不同性質因子之相關性 4. 報告中探討魚類對不同棲地因子之適合度曲線, 呈現方式以棒型圖方式, 並不能有效顯示棲地因子對適合度影響之連續性, 建議改用曲線圖呈現數據 5. 在魚類適合度曲線圖中, 三種指標魚種對水深及流速之適合度, 均呈現 multimodal patlem, 清楚顯示三種魚種均有不同組別 ( 可能是體型性別或年齡組別 ) 對水深及流速之適合度並不相同, 建議在分析此部分數據時, 不要單單討論適合度範圍, 應以不同種類之不同組別為基礎, 建立適合度曲線, 以利日後復育工程建立清晰棲地復育目標 6. 目前魚類採集方法, 以電魚法為單一方法, 以單一方法進行採集往往因個別方法的缺點, 因魚類生活史資料不足, 因此嘗試用以解釋指標魚體長與其棲地分布之相關性 4. 謝謝委員建議將於第 3 年總報告, 嘗試以不同曲線圖呈現 5. 謝謝委員建議將於第 3 年總報告, 增加探討方式 6. 本研究採用矩形樣格採集法, 矩形樣格法限制說明於第 30 頁使用矩形樣格法作為主要呈現方式, 主因本採樣方法可具體呈 188

216 影響數據品質, 造成分析結果偏差, 例如有關粗首鱲對水深之最理想適合度為 0.3m, 但豐度最高之粗首鱲應並非出現在 0.3m 水深, 現結果或有可能因電魚法受水深之侷限所影響中央研究院生物多樣性研究中心邵教授廣昭 ( 書面審查意見 ): 1. 本年度 ( 第二年 ) 在中部河川所進行之計畫所挑選之指標魚種共四種, 明潭吻鰕虎台灣纓口鰍台灣石魚賓及粗首鱲其中後兩種與第一年在北部河川所挑選的相同, 如依期初審查委員之意見應比較其適合度曲在兩地區之異同, 並作討論但這部份在第伍及第陸章均沒看到建議再補充之 2. 本研究計畫內容主要係究此四種魚類之生活史 ( 成長分布棲息環境性比生殖攝食 ) 及游泳能力進調查, 並繪製各魚種之適合度曲線, 以供河川資源管理評估之依據但誠如報告中之綜論所敘, 水質極端氣候變化及生物間之交互作用均會左右魚類族群之數量及可否存續故本計畫所作之結果現最佳之微棲地調查資料然而本研究受限於採樣限制, 水深侷限產生之影響會出現在深水域資料的闕如, 此部分對於曲線呈現上確實有所影響 1. 謝謝委員建議將於第 3 年總報告中綜合探討 2. 謝謝委員指正魚類的游泳能力會因水溫不同而有所差異, 極端氣候變化如暖化造成的水溫上升, 可能會對魚類的游泳能力有所影響, 進一步左右其對棲地的選擇要瞭解水溫的影響, 有待未來捕捉更多試驗魚進行不同水溫的游泳能力試驗加以究明 189

217 及預測模式之可用性, 未來亦需再作進一步之評估及驗證 3. 挑選指標魚種目前似乎是以該河川中族群量多的為原則, 但通常族群量高者環境適應力或競爭力亦強, 反倒是原數量多, 但現在量少的魚種應優先列入保育及研究之對象但已瀕危之物種又不應去捕撈來作試驗, 兩者間有矛盾, 建議後者可以只作游泳能力之測試, 作完能放回原棲地, 選擇之魚種如係已列入保育類者需先申請農委會林務局在野動法中於今年初公布之淡水魚瀕危等級評估指標之項目可供參考 4. 本研究含一資料庫及魚類適合度曲線應用介面之建置, 值得鼓勵與肯定但在報告書中只有密碼卻無網址, 故無法進入試用或審閱, 建議未來可公開及國內相關之資料庫合作, 交換資料或以學名相互聯結, 如生態工程資料庫, 台灣魚類資料庫或 TaiBNET TaiBIF 等 3. 多謝委員指教適合度曲線呈現主要以優勢之指標魚種為主, 瀕危魚種僅紀錄基本資料主因為進行游泳能力試驗, 則需進行採集及馴養等步驟, 對於數量瀕危或稀少之魚種具有一定損傷之風險性, 故現階段以優勢魚種為主 4. 本程式系統目前屬於單機版, 未來可視業務單位需求與資料版權發展本系統水利規劃試驗所水工試驗課謝課長天元 : 190

218 1. 報告中缺中英文摘要, 請補充 2. 第壹章標題建議改為前言, 前將工作範圍納入節內敘述 3. 第參章標題建議改為資料蒐集分析與相關研究, 並將第一節計畫背景移到第壹章內敘述 4. 本計畫截至目前為止已進行頭前溪 ( 北部 ) 與烏溪 ( 中部 ) 之指標魚種台灣石魚賓粗首鱲及明潭吻鰕虎之流速水深及底質適合度曲線調查研究, 若時間上許可, 建議在綜合探討與分析章節中, 增加探討兩條溪上述各魚種之適合度曲線間之差異性若時間上來不及, 則建議於下年度再進行北中南 3 條代表溪流中, 相同魚種之適合度曲線之差異性分析探討 1. 謝謝委員指正, 已補充中英文摘要 2. 謝謝委員指正, 已修正 3. 謝謝委員指教 4. 目前頭前溪與烏溪各種魚種之樣本數仍有不足, 本計畫將併烏溪後續明年第 1 季調查資料, 分析探討相同魚種之適合度曲線差異水利規劃試驗所河川規劃課周課長志芳 : 1. 請補充中英文摘要結論與建議報告英文名稱 2. 本計畫分三年針對北中南部各選擇一條河川為對象行各項研究工作主要工作內容均相同, 為方便閱讀, 建議本年度 1. 謝謝委員指正, 已補充中英文摘要 2. 謝謝委員指正, 已修正 191

219 報告章節內容可稍作調整, 將第三章計畫背景與相關研究及第四章研究方法提前至第二三章, 而原第二章第一年研究成果與檢討移至第四章, 改在第三章研究方法之後 3. p.57, 性別比例 (%) 計算公式中 3. 謝謝委員指正已於第 28 頁修漏列 100%", 肥滿度 (CF 正 % ) 公式是否亦漏列 100 %"? 魚體重量及魚體全長單位是否分別為 g 及 cm? 4. p.100 台灣石魚賓流速, 在 4. 謝謝委員指正已修正 0.8m/sec 之適合度指數逐漸下降? 0.8/sec " 應為 10m/sec" 5. p.123 圖 5-59 北港溪大旗 5. 謝謝委員指正已修正橋 " 地形測量資料, 大旗橋地形 " 應為大旗橋上游河段地形 " 6. p.145, 建議僅有一項, 宜再增 6. 謝謝委員指教已增加建議內加內容文 7. 針對第一二年研究成果, 不 7. 謝謝委員指教將於第 3 年總報同地區相同指標魚種之研究成告綜合探討果未來在報告中可列章節比較分析其差異性 192

