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氣候變遷統計降尺度不確定性分析之研究

氣候變遷為目前世界各國所重視的議題，根據IPCC第四次之評估報告，氣候變遷對於未來氣候及降雨型態均會帶來影響，但由於全球環流模式(General Circulation Model，GCM)所制定的網格過於粗糙，若將GCM直接對於台灣地區未來氣候型態進行推估，勢必無法描述台灣的氣候特徵，因此發展一個適合台灣地區的統計降尺度模式有其必要性。 本研究發展一個以抽樣方式建模的二階段統計降尺度模式(Two-Stage Statistical Downscaling Model，TSSDM)，以淡水、台中、高雄、花蓮4個氣象站為例進行案例研究，第一階段利用過去台灣地區的氣象站與GCM資料，以輻狀基底網路(Radial Basis Function Neural Nerwork)為核心結合基因演算法來建立空間降尺度模式(Spatial Downscaling Model，SDM)，第二階段則利用機率分佈之概念進行時間之降尺度(Time Downscaling Model，TDM)，由歷史逐日資料統計特性配合SDM輸出所得到的未來月資料轉換為逐日之降雨資料。模式建立的過程中則透過拔靴法重複建立模式來評估SDM模式之不確定性進而提高模式之可信度。最後將TSSDM模式與因子轉換法之結果做一比較，以評估未來氣候資料之不確定性。 模擬結果顯示未來短、中、長期各氣象站逐月平均降雨分別落於150~170毫米、70~186毫米、70~380毫米及80~240毫米之間，淡水測站夏冬兩季短、中、長期逐月雨量差異分別為41.55毫米、50.87毫米及42.54毫米，台中測站夏冬兩季短、中、長期逐月雨量差異分別為7.67毫米、-5.88毫米及-25.00毫米，高雄測站夏冬兩季短、中、長期逐月雨量差異分別為1.28毫米、-8.63毫米及-12.27毫米，花蓮測站夏冬兩季短、中、長期逐月雨量差異分別為-15.54毫米、-35.96毫米及-45.96毫米。未來1月份逐日平均及最大降雨除淡水測站模擬結果與歷史趨勢相似，其餘測站均有上升趨勢，未來7月份逐日平均及最大降雨淡水測站模擬結果較歷史趨勢上升、花蓮測站與歷史趨勢相似，其餘測站則有減少趨勢。

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受地震力作用之斜張橋頻譜分析

近年來，由於台灣經濟產業快速成長和營建技術大幅提昇，斜張橋被廣泛地應用於橋樑工程，斜張橋結合力學與美學的精髓，兼具超大跨度、造型美觀和建造經濟等優點。然而，這類橋樑具有質量輕、自然頻率低與阻尼低等特性，對於地震十分敏感，因此，地震力為進行斜張橋設計時，必須考慮之重要因素，特別是對位於環太平洋地震帶，震害頻繁的台灣。由此可知，受地震力作用之斜張橋振動特性的探討為一重要課題。本研究接續前人之斜張橋有限元素分析結果，進行受地震力作用之豎琴狀斜張橋單纜索元素系統與多纜索元素系統兩種模型的頻譜分析。使用集集地震垂直與水平方向地表加速度歷時作為地震力，在這兩種地震力作用下，以快速傅利葉轉換為基礎，分別計算豎琴狀斜張橋之節點位移與元素內力的能量頻譜密度函數，進而探討斜張橋動力特性。結果顯示利用節點位移可識別出低頻的整體振態與局部振態，此乃導因於纜索振動過程中，其節點位移變化較元素內力劇烈，因此，利用節點位移可較為有效地識別出各個纜索振動組合而成的局部振態；使用元素內力則可識別出涵蓋低頻與高頻範圍的整體振態與耦合振態，此乃導因於塔樑系統振動過程中，其元素內力變化較節點位移劇烈，因此，使用元素內力識別出之自然頻率可涵蓋較寬廣的頻率範圍，可較為有效地識別出高頻的結構振態。

