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研究生: 蔡怡菁
Tsai, Yi-Ching
論文名稱: 應用多變量統計分析探討屏東平原地下水水質特性
A Study on the Characterization of Groundwater Quality in Pingtung Plain by Using Multivariate Statistical Techniques
指導教授: 陳澤生
Chen, Tse-Sheng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工程管理碩士在職專班
Engineering Management Graduate Program
論文出版年: 2021
畢業學年度: 109
語文別: 中文
論文頁數: 88
中文關鍵詞: 屏東平原地下水相關性分析因素分析群集分析
外文關鍵詞: Pingtung Plain, groundwater, correlation analysis, factor analysis, cluster analysis
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  • 地下水為人類生活用水來源之一,在屏東地區,自來水普及率僅5成,人民生活多靠地下水,然而地下水容易因本身環境地質條件或人為活動影響其水質,飲用受汙染的水,可能會使該地區面臨一些傳染性疾病暴發的風險,例如:痢疾、腹瀉等,因此,我國環保署為保護及管理地下水水質,了解水質背景狀況,自1993年對全國地下水分區設置監測井,並自2002年起開始進行區域性地下水質監測,定期採樣監測,維護地下水質。
    本研究選用2015年至2019年屏東平原地下水分區監測井近五年之資料進行分析,透過SPSS 17軟體以多變量統計分析的相關性分析、因素分析與群集分析,探討屏東地區地下水質之概況,選擇水溫、導電度、酸鹼值、溶氧、總硬度、總溶解固體、氯鹽、氨氮、硝酸鹽氮、硫酸鹽、總有機碳、砷、鎘、鉻、銅、鉛、鋅、錳、鐵、總酚、氟鹽等21項參數進行分析。
    透過相關性分析可知導電度、總硬度、總溶解固體物、氯鹽、硫酸鹽具有高度相關性,氨氮及鐵亦具有高度相關;因素分析共可分出「鹽化因子」、「地質因子」、「水溫因子」、「重金屬因子」及「酸鹼值因子」等主成分因子;群集分析可分出六個群集,且大致可依沖積扇的扇頂、扇央及扇尾進行劃分,在沿海地帶意即扇尾地區與地下水鹽化因子有關之變數有較高之測值,且多有超標之現象,顯示該地區有海水入侵之情形,而扇頂則屬於溶氧量及硝酸鹽氮測值較高,研判其可能受生活廢水或農業廢水汙染。對於海水入侵水質較差的沿海地區,應嚴格控管地下水超抽量,避免水質惡化,在硝酸鹽氮測值較高之扇頂地區,注意人為廢水不應直接排入河川污染河川水質,甚至流入地層中影響地下水水質。

    Groundwater is one of the source of domestic water. For living use, there are only 50% of households served tap water in Pingtung. Instead, they use groundwater. However, the geologic structure or the development of human activities will affect the quality of groundwater. Contaminated drinking water results in infectious diseases such as dysentery and diarrhea. Therefore, the Environmental Protection Administration Executive Yuan installed observation wells since 1993 to understand the background of groundwater quality. The purpose of monitoring groundwater quality since 2002 is to maintain good groundwater quality.
    In this study, correlation analysis, factor analysis and cluster analysis were used to explore the groundwater quality monitoring data from 2015 to 2019 by SPSS version 17. Items to be examined included temperature (Temp.), electrical conductivity (EC), pH, dissolved oxygen (DO) , hardness, total dissolved solids (TDS), chloride (Cl), ammonia nitrogen (NH3-N), nitrate nitrogen (NO3--N), sulfate, total organic carbon (TOC), arsenic (As), cadmium (Cd), chromium (Enders), copper (Center), lead (Pb), zinc (Zn), manganese (Mn), iron(Fe) , phenols and fluoride.
    Electrical conductivity, hardness, total dissolved solids, chloride and sulfate were highly correlated with each other. Ammonia nitrogen and iron were also highly correlated. The salinization factor, geological factor, temperature factor, heavy metal factor, and pH factor were extracted by factor analysis. The result of cluster analysis generated six groups and grouped to the locations of the upper-fan, mid-fan, and distal-fan from the Pingtung alluvial fan. The variables related to the salinity of groundwater in the coastal zone, which is far from the distal-fan, were higher than the others. The values exceeding standard values revealed the proof of seawater intrusion. The value of dissolved oxygen and nitrate nitrogen were high in upper-fan should not be directly discharged into the river to pollute the water quality of the river even affect the groundwater quality.

    摘要 I 誌謝 VIII 目錄 IX 表目錄 XII 圖目錄 XIII 中英文縮寫對照表 XIV 第1章 緒論 1 1-1 研究背景與動機 1 1-2 研究目的 2 1-3 研究範圍 2 1-4 研究架構 3 第2章 文獻探討 5 2-1 地下水 5 2-2 地下水水質監測 5 2-2-1 法規依據 6 2-2-2 檢測方法 6 2-2-3 監測標準 10 2-3 多變量統計分析之應用 12 2-3-1 國內相關文獻 13 2-3-2 國外相關文獻 18 2-4 本章小結 24 第3章 研究方法 25 3-1 屏東平原地下水分區背景資料概述 25 3-1-1 地理環境 25 3-1-2 地下水水質 26 3-1-3 產業型態 27 3-2 資料預處理 29 3-2-1 遺漏值 29 3-2-2 ND值 31 3-2-3 離群值 32 3-2-4 標準化 32 3-3 多變量統計分析原理 33 3-3-1 相關性分析 33 3-3-2 因素分析 34 3-3-3 群集分析 39 第4章 研究分析與結果 42 4-1 敘述統計 43 4-2 資料預處理 43 4-3 相關性分析 45 4-4 因素分析 45 4-4-1 主成分因子一 47 4-4-2 主成分因子二 49 4-4-3 主成分因子三 49 4-4-4 主成分因子四、五 49 4-4-5 主成分因子六 50 4-5 群集分析 50 4-5-1 群集一 59 4-5-2 群集二 61 4-5-3 群集三 62 4-5-4 群集四 62 4-5-5 群集五 63 4-5-6 群集六 64 第5章 結論與建議 68 5-1 結論 68 5-2 建議 70 參考文獻 71 附錄 86

    中文部份
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    2022-07-01公開
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