220 水利規劃試驗所灌溉排水課楊副工程司松岳 : 1. P.15 圖 2-12 軸所列較不易瞭解其意義, 建議可以針對其所代表底質與範圍進行說明 2. P.16 表 2-3 魚種最大突進泳速, 建議可以増列體長的單位 3. P.24 圖 2-30 明潭吻鰕虎之流速棲地分佈可利用與已利用趨勢一致, 為何言此為生態資料的收集困難所造成的偏差? 請再詳加說明 4. P.83 表 5-4 底質分佈表, 建議可以針對底質範圍進行說明 5. P.93 為何列出日月潭站的月平均雨量? 6. P.97 圖 5-30 纓口鰍體長與最大附著流速無關的現象很有趣建議可以量測其吸附面積 7. P.112 成幼魚比較有無顯著性的結論, 建議應配合統計分配 1. 謝謝委員指正, 已於第 84 頁補充底質分級範圍 2. 遵照委員指示辦理 3. 因電格法之操作有其限制, 造成調查之可利用棲地與已利用棲地之變化趨勢一致 ; 已於修正報告增加說明 4. 謝謝委員指正, 已於第 84 頁補充底質分級範圍 5. 因調查樣區無設置雨量觀測站, 故以鄰近觀測站之平均雨量呈現生活史及降雨量之關連性 6. 目前分析結果顯示纓口鰍體長 (cm) 與最大附著流速 (m/sec) 無關, 與一般靠軀體及尾鰭擺動推進游泳的魚類有異未來將遵照委員指示量測其吸附面積或是魚體鉛直阻流面積, 探討其與最大附著流速之關係 7. 謝謝委員指正將成幼魚進行卡方統計分析, 並於第 115 頁做補 193

221 的結果更為適當充說明水利規劃試驗所廖副所長培明 : 1. 圖表資料來源宜交待清楚 2. 報告格式參考本所慣用方式編撰 3. 全程完成時相同魚種之適合度曲線需要彙整且能提供規劃設計者之參考 4. 報告書建議修正如下 : (1) 目錄部分重擬 ( 如前言等 ) (2) 圖表名稱亦請重擬清楚以立判讀 (3) 增加全程工作流程圖及今年之重點圖示 (4) 有關研究河段水文流量分析宜採用水利單位慣用之用詞用語 ( 本報告係以本所為主編寫 ) (5)Ch6 之結論與建議改置放在摘要之後 (6)Ch6 之結論撰寫請針對二年研究所獲得之重要成果非文中之敘述 (7)Ch6 之建議撰寫不妥, 請提供前二年之成果後續擬辦理方式或需增辦工作宜交待清楚 (8) 附件七圖片建議用彩色 1. 圖表資料來源已於修正報告中補正 2. 以於會後將貴所承辦人詢問相關格式及規定進行修正 3. 遵照辦理, 將於第三年度總報告進行適合度曲線之彙整與討論 4. 遵照修正 194

222 七結論 1. 期末簡報及期末報告審查原則認可 2. 請工作團隊依各委員之意見在合約要求的範圍內作必要之補充與修正, 修正稿於 12 月 9 日前送達本所, 由河川課本權責自行審查 3. 研究河段之調查應涵蓋四季較宜, 請河川課敘明緣由函請水利署同意最後一年 ( 第三年 ) 之工作期程能跨年執行八散會 : 下午 16 時 15 分 195

223 附件五美國地質調查所 (USGS) 魚類適合度曲線相關研究魚種研究題目作者備註條紋鱸魚 Habitat suitability Bain, M.B., U.S. Fish and (striped bass) index models: coastal stocks of striped bass and J.L. Bain Wildlife Service Biological Report 82(10.1) (1982) 河鯰 (channel catfish) Habitat suitability index models: channel catfish McMahon, T.E., and J.W. Terrell. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.2) (1982) 黑斑鬚雅羅魚 (creek chub) Habitat suitability index models: creek chub McMahon, T.E. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.4) (1982) 山鱒 (cutthroat trout) Habitat suitability index models: cutthroat trout Hickman, T., and R.F. Raleigh. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.5). (1982) 黑斑刺蓋太陽魚 (black crappie) Habitat suitability index models: black crappie Edwards, E.A., D.A. Krieger, M. Bacteller, and U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.6) (1982) O.E. Maughan. 白刺蓋太陽魚 Habitat suitability Edwards, U.S. Fish and E.A., D.A. (white crappie) index models: Krieger, G. Wildlife Service white crappie Gebhart, and O.E. Maughan. Biological Report 82(10.7) (1982) 196

224 魚種研究題目作者備註藍鰓太陽魚 (bluegill) Habitat suitability index models: bluegill Stuber, R.J., G Gebhart, and O.E. Maughan 鯉魚 Habitat suitability Edwards, (common carp) index models: E.A., and K. common carp Twomey. 小口牛胭脂魚 Habitat suitability Edwards, (smallmouth index models: E.A., and K. buffalo) smallmouth Twomey. buffalo 細身鏢鱸 Habitat suitability Edwards, (slough darter) index models: E.A., M. slough darter Bacteller, and O.E. Maughan. 北美鯰 Habitat suitability Stuber, R.J. (black bullhead) index models: black bullhead 綠太陽魚 Habitat suitability Stuber, R.J., (green sunfish) index models: G. Gebhart, green sunfish and O.E. Maughan. 大口黑鱸 Habitat suitability Stuber, R.J., (largemouth bass) index models: G. Gebhart, largemouth bass and O.E. Maughan. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.8). (1982) U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.12)(1982) U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.13) (1982) U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.9). (1982) U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.14) (1982) U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.15) (1982) U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.16). (1982) 197

225 魚種研究題目作者備註白斑狗魚 (Northern pike) Habitat suitability index models: Northern pike Inskip, P.D. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.17) (1982) 石首魚 (juvenile spot) Habitat suitability index models: juvenile spot Stickney, R.R., and M.L. Cuenco. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.20). (1982) 黃魚 ( 細鬚石首魚 ) (juvenile Atlantic croaker) Habitat suitability index models: juvenile Atlantic croaker Diaz, R.J. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.21) (1982) 大鱗油鯡 (gulf menhaden) Habitat suitability index models: Gulf menhaden Christmas, J.Y., J.T. McBee, R.S. Waller, and U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.23) (1982) F.C. Sutter III. 美洲紅點鮭 ( 河鱒 ) (brook trout) Habitat suitability index models: brook trout Raleigh, R.F. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.24) (1982) 美洲無鰾石首魚 (Southern kingfish) Habitat suitability index models: Southern kingfish Sikora, W.B., and J.P. Sikora. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.31). (1982) 吻鱥 (longnose dace) Habitat suitability index models: longnose dace Edwards, E.A., H. Li, and C.B. Schreck. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.33). (1983) 198