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Microtox應用於飛灰樣品之研究

截至2009年，台灣申報之集塵灰超過500萬噸，這些集塵灰中有多少是屬於有害事業廢棄物，因檢測程序費時費力，因此不得而知。 目前已有不少研究針對飛灰的物理結構及化學成份進行探討，大多數的研究著重在飛灰之再利用性，或是對飛灰產物所含有之重金屬或戴奧辛及類戴奧辛物質的濃度進行探討，卻罕有學者利用生物急毒性試驗來進行討論，因此本研究利用Microtox毒性試驗之優點，進行探討Microtox應用於灰渣毒性快速篩選之可行性。 實驗測驗結果顯示，有機溶劑之空白試驗，其毒性高低排序為甲苯 > 正己烷 > 二氯甲烷／正己烷混合液，由於甲苯溶劑空白毒性過高，導致V. fischeri螢光菌測量不到空白溶劑試驗之EC50值，因此樣品之實驗皆使用毒性較低之攜帶溶劑DMSO來進行測試。飛灰經過有機溶液萃取並轉置於DMSO後大多皆呈現顯著的毒性反應，二氯甲烷/正己烷萃取液，不論是超音波萃取或索氏萃取，直接濃縮或管柱淨化，除了索氏萃取管柱淨化的燃燒空桶之一次冷卻灰之外，其他樣品都呈現強毒性；正己烷萃取液，索氏萃取管柱淨化的燃燒廢液之一次冷卻灰呈現劇毒性；甲苯萃取液，超音波萃取管柱淨化的燃燒空桶之一次冷卻灰呈現劇毒性，所有樣品呈現的生物急毒性和管制的八種重金屬濃度並無明顯相關性。 在統計分析之結果，顯示飛灰樣品中不同溶劑、溶質與萃取方式對於Microtox毒性試驗測值有顯著的影響。

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戴奧辛冷光酵素基因表現法應用於飛灰樣品之研究

戴奧辛和呋喃，持久性有機污染物高安定性與低分解性，具有生物累積和放大作用，在環境中容易累積於食物鏈中最後進入人體，因其高親脂性而積存於脂肪中，對人類健康會造成深遠的威脅。 目前分析戴奧辛類化合物主要是藉由HRGC-HRMS化學方法進行，然而戴奧辛污染事件通常為緊急突發事件，需要在短時間內進行大量樣品篩檢，化學分析雖然具備精準之分析結果，但檢測過程耗時費事、成本昂貴，無法符合緊急應變事件之快速要求，因此國際上已發展戴奧辛快速生物篩檢技術，降低分析成本並且能於短時間內篩檢大量樣品。 本研究利用三種萃取溶劑 (正己烷/二氯甲烷、正己烷、甲苯) 輔以兩種萃取方法 (超音波萃取及索氏萃取) 及兩種淨化程序 (直接濃縮及管柱淨化) 來處理飛灰，並以戴奧辛冷光酵素基因表現法來分析樣品間戴奧辛含量之差異，結果顯示，墊基於大鼠肝腫瘤細胞株 (Ad-DRE-Luc/H4IIE)所發展出之戴奧辛冷光酵素基因表現法對於樣品經由超音波萃取之管柱淨化程序結果具有良好的相關性，在生物分析與化學分析結果之三種溶劑共同比較下其相關係數為0.873，其中以甲苯為萃取溶劑相關性最好 (R2=0.984) ，其次是正己烷/二氯甲烷 (R2=0.929)，最後是正己烷 (R2=0.883) ；在索氏萃取管柱淨化方面，正己烷/二氯甲烷與甲苯溶劑萃取也具有不錯之相關性，分別為R2=0.898及R2=0.887；兩種萃取方法在樣品直接濃縮上，生物分析與化學分析之相關性結果遠低於管柱淨化，超音波萃取直接濃縮與索氏萃取直接濃縮之相關係數分別為0.010、-0.026， 研究初步結果顯示，戴奧辛冷光酵素基因表現法對於飛灰管柱淨化後之樣品具有較良好的檢測效果。

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波浪通過海底管線之渦流場分析

本研究主要以應用Lin and Huang (2009) 所發展數值模式 GVM (Generalized Vortex Method)，進行孤立波通過底床上方 圓柱之二維流場模擬，此方法以邊界積分法處理自由液面邊界 及非旋性部分計算，並結合渦旋法進行渦度場之求解，在處理 大小尺度不一渦旋與自由液面具有計算上的優勢。 為了瞭解波浪作用下海底管線受力之行為表現，本研究著 重於探討在不同波高水深比下，圓柱底部與底床距離之差異所 生成的渦流尺度，以及此渦流受到底床效應之影響，分析兩者 間的交互作用，進一步得知其流體動力現象。 經由數值模擬成果得知，圓柱底部與底床之間距比 (gap-ratio)的改變，對於固體邊界的受力及渦流的發展有顯 著的影響；當比值上升，圓柱表面所受到的阻力逐漸下降， 當圓柱距離底床大於約1.5倍的圓柱直徑時，圓柱所產生渦流 與底床邊界層間之交互作用已甚微，可視為各自獨立發展， 阻力變化不再顯著。而底床剪應力最大值發生在孤立波波峰通 過圓柱時，且較不受gap-ratio 差距所影響，而隨波高水深比 增加，底床剪應力越大。當gap-ratio 為0.25 及0.5時，圓柱 與底床間同時分佈著正向與負向渦流，研判此間距比所產生的 渦流對於底床沖刷及輸砂具有一定的影響力。

