中原大學土木工程學系學位論文
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都市污水處理中多以生物處理法來減少水中氮化物，而生物處理法是指污水處理廠之反應槽中，馴養出具有硝化及脫硝功能之菌株來降低水中氮化物；本研究針對在脫硝作用之關鍵步驟，為將亞硝酸鹽經由電子轉移還原成一氧化氮，然而脫硝菌中具有此項功能基因有nirS和nirK基因兩種，因此採用該兩種基因之引子對偵測內湖污水處理廠、SBMBR反應槽及其薄膜上之生物膜污泥，並應用兩種分離方法(純菌培養和基因轉殖)來探討其脫硝基因與脫硝菌之多樣性。 由實驗結果顯示，其內湖污水處理廠之污泥經由PCR偵測結果，推估具有nirS基因(+)之脫硝菌佔該廠之活性污泥比例約為22.5%；而具有nirK基因(+)之脫硝菌約佔該廠活性污泥比例約為12.5%，可知脫硝菌佔該廠之活性污泥比例甚高。 將由內湖污水處理廠採回之污泥經由SBMBR系統長時間馴養後，並分別採用純菌培養及基因轉殖兩菌種分離之方法，進而比較兩種結果；經由實驗結果發現利用純菌培養可分離之菌種類別較少，但其在類緣關係間之比較與使用基因轉殖分類方法，所分離之菌株之分佈情形相似其可分離出較多種類之菌株，但觀察其類緣圖會發現其彼此間分佈情形較為均勻。 考量浸置於MBR反應槽中之薄膜表面所增生之污泥亦具有脫硝作用，因此亦將其生物膜污泥採集並進行基因轉殖之分類，其結果發現該部分之污泥亦有具脫硝基因之菌株存在，但可被發現之種類較少；另外，在類緣關係分佈情形中發現其菌株種類與槽內污泥分離出之菌株均勻分布，此與操作模廠時進行排泥作用會將部分生物膜污泥同時排出，或抽出出流水時抽出部分污泥，結果顯示SBMBR槽中與薄膜上污泥之其脫硝基因呈現之親緣關係相近。 本研究並將設計該引子對之菌株一同研究比對，將其結果繪置類緣圖並觀察與所偵測之菌種間親緣關係，其在與脫硝菌之親緣圖中群集關係較遠，可發現其所能偵測範圍極廣；另外，為考量其與菌種間序列差異，未來可將測得之脫硝菌株一併與以之設計該引子對之菌株設計出較完整性適合本土性引子對。
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由於銨氧化菌生長競爭力弱，且依其型態外觀，難以區分各個種之間的差異，再加上自營性銨氧化菌生長緩慢不易培養，為了解本研究室所馴養的SBMBR模廠中銨氧化菌之多樣性，本研究利用具銨氧化菌特殊功能之amoA基因，結合分子生物技術以了解SBMBR模廠中銨氧化菌之菌相。並針對SBMBR模廠污泥之16S rDNA基因做菌相分析，以了解SBMBR反應槽中菌種分佈及銨氧化菌所佔之比例。 研究結果顯示，具銨氧化菌特殊功能之amoA基因，僅擁有兩個copy number，因此DNA增幅不易，所以需做二次PCR才能獲得夠亮之band送定序。因而本研究僅於自營培養獲得利用amoA primer所增幅可送定序之PCR產物，定序比對後，皆與Nitrosmonas oligotropha菌種之amoA基因親源關係較近。本研究接著將銨氧化菌之16S rDNA基因定序比對後，發現具有同時硝化及脫硝功能之Bacillus之菌屬。 SBMBR模廠污泥及生物膜經基因轉殖後，以DGGE及RFLP分類，皆將銨氧化菌之amoA基因分為兩類，分別與Nitrosmonas europaea及Nitrosmonas oligotropha菌種親源關係較親近。因此本研究室馴養之SBMBR模廠，其硝化菌之amoA基因集中於Nitrosomonas屬。 SBMBR污泥經總菌落數培養，其16S rDNA基因之比對結果大多為具有脫硝功能之菌屬，而由基因轉殖之16S rDNA比對分析則大多與除磷及脫硝作用有關之菌屬，與本研究室SBMBR反應槽具有脫硝、除磷作用相符。 此外經培養所得之銨氧化菌比例甚低，其原因可能為銨氧化菌培養不易，且在SBMBR模廠所佔比例偏低，因此導致本研究經傳統培養法所得之銨氧化菌數目甚少。