226 魚種研究題目作者備註巨口牛胭脂魚 (bigmouth buffalo) Habitat suitability index models: bigmouth buffalo Edwards, E.A., H. Li, and C.B. Schreck. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.34) (1983) 長鼻亞口魚 (longnose sucker) Habitat suitability index models: longnose sucker Edwards, E.A. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.35). (1983) 小嘴鱸魚 (smallmouth bass) Habitat suitability index models: smallmouth bass Edwards, E.A, G. Gebhart, and O.E. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.36) (1983). Maughan. 黑吻鱥 (blacknose dace) Habitat suitability index models: blacknose dace Trial, J.G., J.G. Stanley, M. Batcheller, G. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.41). (1983) Gebhart, O.E. Maughan, and P.C. Nelson. 虹鱒 (rainbow trout) Habitat suitability index models: rainbow trout Raleigh, R.F., T. Hickman, R.C. Solomon, and U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.60) (1984) P.C. Nelson. 白鱸 Habitat suitability Hamilton, K., U.S. Fish and index models and (white bass) instream flow and P.C. Wildlife Service suitability index curves: white bass Nelson. Biological Report 82(10.89). (1984) 199

227 魚種研究題目作者備註北美白鯉 (white sucker) Habitat suitability index models and instream flow suitability curves: Twomey, K.A., K.L. Williamson, and P.C. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.64). (1984) white sucker Nelson. 太陽魚 (warmouth) Habitat suitability index models and instream flow suitability curves: McMahon, T.E., G. Gebhart, O.E. Maughan, U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.67) (1984) warmouth and P.C. Nelson. 斑點黑鱸 (spotted bass) Habitat suitability index models and instream flow suitability curves: McMahon, T.E., G. Gebhart, O.E. Maughan, U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.72) (1984) spotted bass and P.C. Nelson. 紅鼓魚 ( 幼魚 ) (larval and juvenile red drum) Habitat suitability index models: larval and juvenile red drum Buckley, J. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.74) (1984) 雲紋犬牙石首魚 (spotted seatrout) Habitat suitability index models: spotted seatrout Kostecki, P.T. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.75) (1984) 小冠太陽魚 Habitat suitability Twomey, U.S. Fish and K.A., G. (redear sunfish) index models: Gebhart, O.E. Wildlife Service redear sunfish Maughan, and P.C. Nelson. Biological Report 82(10.79) (1984) 200

228 魚種研究題目作者備註匙吻鱘 (paddlefish) Habitat suitability index models: paddlefish Hubert, W.A., S.H. Anderson, P.D. Southall, U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.80) (1984) and J.H. Crance. 湖鱒 (lake trout) Habitat suitability index models: lake trout (exclusive of the Great Lakes) Marcus, M.D., W.A. Hubert, and S.H. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.84) (1984) 條紋鱸 (striped bass) Habitat suitability index models and instream flow suitability curves: Crance, J.H. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.85) (1984) inland stocks of striped bass 美洲鯡 (American shad) Habitat suitability index models: American shad Stier, D.J., and J.H. Crance. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.88)(1985) 狗鮭 (chum salmon) Habitat suitability index models and instream flow suitability curves: Hale, S.S., T.E. McMahon, and P.C. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.108) (1985) chum salmon Nelson. 粉紅鮭 (pink salmon) Habitat suitability index models and instream flow suitability curves: pink salmon Raleigh, R.F., and P.C. Nelson. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.109) (1985) 201

229 魚種研究題目作者備註北極茴魚 (Arctic grayling) Habitat suitability index models and instream flow suitability curves: Hubert, W.A., R.S. Helzner, L.A. Lee, and P.C. Nelson. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.110) (1985) Arctic grayling riverine populations 美洲真鰶 (gizzard shad) Habitat suitability index models and instream flow suitability curves: Williamson, K.L., and P.C. Nelson. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.112) (1985) gizzard shad 紅胸太陽魚 (redbreast sunfish) Habitat suitability index models and instream flow suitability curves: Aho, J.M., C.S. Anderson, and J.W. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.119) (1986) redbreast sunfish Terrell. 美洲原銀漢魚 (inland silverside) Habitat suitability index models: inland silverside Weinstein, M.P. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.120) 1986) 帝王鮭 (chinook salmon) Habitat suitability index models and instream flow suitability curves: Raleigh, R.F., W.J. Miller, and P.C. Nelson. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.122)(1986) chinook salmon 褐鱒 Habitat suitability Raleigh, R.F., U.S. Fish and index models and L.D. Wildlife Service (brown trout instream flow Zuckerman, Biological Report [revised]) suitability curves: brown trout [revised] and P.C. Nelson. 82(10.124) (1986) 202

230 魚種研究題目作者備註短吻鱘 (shortnose sturgeon) Habitat suitability index models and instream flow suitability curves: Crance, J.H. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.129) (1986) shortnose sturgeon 副眉鰈 ( 英國比目魚 ) (English sole) Habitat suitability index models: juvenile English sole Toole, C.L., R.A. Barnhart, and C.P. Onuf. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.133) (1987) 北美大梭魚 Habitat suitability Cook, M.F., U.S. Fish and (muskellunge) index models: and R.C. Wildlife Service muskellunge Solomon. Biological Report 82(10.148) (1987) 扁頭鯰 (flathead catfish) Habitat suitability index models: flathead catfish Lee, L.A., and J.W. Terrell. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 82(10.152) (1987) 203

231 附件六河川棲地二維模式 (River 2D) River 2D 係由加拿大亞伯他大學土木與環境學系 (Civil and Environmental Department of the University of Alberta) Steffler 教授所發展的二維水理模組, 其採用有限元素法計算並可用於魚類棲地評估的研究在 River 2D(0.93 版本,2006 年發行 )(Steffler and Blackburn, 2006) 軟體中包括四項主要分析模組 :R2D_Bed R2D_Ice R2D_Mesh 及 River2D, 所有模組皆提供圖形使用者介面一河川棲地二維模式原理棲地根據不同流量, 配合水理模式計算不同流量各斷面流速與水深分布, 再透過棲地模式中對象物種之棲地適合度曲線 (Habitat Suitability Curve, HSC) 找出橫斷面各分區之流速及水深所對應之棲地適合度指數, 便可求得研究河段之權重可使用棲地面積 (Weighted Usable Area, WUA) 一維模式中所能提供的是各斷面水面線高程與平均流速, 並不能模擬在河道中橫向的變化, 而二維模式較適合去表示各區域河流的流況, 取代一維以一組斷面來模擬河道之方式並利用連續個別點所組成的網格來模擬一維的水理模式 ( 例如 :HEC-RAS) 通常來模擬河道中各斷面水理變化, 而其假設水力粗糙係數在斷面與斷面之間是以平均值訂定, 模式中所能提供的是各斷面水面線高程與平均流速, 並不能模擬在河道中橫向的變化, 而二維或是三維模式較適合去表示河流各區域的流況, 取代一維模式以一組斷面來模擬河道方式, 而是利用連續個別點所組成的網格面來模擬河域 River2D 模式是由加拿大淡水研究所 (Freshwater Institute, 簡稱 FWI) 亞伯特大學土木與環境系美國地質調查局中部生態科學中心 (Midcontinent Ecological Science Center of the U.S. Geological Survey, 簡稱 MESC) 亞伯特漁業部 (Fisheries Division of the Alberta Government) 共同研究發展與測試,River2D 已經被用在 204