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不同條件下對小球藻生長與油脂累積之探討

微藻具有快速生長以及能經由光合作用將無機碳轉化成生質能，或利用有機碳直接攝取並轉化成生質能等優點，且其油脂與柴油成分相近，但不會產生硫化物等汙染物質，固以培養微藻作為生質能源具有相當的發展潛力。 本研究主要研究對象為有快速生長其特性，以及文獻中提及到油脂量介於5%¬¬－50%之間之淡水藻Chlorella vulgaris。將其藻種活化養後利用批次實驗培養於不同的光照強度(4,000lux、8,000lux、15,000lux)以及LE medium培養基、人工廢水(modified Y. Feng et al., 2011)，並以光學密度、藻細胞數、藻體乾重、葉綠素a含量及脂質含量與不同天數時作分析，找出最佳生長及油脂含量條件。 研究結果顯示，LE medium培養基下，8,000lux光照下培養7天為油脂產量及產率之最佳條件，其油脂含量及產率分別為38.45%、78.0±4.16 mg/L/d，平均生長速率(μnet)為0.31d-1。高光照下(15.000lux)不管是培養4天或7天都會抑制其油脂含量與產率。低光照(4,000lux)下的油脂含量第4天和第7天都無太大差別。在人工廢水培養基下，15,000lux下培養7天為油脂產量及產率之最佳條件，其油脂產量及產率分別325.8±56.4 mg/l、46.5±8.1mg/l/d。

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數值與實驗探討明渠流在多階跌水底床運行之現象

本文內容是利用最小平方有限元素法(LSFEM)之二相流數值模式求解無因次三維不可壓縮流體之動量與質量守恆方程式，再配合流體體積法(VOF)以尤拉慣性座標描述自由液面的動力與邊界條件之連續函數 (Color Function)，藉以探討流體運行在渠道不規則底床變化中其流況與液面的變化關係。研究共分為三大研究類型，分別為雙階跌水、渠道邊壁突縮及底床組水擋板。經過多種模組案例的模擬分析及水工試驗的模場數據，成功歸納出雙階跌水其階層流體變化的關聯性；而在渠道突縮方面，藉由改變不同的邊壁突縮程度，探討其對於自由液面及流況現象的相關影響，發現當突縮截面積增大時，其水體碰撞擊及迴流之現象也會因此趨於顯著；為了能瞭解更多關於不規則底床變化的影響條件，本文調控了擋板個數、高度及設置地點等多種實驗因子，分別架設不同之計算流場進行分析，結果顯示其擋板個數的增加會與流體波能的消耗呈現一比例之變動關係，而相隔間距與障礙物高度的擴大亦會導致速率上下波動的現象。

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微-奈米碳球製備活性碳之研究

本研究以木糖、葡萄糖及蔗糖為原料，先以水熱合成法製備出微-奈米碳球，再於600-800℃進行高溫碳化，接著將高溫碳化後之碳球與一定量的KOH混合(鹼碳比為2、3、4、5)，研磨後在600～900 ℃下分別持溫120、180、240、300分鐘進行化學活化以製備活性碳。在儀器鑑定方面，使用TEM、XRD、氮吸脫附曲線、FTIR、界達電位儀等儀器及量測結果來分別觀察製程中材料之表面型態、微結構、孔洞結構(表面積、孔隙體積及孔洞大小分佈)、表面官能基及表面電性，隨製程參數之變化情形。經由這些鑑定結果，不但可獲得最適之製程參數，同時可製備具高比表面積及高孔隙體積之活性碳以供後續吸附之應用，也可對活性碳之形成機制提供更進一步之訊息。 在吸附測試方面，量測ㄧ種鹼性染料分子(MG5)、一種酸性染料分子(AR1)、ㄧ種有機物(酚)及兩種重金屬離子(Cu2+ 及Pb2+)在經由不同製程參數製備所得之活性碳上之飽和吸附量以探討其吸附應用潛能。研究結果發現，以葡萄糖、蔗糖及木糖為原料製備所得之活性碳其最大之比表面積分別為1611.7、1493.6 及1362.5 m2/g，微孔佔孔洞體積比率分別為41.0、92.4及83.8 %，而產率則分別為11.5、19.2及10.8 %。在吸附測試方面，對MG5來說，以葡萄糖、蔗糖及木糖為原料製備所得之活性碳其最大之吸附量分別為443.9、538.0 及599.4 mg/g。對AR1來說，以葡萄糖、蔗糖及木糖為原料製備所得之活性碳其最大之吸附量分別為345.7、189.3 及371.8 mg/g。對酚來說，以葡萄糖、蔗糖及木糖為原料製備所得之活性碳其最大之吸附量分別為277.9、267.2 及331.9 mg/g。對銅離子來說，以葡萄糖、蔗糖及木糖為原料製備所得之活性碳其最大之吸附量分別為58.1、64.6及61.3 mg/g。對鉛離子來說，以葡萄糖、蔗糖及木糖為原料製備所得之活性碳其最大之吸附量分別為81.1、86.6 及91.0 mg/g。 由上述結果可知，雖然所製備之活性碳其比表面積並不是很高，但其在吸附去除水中污染物時，仍具有相當大之應用潛能。