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本文旨在以向量式有限元法為基礎推導四面體實體元，並應用於分析三維實體結構的運動。除了需要有一個效能良好的計算核心( Solver )外，一個完整的問題分析仍必須包含前處理以及後處理部分( Pre and post processor )。因此在前處理及後處理部分，應用了圖形化使用者介面模式( GUI )的視窗介面降低了計算結果判讀的困難度。計算核心方面是採用向量式有限元法理論發展而成的求解器。 向量式有限元基本的理論是將連續體視為一群質點的集合，質點與質點間的互制以及質點的運動皆遵守牛頓運動定律。不同於一般以變分法為基礎的有限元，應變的計算直接透過實體元的運動學得到。其中，剛體與變形位移的分離為強調的重點。為了滿足變形位移的連續條件，特別針對四面體實體元建立一組變形座標。數值算例結果顯示：本文所建議之實體元不但可通過大剛體轉動之補片測試，而且其數值結果與解析解或其它方法的解相當吻合。 前、後處理方面，本文建立圖形化使用者介面模式來展示有限元前後處理，發展平台為Microsoft Windows環境下使用Boland C++ Builder 6以C++語言為根基，並搭配SGI的OpenGL圖形程式庫。透過OpenGL圖形程式庫將使發展者更容易掌握圖形表現的能力。藉由圖形化使用者介面的發展，視覺化的反應將更容易讓使用者能快速判斷分析問題的結果。
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國道客運在交通部於民國84年開放營運後，大多數路線初期之總載客量呈現成長情形，但由於競爭者之數量增加，逐漸瓜分整體旅客市場。基於增加獲利、提升營運績效之目的，國內航空與海運業者已發展數種有效之策略合作方式；相較於此，國道客運卻仍缺乏類似之有效策略合作或共同經營之方式。在公路運輸方面，近年來關於如何提升國道客運營運績效之研究報告陸續發表，其中以發展轉運、接駁方式等最廣為探討。然而此類研究多以單一業者為研究對象，對於多業者間策略競爭行為之探討仍付之闕如。 本研究以國道客運為研究對象，針對一般型中（長）程路線建立二種營運合作模式，包括直達型路線合作模式與轉運型路線合作模式。模式一選擇台北-高雄、模式二選擇台北-台中、台中-高雄直達型路線與經營該路線之主要合法客運業者為模擬對象，最佳化目標為業者總利潤最佳化，在此主要針對聯合營運之最適票價與車輛班距規劃進行探討。研究結果顯示模式一在模式求解之票價與發車時刻下，業者所獲得之總利潤至少較未合作前增加25%，在模式二中業者總利潤至少增加11%，顯示本研究所發展之最佳化模式，不但能提供業者合理可行之票價與班距搭配方式，且確實有助於業者提升獲利能力。
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旅次起迄分佈為運輸規劃中之重要參考資訊，然旅次起迄調查之資料取得十分困難，且須投入大量人力資源，並可能發生資料錯誤或不完整。就進出控制(access-controlled)之運輸廊道而言，廊道上各點之進出流量通常較易藉由調查取得，但各點間之起迄關係則不易獲得。起迄推估模式的發展，一直是近幾十年運輸規劃發展的重要課題。針對複雜的都市路網，傾向以複雜起迄推估模式作為基礎，推估時需引入之歷史資訊相對較多，才能夠有效降低較複雜運輸路網(如都市路網以及區域間具支線公路路網)起迄推估的誤差。本研究主要以較單純不具支線的廊道系統為研究對象，而單純運輸廊道的起迄間的彼此影響及複雜度較不似路網，故模式發展朝向較簡化的起迄推估模式方向發展，並利用較易取得的廊道出入站流量作為基礎推估的資訊，進而將發展之模式運用於廊道運輸系統未被建立的階段，以僅有的流量資訊推估起迄矩陣，因為預先推估的起迄矩陣，其對於路廊之設計與流量管理具相當重要性。 本研究以Tsygalnitzky(1977)所提出之管流類推法(Fluid Analogy Method)為基礎，此法適用於管流封閉空間，對應於實際之運輸系統，捷運、公車及高速公路等具進出控制之廊道，其路線類似管流，分支少且單純，容易獨立出特定分析之範圍。研究中，分為三部分予以探討，第一部份就最單純之封閉型廊道，進行基本推估方法之建立及相對吸引之探討，且廊道中各出入站之進出量皆完整提供。第二部分，則放寬部分條件，允許廊道中某站之進或出資料不全，進而考慮當廊道中某站之進出資料皆缺乏，如何予以推估起迄量分別加以探討。第三部分將實際高速公路起迄量作為管流法推估基礎，並加入額外起迄資訊降低管流法推估起迄錯誤率，透過三個部分探討管流法模式的特性，並藉此得到近似真實之廊道站間起迄推估，減少實際問卷及高成本之調查工作。