232 加拿大美國許多研究地點等或是不結冰條件下的地區 River2D 全部輸入和輸出乃使用 SI 標準單位 (MKS 制 ) River2D 是垂向平均二維水動力學模型, 模式主要包括四大部分分別是 : R2D_Bed 模組 R2D_Mesh 模組 R2D_Ice 模組及 River2D 模組各模組功能分述如下 : R2D_Bed : 主要用來輸入與編輯地形資料檔, 利用網格或是不規則三角網, 進行 (X,Y,Z) 資料編輯與增修資料, 並且畫定河川外部邊界 (exterior boundary) R2D_Mesh : 利用 R2D_Bed 所輸出的資料, 產生可使用來有效計算水理狀況的三角形不規則網格面, 並用在二維深度平均的有限元流體模型上 R2D_Ice : 對於河川覆冰問題加以處理, 台灣本島不需使用 River2D : 河川棲地模擬與棲地模式 205

233 附圖 6-1 River 2D 模式介面 ( 一 ) 二維模式基本理論 River2D 的平均深度模式建立在質量守恆與動量守恆上, 以及一些與流體特性底床阻力剪力相關的定理 1 質量守恆 : 假設在一流場中有一矩形的控制容積, 一平面長寬為 x y, 與一水深 H 延伸通過如附圖 6-2 所示 : 206

234 207 附圖 6-2 矩形的控制容積只有在水深改變的時候在盒中的水體積才會改變, 我們可以求出體積隨時間的改變率 A H/( t), 而 A 是長方體平面的面積 = x y, 淨入流率為 1 式, 最後可推導至 2 式 x V H x V H y U H y U H (1) x V H x V H y U H y H U t H y x y t H ) V H - V (H x ) U H - H U ( (HV) x (HU) y t H 0 (HV) x (HU) y t H 此為質量守恆的微分方程式, 若定義每單位長寬的流量為 HU q x HV q y, 方程式可寫成 : 0 x y q q t H y x (2)

235 2 動量守恆 : 水深平均之 x 方向動量方程式 : ( qx) ( Uqx) ( Vqx) g H gh S0 S x f H x xx H xy t x y 2 x x y 水深平均之 y 方向動量方程式 : (3) 0 f yx yy ( qy) ( Uqy) ( Vqy) g H gh S S H H x y t x y 2 y x y 以上各式中, H : 水深 ; U V :x 及 y 方向之水深平均流速 ; : 水的密度 ; xy yy : 底床剪應力之分量 ; S 0 x S 0 x : 底床坡降 ; S f x S f y : 摩擦坡降 3 底床阻力模式 : 在處理底床阻力上底床剪應力之摩擦坡降以 X 方向為例 : (4) S bx gh U 2 V fz 2 ghcs 2 U (5) bx 為 x 方向的底床剪應力 C s 為 Chezy 無方向性的阻力係數, 與粗糙高度 k s 相關 C s 5.75 log 12 H k s (6) 給予一個水深 H,Manning 粗糙係數 n 值與 k s 的關係為 208

236 k s 12H m e m, H 2.5n 1 6 g (7) 2 H e 若 k 12 s C s 30 H e Ks 4 橫向剪應力模式 : 深度平均橫向紊流剪應力以 Boussinesq type eddy-viscosity 為模擬 U V xy v t (8) y x 式中 νt 為渦流黏滯係數, 假設由三種因素組成 ; 常數底床剪力產生橫向剪應力產生 H U V 2 2 U U V V t H 2 2 Cs x y x y 式中為使用者自定義係數, 模式中一般定義為 0 ( 二 ) 流體方程式之數值模式在控制方程式建置的模式過程中, 需要有離散化與解析二個主要的步驟其離散化方法一般通常包括有限差分有限體積及有限元素等方法本模式採用有限元素法求得深度平均方程式任何一個結構物都可以視為由無限個數的點所構成的實體, 而有限元素法是以有限個數的元素組成網格將一個實體分割成以有限個節點後再加以分析加權殘差法 (weighted residual method) 是有限元素法一種比較普遍的技術, 其概念為利用試探函數 (trial function) 來得到近似解本模式採用加權殘差法之中的葛樂金加權 (9) 209

237 殘差法 (Galerkin weighted residual approach) 求解, 建立有限元素模式葛樂金加權殘差法 : 求解微分方程式之近似解, 常用的兩種方法為變分法 (variational principle) 與加權殘差法, 本模式採用加權殘差法之中的葛樂金法, 建立有限元素模式, 化簡控制方程式, 以建立有限元素模式求解平均深度流體的連續性和動量方程式可被縮寫為 : C ( H, U, V ) = 0 ( 連續方程式 ) (10) Mx (H,U,V)= 0 ( 動量方程式 ) (11) My (H,U,V)= 0 ( 動量方程式 ) (12) (H: 水深,U:x 方向速度,V:y 方向速度 ) 用試探函數 Hˆ,Uˆ,Vˆ 來代表 H,U,V 代入得 C(Hˆ,Uˆ,Vˆ )= Rc (13) Mx(Hˆ,Uˆ,Vˆ )= Rx (14) My(Hˆ,Uˆ,Vˆ )= Ry (15) 由於 Hˆ,Uˆ,Vˆ 並不會完全吻合方程式, 將導致殘差產生, (Rc Rx Ry) 出現, 而主要的目的就是在於求出殘差越小越好 N i C( H, U, V ) da 0 (16) Ni 代表第 i 個的權重值或是測試的方程式, 在整合整個區域將二維水深平均模式對整個求解區域離散化, 並配合疊代求解河川中之水深及流速 ( 三 ) 基本假設與初始條件及邊界條件設定基本假設 : 1 壓力在垂直方向上的分布為靜壓, 而當底床坡度大於 10% 時, 模式不能被正確的模擬 210