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不同乾砌石工淤砂作用之研究

近年來國內積極推動近自然工法，但在近自然工法之設計上常引用國外相關設計案例，或僅根據設計者經驗為主，較缺乏水理或力學分析之基礎，因此設計上仍存在諸多不確定性。國外文獻及國內實際案例中，部份河川堤岸保護工程中常採用「乾砌石工法」，此方法確實能達到降低流速及減緩水流對堤岸沖刷之效果，但各塊石間縫隙所填塞砂石，其填塞量與粒徑大小、分佈等，常影響到乾 砌石之穩定性。 為探討不同砌石工法之水理現象，本研究利用水工模型試驗，探討逆魚鱗、順魚鱗及垂直魚鱗等三種不同之乾砌法其水力淤砂效果，模擬在工程完成及通水後，於初期、中期及達動態穩定平衡等不同階段，其斷面平均流速、砌面接近流速等水理參數之變化，據以探討曼寧係數值隨時間之改變。最後於達動態穩定平衡後，分段將砌石內所填塞之砂石取出，並分析各斷面之砂石填塞量及其粒徑分佈等，做為後續相關設計及水理演算之參考。 水工模型試驗結果顯示，通水並開始加砂後，三種乾砌法其斷面平均流速均緩慢增加（水深逐漸下降），且以砌石工表面之流速增加幅度最大，主要為砌石縫隙因淤砂填塞趨於平整，使得粗糙係數降低所致。在淤砂總量方面，粗顆粒砂填入量在砌石之前段較多，後段較少，其比例差異在10%以上，反之細顆粒砂填入量前段較少，後段較高。由試驗結果可知，粗顆粒砂石在前段先行堆積填塞，使得細顆粒砂石往下游填塞，造成前後段淤積砂之粒徑分佈有差異。

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壁樁受壓載重之行為評估

摘要 本研究蒐集國內外40筆壁樁載重試驗資料，依其沿樁身土層及樁底土層之土壤性質分為排水土層與不排水土層兩大類，分別以具各理論代表性且能涵蓋上、中、下限詮釋範圍的詮釋法進行軸向壓載詮釋法評估。經由評估結果的分析統計，建立各詮釋法用於壁樁的相互關係及其優劣性。再經由詮釋結果分別與由承載力理論公式計算之預測值進行比較，以驗證分析公式之合理性。 在詮釋法方面，利用內差法可推估出於排水土層L1大約發生在0.27%B (B為樁徑)及平均位移量為4.7 mm，而於不排水土層L1大約發生在0.26%B及平均位移量4.2 mm，顯示初始線性段發生在相當小之位移處。於排水土層各詮釋法與L2之平均比值為介於0.79~1.39之間，平均位移量大約落在19.1~85.8 mm之間，Chin 法為大於103.8 mm。於不排水土層各詮釋法與L2之平均比值為介於0.75~1.4之間，平均位移量大約落在23.4~109.6 mm之間，Chin 法為大於118.8 mm。依平均比值及位移量觀察，L2法在整個試樁曲線分佈中屬於一中間合理的詮釋結果，而DeBeer法所詮釋之破壞載重為最低、Chin法為最高，可當做各詮釋法之上下限值。 於承載力部份，於排水土層時量測底承力介於0.11~0.22倍預估底承力之間，量測摩擦力介於1.32~1.46倍預估摩擦力之間；於不排水土層時量測底承力介於0.63倍預估底承力之間，量測摩擦力介於0.93~0.95倍預估摩擦力之間。說明一般承載力理論公式評估壁樁樁底承載力，於排水土層有明顯高估之現象，而於不排水土層時亦有些微高估之現象。而於評估壁樁樁身摩擦力，於排水土層有明顯低估之現象，而於不排水土層時結果尚為符合。另經由回饋及統計分析，建議β法評估排水土層壁樁時之k/ko值可採用1.07，而評估不排水土層壁樁時之k/ko值可採用0.74。