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摘 要 發展符合需求之大眾運輸系統為目前重要之交通政策之一，國內大部分的公車路線規劃，主要以收費公車為主，對於免費公車之提供不多，而免費公車與收費公車的特性不同，若是以規劃收費公車的方式對免費公車進行設計，其規劃結果可能往往不能符合設置目標，導致路線重疊率升高，造成與「收費公車爭利」之結果，或造成免費公車在「服務最多的使用者」與「服務最弱勢的使用者」間之政策拉鋸，因此本研究針對免費公車與收費公車間之服務搭配進行規劃與路線調整。 本研究首先回顧不同都市免費公車之型態、服務宗旨及施行成效，並以桃園市免費公車為實例進行探討。桃園市免費公車從民國九十年六月開始營運，至今已三年半，根據本研究初步分析，桃園市免費公車路網與收費公車路網多有重疊，在尊重原實施概念--服務更多之市民、提升社會福利，及有效整合現有資源之前提下，以降低路線重疊率為目標，利用地理資訊系統與最佳化分析理論，建構出免費公車路網規劃模式，並以路線重疊率、服務範圍面積、服務人口數、及服務連續性作為規劃之評估條件。
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以數值模擬方法研究流體經過雙橋墩流場變化。此方法使用最小平方有限元素法求解淺水波方程式。從模擬結果得知，接近橋墩時水深會壅起而過橋墩後方水深會下陷。當雙橋墩間距增加時，其干涉現象會由大逐漸變小。當兩橋墩間距超過4倍的直徑時，干涉現象可以忽視的。對於縱向排列的雙橋墩，干涉現象會較小，而其水深的分布也會類似單一橋墩現象。兩橋墩之間的水深隨著兩橋墩間距的增加水深會降低。本文研究，水深分布可有效地模擬和可能壅起的水體預測。希望結果能為水利工程學界被廣泛設計應用。
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在兩分歧血管位於腹主動脈管的流場模擬過程中使用了最小平方有限元素法（LSFEM）此種數值分析的方法。在本文中考慮分歧血管位於動脈的同側或不同側兩種型式，在本研究中主要考慮兩分歧管之間的基本流場和可能發生交互影響的流場狀況。 當分歧血管位於同側時，我們發現到當分歧血管之間的距離越遠，兩根分歧管的交互影響越低，而其流場和剪力值分佈並不會跟單一分歧血管類似。另外在腹主動脈的背側和腹側靠近第一根分歧血管前端位置有低剪應力的產生。 當兩分歧血管位於不同側時，在主要管壁的末端發現迴流區域的產生。最有趣的例子為當兩根分歧管間的距離為零，在此例子中，流場和迴流區域皆為對稱形式。隨著兩分歧管的距離增大，迴流區域由背側端靠近第一根分歧管延伸到腹側端第二根分歧管的位置，而兩根分歧管之間的交互影響亦隨著距離增大而減少。 基於此種數值模擬方式，可以得到令人滿意和有效的數值模擬結果來模擬整個複雜的流場數值模型和實驗觀察。
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摘要 近幾年來，台灣各區域一旦降雨稍不正常，就會產生災害，多則產生水災，少則產生乾旱。而北部地區主要供水區—石門水庫，亦同樣面對水庫蓄水不足問題。水庫要能正常運作，除了原本水資源供應是否足夠之外，其水庫的放水操作亦非常重要。石門水庫自民國五十三年竣工以來，即利用M-5規線為水庫之操作準則，由於經濟成長，工商業的快速發展及生活品質的提昇，使得需水量遽增，因此加強水庫營運及管理，增加水資源利用率為一重要之課題。 因此本研究乃利用石門水庫歷年流量資料及各標的用水量，配合水庫運轉規則以模擬水庫之運轉，並對水庫操作規線進行分析比較。針對石門水庫現行之M-5規線的操作原則，及各項指標的比較，試著找出可能改善缺水情況的修正案；而在水權分配不變更的情形下，討論由上限水位的提高以增加標的蓄水狀況。本研究將上限之最低水位值提高至水庫標高240公尺，再將歷史資料重新模擬運轉，結果確實能有效增加水庫蓄水量，降低缺水期次數及缺水量。但水位提高對於水庫的防洪功能、壩體本身結構安全及下游居民之安全可能會有影響。雖然防洪功能經過計算在安全範圍內，但較保守之考量，若要採取此方法，必先增設排洪設施。
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本研究應用地理資訊系統之概念，利用數值地形模型、地理資訊系統軟體與集水區模擬系統軟體內相關之水文分析模組，以建立一符合石門水庫集水區現地情況之分布型水文演算模式。研究中考慮集水區實際之土地利用狀況與土壤分佈情形，採用SCS曲線值法估計降雨損失、再利用集水區模擬系統中之水文分析模式進行降雨-逕流模擬。研究中首先以SCS無因次單位歷線法推估各子集水區出流歷線，及對系統中之榮華壩進行水庫演算。各子集水區之串聯採 用馬斯金更-康奇法進行河川演算，進而求得整個集水區流量歷線。 為驗證模式之適用性，本研究以六場颱風來模擬石門水庫入流歷線之洪峰流量與洪峰到達時間之分佈狀況並與觀測值比較，結果顯示所模擬的水庫入流歷線均與觀測之入流歷線差異不大，其洪峰流量之誤差平均值為5.21%，洪峰到達時刻除溫妮颱風延遲2小時，其餘均在 1小時內，顯示模式可應用石門水庫集水區暴雨事件之模擬。