238 2 水平速度的分布是連續的 3 科氏力與風力假設是忽略不計的演算初始條件及邊界條件 : 初始條件包括各節點的地形高程河道粗糙高度及運算範圍等設定邊界條件包括出流側起算水位入流側進流量水深及入流側起算水位等若初始及邊界條件設定不佳, 則模式計算不易收斂, 致程式運算不穩無法跑出結果 ( 四 ) 魚類棲地模式 River2D 的魚類棲地模式是基於物理棲地模擬系統 (Physical Habitat Simulation System, PHABSIM) 的權重可使用面積 (WUA) 之概念,WUA 的計算為演算面積內的每一個節點的綜合適合度指數 (Composite Suitability Index,CSI, 範圍在之間 ), 在 River2D 裡,CSI 在每個節點被單獨的運算, 結合深度速度和底質的適合度指數而權重可使用面積 (WUA) 可用以下函數來表示 i, i, i i (17) WUA F f V f D f C A 式中 F[ ] 為綜合適合度因子 (Combined Suitability Factor);Ai 為三角不規則網格中第 i 區之水域面積, 分別表示第 i 區之流速水深及底質適合指數本模式提供三種權重可使用面積 (WUA) 計算方式, 分別為 : 乘積法 (product): 假設三種參數 f(v) f(d) f(c) 的適合度指數影響力相同調和平均法 (harmonic mean): 調和平均法針對此三種適合度指數做調和平均最小值法 (minimum): 最小值法則是取最小的適合度指數當做綜合棲地適合度因子 211

239 邊界抽取由流線 (streamline) 與流管 (stream tube) 的概念所組成, 流線定義為一假想線在線上任一點的速度向量皆為正切, 而無任何流體可跨越這一流線在二維的流體中, 流線方程式可表示為 : q dy q dx 0 x y (18) q x 式中定義 ( x, y) 作微分可得 y q y x d dx x, ( x, y) dy y 稱之為流線函數, 對於 d qxdx qydy, 可得, d 0 的例子中, 可說明延著流線是為一個常數附圖 6-3 中顯示在二維流場中有兩條流線 1 2, 沒有流體可以穿越任一流線稱之為流管在兩條極靠近的流線 d, 可在這流管元素中求得流量, 見附圖 6-4 附圖 6-3 二維流場 212

240 由 dq q dy q dx 可得式 (19) dq x 附圖 6-4 流管元素流量 y d (19) 2 Q (20) 1 2 d 二數值高程模型原理與應用地型的網格式資料可由數值高程模型 (Digital Elevation Model, DEM) 而來, 數值高程模型包含了 X 座標 Y 座標 Z 高程值 DEM 的產生方式有三種 : ( 一 ) 地面調查將地面實測資料輸入至電腦中準確度高但是需要花費許多的人力與物力, 時間與成本也相對的提高, 比較適合於小區域的調查 ( 二 ) 航空攝影立體相對萃取利用航空攝影照片進行立體的相對萃取, 利用樣本點位座標與高程相關數值以最少的樣本點來取得高準確性的地形模型, 適合用在大型工程的開發, 例如目前經濟部進行之易淹水地區水患治理計畫即殷切需要內政部所完成的數值高程模型 (DEM) 213

241 ( 三 ) 地形圖資訊利用地形圖上的等高線以數化等高線取得 DEM, 主要用於中小比例尺的圖形來產生 DEM 數值高程模型資料結構格式普遍來說可以分為規則網路 (grid) 與不規則三角網 (TIN) 兩種如附圖 6-5,grid 的網格點呈均勻散布, 假使要表示複雜不規則的地形則較不合適 ; 另外一種格式 TIN 是由不規則的分布點所構成, 點與點間以直線相連成三角形, 每個三角形以平面表示之, 合適於表現地形無論以那種方式來取得數值地型高程模型大都以內插的方式以已知點來計算未知點的高程 (a)grid (b)tin 附圖 6-5 樣格表現方式台灣地區 40 m 的 DEM 是由農林航測所利用解析航測法在航照立體相對上數化高程點製成, 其解析度是 40m x 40m, 以 1/5000 基本圖幅分檔其製作 DEM 的方式是每 40m 等間距規則網格取樣, 所以當研究的範圍較小時其精細度不夠, 誤差太大對於小區域所產 214

242 生的結果也會有所影響, 無法準確的表現研究區域的地勢反之在大面積區域的資料分析上適合使用解析度較小的 DEM, 因為解析度太大會造成資料量繁多處理不易, 以及演算時間上的浪費一般來說 DEM 資料解析度有 40m x 40m 20m x 20m 10m x 10m 5m x 5m, 以 DEM 基本地形資料, 輸入到 R2D_Bed 中當底床資料 ( 四 ) 棲地類型與河床底質粗糙係數一般常用者有 Manning 粗糙係數 n 值,Chezy 粗糙係數 C 值及 Darcy-Weisbach 粗糙 ( 阻力 ) 係數 f 值等三種, 主要係在模擬時反應河床質, 而該值需考慮當地之水文與地文條件, 諸如現況河床植生覆蓋情況河床坡降相對潛度等特性, 河川從上游中游至下游河床的河床質大不相同, 通常上游河床底質大部分為巨礫或大小不一之石塊中游環境底質為中等卵石與泥砂為主, 下游底質主要為泥砂但若考慮較小尺度的情況, 同一河道區域中的各區底質皆有所不同,River2D 模式反應河床質的方式是使用粗糙高度 k s, 根據 Moody(1944) 之定義, 粗糙表面之粗糙高度 k s 為表面突起物的平均高度而 Manning 粗糙係數 n 值與粗糙高度 k s 間關係, 可由當給予一個水深 H 時, n 值與 k s 的關係式如下得到, 即 : k s H H m, m (21) e 2.5n g 附圖 6-6 為美國地質調查所 (United States Geological Survey, USGS) 在 Elbow 河川中使用的 River2D 模式之底質參數設定, 底質的分級參照如表 6-1, 相關研究之分級見表 6-2 模式中粗糙高度的分布依實際底質分布對應出粗糙高度值後輸入到模式中 215

243 附表 6-1 River2D 二維水理棲地計算模式使用之 Roughness 參考表 Map Key code Substrate 編號 Description Roughness(H) sand gravel cobble large cobble small boulder large boulder rocks or trees 1.5 註 : 本參考表摘自 USGS,2D Hydrodynamic/Habitat Modeling Workshop,National Conservation Training Center,March 11 13, 2002 Roughness H 附圖 6-6 Elbow 河川中的底質參數 ( 資料來源 :USGS) 216

244 附表 6-2 河床底質粒徑分類標準底質等級底質粒徑範圍 (mm) 細沈積沙土 (Fine sediments) 有機質碎屑 <2.0 (Organic detritus) 黏土 (Clay) 泥 (Silt) 砂 (Sand) 小礫石 ( 礫石 )(Gravel) 2.0~16 大礫石 ( 卵石 )(Pebble) 16~64 圓石 (Cobble) 64~256 小巨石 (Small boulder) 256~512 大巨石 (Large boulder) >512 資料來源 : 經濟部水利署河川生態工法實務手冊 (2005) 三 RIVER 2D 模式之應用 Zhou 等人在 2005 年加拿大的安大略水力協會所舉行的研討會中, 即以 River 2D 為計算核心進行河川棲地的模擬, 其指出魚類棲地成為水資源發展中越來越重要的課題,PHABSIM( 一維的水理模組 ) 是傳統上解決問題的方法論, 但 PHABSIM 無法以二維的變數處理實際上複雜的河川地形資料在上述案例中, 實際地形與建置後的 TIN 地形網如附圖 6-7 所示, 在不同流量條件下, 更可以進行棲地模擬與分析上游附圖 6-7 River 2D 進行二維棲地模擬之地形建置示意圖 217 下游 ( 資料來源 : 修改自 Zhou et al., 2005)

245 在美國發展 PHABSIM 之 USGS 中的 Fort Collins Sciene Center (Waddle, 2006) 亦提出以 River 2D 模擬河道經過整治前後的地形條件, 針對部分魚種的適應性提出適合度與可行性分析, 顯見 River 2D 適用性較為廣泛且利於複雜的河川環境在其模擬的成果中 ( 如附圖 6-8) 可以發現, 在複合棲地指數中較高的棲地型態皆位於類型 C 的區域, 但如果河道經過整治後 ( 將河彎處填平 ), 整體河川環境將不再有利, 且特定魚種將會無法在該河段繼續生存不當填土區或將河道較為彎曲處整平, 都有可能導致較佳的棲地環境減少, 因此在洪水來時的高水位, 甚至無法提供魚類避難的區域, 這些情況在國內也常可見到複合棲地指數整治前河道整治後河道棲地類型 C 棲地類型 C 棲地類型 C 與 D 遭受填埋棲地類型 A 與 E 未改變填土區附圖 6-8 River 2D 進行河道整治前後棲地品質模擬示意圖溫博文 (2005) 以烏溪為研究案例二維棲地模式 River2D 模擬南崁溪各種流量情況下之棲地可使用面積與相同狀況下一維水理棲地模式 RHABSIM 的比較, 並討論河道中攔河堰等構造物對於棲地的影響, 以進行生態棲地的量化模擬與評估 218

246 余燕妮 (2006) 綜合臺灣特有魚種特性資料, 初步建立臺灣本島五地理分區之各適合度曲線, 提供水利工程師棲地運算之工具陳伸安 (2006) 為了解河川生態的效益, 因此進行生態棲地的量化模擬與評估利用 River 2D 棲地模式模擬桃園縣南崁溪各種流量情況下之棲地可使用面積 (WUA) 與相同狀況下一維物理棲地模式 RHABSIM 做比較, 並探討河道中攔河堰等構造物棲地的影響其結果顯示一維模式期初建構地形資料較為繁瑣, 需有完整的斷面資料或以內插斷面資料來達成較準確的模擬, 而二維模式則在模擬流量之流速水深需要時間運算, 其網格資料量越多, 則所需花費之時間與精力將耗費龐大, 但在小區域範圍也更為精準毛振泰 (2006) 依據臺灣本島魚類棲息之五個動物地理分區, 以各分區中淡水特有魚種之生存適合性作為評估河川生態的標準, 制訂各分區上中下游河段之四種棲地適合度曲線 ( 流速水深底質及水質棲地適合度曲線 ), 並對於選定河川進行研究, 利用一維 HEC-RAS 水理計算模式 River 2D 棲地模式及 Arcview Autocad 圖形檔處理軟體, 最後建議採用計畫河寬計算公式之最大值 (Max 計畫河寬 ) 作為治理計畫線寬度 (Bp), 並以河川生態寬度 (Be) Be=0.1324* Bp 求取治理河段需維持自然狀態的最小寬度陳芳瑜 (2007) 以台灣之卑南溪與高屏溪為研究區域, 利用 River 2D 河川棲地模式為演算核心, 模擬河川流況及棲地型態之變化, 對台灣棲地環境型態做定量的描述 ; 並以台灣魚類地理分區為基礎, 針對卑南溪與高屏溪研究河段之台灣特有淡水魚種棲息之水域環境條件加以探討, 最後對於河川型態與棲地分布情況之關係進行分析林裕庭 (2008) 藉由數值二維模式探討豎孔式魚道的水理特性, 模擬不同坡度與格板間距時魚道之流速與水深的關係, 並以指標魚種之游泳能力, 探討較的合適豎孔式魚道之配置 ( 不同坡度與格板間距 ) 219

247 附圖 6-9 豎孔式魚道流況模擬 ( 資料來源 : 林裕庭,2008) 陳柏諺 (2008) 利用河川棲地二維模式來模擬河川流況, 探討不同水利建造物 ( 無丁壩工 1 座丁壩及 2 座丁壩等 ) 對模擬河段指標魚種棲地可用面積之影響吳振欣 (2008) 使用河川棲地二維模式 (River 2D) 為演算核心, 配合集水區自動劃分與河川水理模式 (HEC-RAS), 建置北勢溪粗窟樣站之數值高程模型各斷面資料集水面積常流量各頻率洪峰流量作為模擬數據之基礎, 模擬研究河段之河川流況及棲地權重可用面積 (WUA) 分布情形, 並探討河川棲地歧異度及魚類上溯廊道之探討, 進而設計防砂壩及魚道改善方案, 透過模式模擬出最佳之河川棲地環境 ( 附圖 6-10) 220

248 Weighted Useable Area Distance 10.0 m Qin = Y X 附圖 6-10 防砂壩上下河川棲地模擬 ( 資料來源 : 吳振欣,2008) River 2D 在國內外已有相關研究案例之應用成果發表, 大多為應用在魚類棲地模擬與棲地評估議題上, 其研究期程的時間與生物資料的完整性, 則差異較大例如 :Tomsic 等人 (2007) 利用綜合的生態水力模式預測拆壩後指標魚種的棲地, 引用完整的生物鏈關聯性進行探討 Korman(2004) 模擬科羅拉多河中鰷魚的流量效應, 則引用完整的生物生活史進行分析這些研究對照國內已有的研究報告而言, 國外研究案例付出龐大的生態調查範圍與時間, 建立可資應用的完整生物資料, 以便建立棲地分析的正確性國內研究常受限於現地調查與生物學的基礎資料, 引用或猜測棲地及生物特性, 導致模擬的正確性仍有疑慮, 這些基礎資料的問題仍有待長期的努力在 River 2D 應用與限制的問題, 則在使用手冊上有明確的建議, River 2D 的模式是建構在一個二維向量平均水深魚類棲地且特定應用於自然河川的模擬模式應用的限制, 則受限在其基本的三項假設 : 221

249 (1) 在垂直軸的壓力分布為靜水壓, 因此在陡坡河槽或是坡度急速變化的河段, 其精確度會降低, 當模擬河道的長度小於 10 倍的水深時或河道坡度大於 10% 時, 亦無法正確模擬 (2) 本模式假設在同一點位置下, 不論水深的深度, 其流速皆為定值, 因此二次流與渦流並不會加以計算 (3) 本模式忽略科氏力與風力的計算, 因次本模式亦不適用於大型水體, 例如 : 大型湖泊與海岸等地區 222

250 附件七河川適合度曲線應用介面操作介紹本研究所開發之河川棲地演算模組係採用多項棲地演算參數加以整合發展後所得之棲地應用模式, 系統中包含四項功能模組 : 流況歧異度 IBI 指數 River2D 適合度指數以下就整體系統使用及各功能模組加以介紹, 以利說明本電腦系統設計及功能模組使用概要 1. 系統說明本系統資料夾中含有四項功能模組 : 流況歧異度 IBI 指數 River2D 適合度指數, 全部整合於 PERCHNET 應用程式中, 並寫成一個主介面的執行檔, 執行功能模組時再呼叫所需的子介面本程式設計並不需要執行安裝的動作, 故在開啟資料夾後 ( 附圖 7-1), 可以直接執行本電腦程式附圖 7-1 程式資料夾內容示意圖利用雙擊選取執行 PERCHNET 應用程式, 便可以呼叫河川棲地演算模組的歡迎畫面 ( 如附圖 7-2), 此時需要輸入帳號及密碼, 目前帳號及密碼皆預設為 River ( 需注意大小寫 ) 223

251 附圖 7-2 河川棲地演算模組歡迎畫面示意圖輸入帳號密碼後, 可以進入到程式主要畫面 ( 附圖 7-3), 畫面顯示四個可供選取的運算模組, 在選取適當的功能模組後, 可進行進一步的執行功能附圖 7-3 河川棲地演算模組程式主畫面示意圖 224

252 2. 流況歧異度本研究採用的流況歧異度計算方式, 係參採評估生物之歧異度, 主要以生物多樣性來評估該區的物種豐富度, 應用到評估棲地時, 可藉由棲地型態的描述, 得知指標魚種對於潭瀨類型的喜好程度及研究河段之潭瀨類型特性棲息之多樣性通常使用歧異度指數 (Diversity Index, D ) 來表示, 當歧異度指數愈高表示其多樣性愈佳, 歧異度指數通常以 Simpson 歧異度指數與 Shannon 歧異度指數方法分析本研究採用 Simpson 歧異度指數, 並依其定義加以修正如下 : D 1 s s 2 Pi i 1 i 1 ni N 2 式中 : D : 歧異度指數 ;λ: 優勢度指數 ;S: 總斷面數 ;i: 棲地型態 ( 淺瀨淺流深潭深流 ); P i : 棲地型態所佔比例 ; n i : 棲地型態所佔之面積 ;N: 各斷面水域面積 ; 由以上式子, 可推得棲地歧異度在 0~(N 1)/N 之間, 即棲地歧異度最小值可能是為 0, 最大值為 (N 1)/N 優勢度指數 λ 介於 0 到 1 之間, 其 λ 值越高, 表示此一河段的潭瀨型態越集中, 棲地歧異度越低當 λ 值等於 1 時, D 為 0 表示此一河段的潭瀨屬於單一型態, 當 λ 值接近於 0 時, D 接近於 1, 表示此一河段的棲地型態趨於多樣化流況歧異度所採用之水域型態係參考經濟部水利署 (2005) 出版的河川生態工法實務手冊 ( 參附表 7-1), 將流域與水深二項參數加以分類與計算 225

253 附表 7-1 水域型態分類標準水域型態淺瀨淺流深潭深流流速 > 0.3 m/sec > 0.3 m/sec < 0.3 m/sec > 0.3 m/sec 水深 < 0.3 m < 0.3 m > 0.3 m > 0.3 m 呼叫流況歧異度的功能模組時, 此時需要選取來自 R2D 所執行完成後並萃取出的 Nodal_Attributes 逗點分隔值檔案 ( 附圖 7-4), 程式會利用萃取後的 D 欄位 ( 水深 ) 及 E 欄位 ( 流速 ), 計算流況歧異度之成果 ( 附圖 7-5) 附圖 7-4 R2D 萃取逗點分隔值檔案示意圖 226

254 附圖 7-5 流況歧異度功能模組示意圖 3. IBI 指數本研究採用的生物整合指標 (Index of Biotic Integrity, IBI) IBI 指數計算方式, 係參採前期研究建置的計算模組, 其計算的依據為水利規劃試驗所 (2006) 臺灣地區河川棲地評估技術之研究提出的生物屬性對照表, 計算 IBI 次指標矩陣積分與 IBI 指標積分, 再依照附表 7-2 對應之污染等級進行判定 IBI 指標功能模組的使用, 可以在呼叫程式後看見下拉選單 ( 包括 : 指標資料庫離開 )( 附圖 7-6), 首先利用資料庫下拉選單中的河流建立執行調查的河流名稱, 並利用新增功能加入河流資料庫中 ( 附圖 7-7) 再依照執行調查的樣區, 利用新增功能加入樣區資料庫中 ( 附圖 7-8) 最後依照執行調查的成果, 利用魚類資料庫介面輸入調查的成果 ( 附圖 7-9) 227

255 附圖 7-6 資料庫功能選單示意圖附圖 7-7 河流資料庫介面示意圖 228

256 附圖 7-8 樣區資料庫介面示意圖附圖 7-9 魚類資料庫介面示意圖 229

257 接著利用指標 ( 附圖 7-10) 功能項下的 IBI 的 IBI 分數表, 可計算出 IBI 積分 ( 附圖 7-11) 並可以選用 IBI CHART 功能項計算 IBI 相關係數 ( 附圖 7-12) 附圖 7-10 指標功能選單示意圖附圖 7-11 IBI 分數表計算介面示意圖 230

258 附圖 7-12 IBI 相關係數圖表介面示意圖附表 7-2 IBI 積分等級表狀態等級 (Condition Category) 數值範圍 (Score Range) 無污染 (Non-impaired) 輕微污染 (Slightly impaired) 中等污染 (Moderately impaired) 嚴重污染 (Severely impaired) River2D 本研究採用的 River 2D 執行程式, 可由本程式介面中利用選取 River 2D 後即會出現對話框如附圖 7-13, 再由附圖 7-13 中選取所要執行的模組其餘詳細的程式與理論介紹, 則參考本研究報告的相關章節 231

259 附圖 7-13 River2D 模組功能選單示意圖 5. 適合度指數棲地適宜性分析 (Habitat Suitability Analysis) 是由美國魚類及野生動物署於 1980 年 (U.S. Fish and Wildlife) 發展評估土地利用對環境衝擊影響程度的一套方法, 其目的為瞭解及預測野生動物的棲地需求以及正確的評估棲地品質 (Van Horne, 1983), 其中最常應用的即為棲地適合度指數 (Habitat Suitability Index,HSI) 棲地適合度指數的基本假設為某物種會選擇最能滿足生活所需之棲地, 而某物種最頻繁出現的即為其最佳之棲地品質, 因此棲地適宜性指數的定義為 : 研究區棲地狀況棲地適宜性指數, 0 棲地適宜性指數 1 最適棲地狀況其中以 0 代表完全不適合目標物種的棲地狀況,1 代表最適合的棲地狀況一般的棲地適合度指數計算式有下列四種 : 幾何平均法 : 算術平均法 : 限定要因法 : 加算要因法 : SI1 * SI 2 * SI 3 * SI 4 *...* SI n HSI n SI1 SI 2 SI 3 SI 4... SI n HSI n HSI SI1 or SI 2 or SI 3 or... or SI n HSI SI SI SI SI... SI 第一式中各適宜性質為互相影響, 故以幾何平均概念來呈現 ; 第 n

260 二式中以算術平均數的概念而發展的計算式 ; 第三式是取其相關性高之影響因子來做代表 ; 第四式中只是概念性的分類, 實際建構則須視個別需要再加以變化本研究建置的適合度指數是為了進行 River2D 計算時所需要輸入的 prf 檔, 為了讓使用者更進一步瞭解自己建置的適合度曲線, 而特別提出的功能模組, 並可以在資料庫中選取所需要的三種參數加以整合成 River2D 的 prf 檔 ( 附圖 7-14), 並可以先行繪製特定適合度參數的曲線圖 ( 附圖 7-15), 最後並可以匯出 River2D 操作所需的 prf 檔格式 ( 附圖 7-16) 附圖 7-14 適合度功能選單示意圖 233

261 附圖 7-15 適合度繪圖示意圖附圖 7-16 適合度檔案輸出示意圖 234

262 附件八指標魚種介紹明潭吻鰕虎為鰕虎科, 為底棲性魚類, 為溪流中上游地區的優勢魚種, 體色呈黃褐色或深褐色, 胸部具有一明顯吸盤構造, 吻部有紅色線紋, 喜好棲息於岩石下方或石縫洞穴中, 產卵黏附在石下背面大多成群棲息在潭區或瀨區的岩石上屬於雜食性魚類, 以小魚小型水棲昆蟲小蝦蟹及有機碎屑為食體長可至 9 cm,3-6 cm 較常見臺灣纓口鰍為平鰭鰍科, 初級淡水魚, 分布台灣西部淡水河以南至濁水溪以北各溪流之中上游底棲性, 體呈扁平, 常以胸腹鰭平貼在石頭上, 吸附力強, 喜好棲息河川中上游湍急河段石頭體色變異大, 一般呈暗黃色, 體背及體側有不規則斑紋, 雜食性, 以刮食石頭上藻類為主, 亦會捕食水生昆蟲及攝食有機碎屑體長可至 15 cm,5-10 cm 較常見 235

263 粗首鱲為鯉科, 分布於西部的河川中, 近來因被放流而普遍分布於花東各溪流中本種主要分布於河川中下游, 喜棲息於水流較緩慢之河段, 通常於水域表層活動, 分布極廣 ; 幼魚易於岸邊緩水區發現, 體色呈銀白色幼魚時為雜食性, 成魚偏肉食性, 喜食水棲昆蟲小魚及小蝦, 黃昏時可常見到跳躍出水面捕食水面上昆蟲在繁殖季節常可見雄魚有追逐雌魚之求偶行為, 成熟雄魚身體兩側具有淺藍綠色的橫帶, 胸鰭及腹鰭呈橘黃色, 體長可至 25 cm,5-20 cm 較常見臺灣石魚賓為鯉科, 為分布在台灣西部各河川中游, 終其一生只能在淡水水域生活, 屬於初級淡水魚類, 雜食性以石頭上附生藻類及水棲昆蟲為主要食物, 泳力強, 成魚常出現在急瀨水流湍急處中巨石附近新鮮藻類易生之處, 啃食新鮮藻類, 易受驚嚇, 警戒心強, 因此在地形複雜多石縫處易發現蹤跡, 而幼魚體色呈黃綠色, 有明顯黑色橫帶, 易於岸邊緩水區發現, 體長可至 25 cm, 較為常見 cm 236

264 附件九烏溪生態調查計畫一計畫目的本計畫於台灣中部之重要河川施以魚類微棲地調查, 透過對於本土魚類在自然棲地中流速水深等微棲環境喜好情形及其生活史的瞭解, 嘗試建立指標魚種微棲生態基礎資料庫及棲地適合度曲線, 俾提供河川棲地復育改善及評估生態基流量時之參考二工作重點 1. 台灣中部河川樣區設置及指標魚種選擇 2. 指標魚種生活史調查研究 3. 指標魚種水深流速等棲地適合度調查研究 4. 研究調查資料彙整分析與報告撰寫三調查地點調查樣區選取南港溪觀音橋河段北港溪福興橋河段水長流溪大旗橋河段及南北港溪匯流口河段共設置 20 個子樣區, 進行棲地適合度調查指標魚種選擇及生活史調查四調查時間及頻度計畫期程中, 每月進行 1 次, 調查日期視每月氣候及河川狀況而定五調查方法 ( 一 ) 根據指標魚種棲地適合度調查方法, 於選定樣區水域設置長 3 m( 平行流向 ) 寬 1.5 m( 垂直流向 ) 的矩形樣格, 於每 1 樣格內以電氣法實施魚類及環境因子調查, 共計完成 400 格電格數, 建立指標魚種棲地適合度曲線所需之水深流速等棲地環境因子資料 237

265 ( 二 ) 根據指標魚種棲地適合度調查方法, 於選定樣區水域設置矩形樣格, 以電格法進行並輔以背負式電魚器, 進行指標魚種採集, 合計每月 30 隻 ( 三 ) 將捕獲之指標魚種依序進行各項樣本處理, 並分析及紀錄外部型態食性生殖腺等六預期成果本計畫於台灣中部之重要河川 - 烏溪施以魚類微棲地調查, 透過對於魚類在自然棲地中流速水深等微棲環境喜好情形及其生活史的瞭解, 提供指標魚種微棲生態基礎資料庫及棲地適合度曲線 238

266 國家圖書館出版品預行編目資料河川生物指標物種分析及其適合度曲線研究 (2/3) / 經濟部水利署水利規劃試驗所 [ 編 ].-- 第一版. -- 臺中縣霧峰鄉 : 水利署水規所, 面 ; 公分參考書目 : 面 ISBN ( 平裝 ) 1. 河川工程 2. 棲息地 3. 指標生物 4. 生態模擬河川生物指標物種分析及其適合度曲線研究 (2/3) 發行人 : 陳弘凷出版機關 : 經濟部水利署水利規劃試驗所編著者 : 行政院農業委員會特有生物研究保育中心地址 : 台中縣霧峰鄉吉峰村中正路 1340 號電話 : 傳真 : 網址 : 出版年月 :2010 年 12 月 GPN: ISBN: 版權所有, 翻印必究 239

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Microsoft Word - 第四章.doc

Microsoft Word - 第四章.doc 第四章 - 試分別說明組合邏輯電路與序向邏輯電路之定義解 : 組合邏輯電路由基本邏輯閘所組成的此種邏輯電路之輸出為電路所有輸入的組合因此輸出狀態可完全由目前之輸入來決定而組合邏輯電路之示意圖如圖所 a 示 ; 而序向邏