大地之水 - 水資源環境課程教材湖泊與水庫中華科技大學

機械工程系王怡諭

課程內容 1. 湖泊與水庫簡介 2. 湖泊生態系的組成 3. 湖泊生態系保育面面觀

1. 湖泊與水庫簡介 水是生命泉源 地表總面積 71.5 ﹪

1. 湖泊與水庫簡介 水的循環與特性

1. 湖泊與水庫簡介 水的循環與特性 高比熱：比熱就是在相同的環境下該物質單位質量升高 1 度 ( 任何溫標 ) 所需之熱量； 冰的比熱為 0.48 cal/g'C ；水的比熱為 1

cal/g'C ；水蒸氣的比熱為 0.55 cal/g'C高溶點 高沸點 高蒸發熱 低黏力、低阻力 超強表面張力與浸透力 良好浮力及隨溫度昇降而產生的密度變化等；形塑迴異的物化與代謝環境

短小陡急、保水不易；岩性脆弱、含砂量多；降雨雖豐、時空不均

1. 湖泊與水庫簡介 湖泊與水庫簡介 1-2 湖泊的定義：

泛指陸域環境上相對低窪地區所蓄積出一定規模而不與海洋發生直接聯繫的水體 暫時性的水體，老化過程或有速度與幅度上的差異 面積較大者稱為海、湖、泊、錯、潭，面積小而圓者稱為池或塘 湖中或湖岸長有大量的草、灌木或樹者稱為沼澤 透過人工方式構築，則稱為水庫

1.湖泊與水庫簡介 1-2-1 天然湖泊之最

面積最大：鹹水湖泊裏海（近 40 萬平方公里）；淡水湖泊蘇必略湖（ 8 萬平方公里） ；台灣日月潭（ 11.6 平方公里） 深度：貝加爾湖（ 1,742 公尺）；大鬼湖（ 14.8--

40 公尺） 海跋：死海（ -400 公尺）、龍鑾潭（ 18.5 公尺）； 西藏喀順錯（ 5,556 公尺）、翠池

（ 3,520 公尺）

裏海（ Caspian Sea ）中亞國家哈薩克

蘇必略湖（ Lake Superior ）

1 湖泊與水庫簡介 1-2-1 天然湖泊之最

面積最大：鹹水湖泊裏海（近 40 萬平方公里）；淡水湖泊蘇必略湖（ 8 萬平方公里） ；台灣日月潭（ 11.6 平方公里） 深度：貝加爾湖（ 1,742 公尺）；大鬼湖

（ 14.8--40 公尺） 海跋：死海（ -400 公尺）、龍鑾潭（ 18.5 公尺）； 西藏喀順錯（ 5,556 公尺）、翠池

（ 3,556 公尺）

貝加爾湖（ Lake Baikal ） 1,742 公尺深

高雄縣、台東縣及屏東縣交界處 平均水深 14.8 公尺，豐水季節則達 40 公尺湖面僅 0.12 平方公里海跋高度 2,150 公尺魯凱族的聖湖野生動物的重要棲息地

大鬼湖

1 湖泊與水庫簡介 1-2-1 天然湖泊之最

面積最大：鹹水湖泊裏海（近 40 萬平方公里）；淡水湖泊蘇必略湖（ 8 萬平方公里） ；台灣日月潭（ 11.6 平方公里） 深度：貝加爾湖（ 1,742 公尺）；大鬼湖

（ 14.8--40 公尺） 海跋：死海（ -400 公尺）、龍鑾潭（ 18.5 公尺）； 西藏喀順錯（ 5,556 公尺）、翠池

（ 3,520 公尺）

翠池（ 3,520 公尺）

龍鑾潭（ 18.5 公尺）

1 湖泊與水庫簡介 1-2-2 湖泊的成因

岩層湖（ Rock basins ）：湖盆主要來自地貌上的改變，可能是火山爆發後留下的火山椎、冰河或地殼運動刻劃出的凹陷區、乃至岩床溶蝕或隕石撞擊後的痕跡

美國奧勒岡州火口湖（ Lake Crater ）

非洲的維多利亞湖（地殼擠壓）

英格蘭湖區（冰蝕湖）

加拿大魁北克省丘伯湖（隕石撞地球）

1.湖泊與水庫簡介 1-2-2 湖泊的成因

岩層湖（ Rock basins ） 堰塞湖（ Barrier basins ）：在原本開放河道上，由地滑、火山溶岩、風蝕、冰山的冰或堆石、海岸沙丘等因素所形成的天然壩體，甚至河道彎曲處堆積出的牛軛湖

澳洲塔利坎湖（山崩地滑）

科羅拉多 Gunnison River 上的聖克里斯多伯湖 （山崩地滑）

紐西蘭歐卡堤納湖 （火山溶岩堆積 ）

牛軛湖

1.湖泊與水庫簡介 1-2-2 湖泊的成因

岩層湖（ Rock basins ） 堰塞湖（ Barrier basins ） 構造湖（ Organic basins ）：因河狸、植生或倒木、甚至人類等生物構築壩體所產生的湖盆

河狸壩

蘇格蘭銀湖（細密植生阻絕水流 ）

1 湖泊與水庫簡介 1-2-3 湖泊的類群

營養位階：貧養（ oligotrophic ）、中度營養（ mesotrophic ）及優養（ eutrophic ）

溫度分層到返轉（ turnover ）的規律：無融溫（ amictic ）、單融溫（ monomictic ）、雙融溫（ dimictic ）及多融溫（ polymictic ）

光合作用產物來源：自營性（ autochthonous ）與異營性（ allochthonous ）

鹽度：鹽湖（大於 35 ）、鹹水湖、淡水湖 （低於 0.5 ）

出水（ outlet ）條件：外流與內流湖泊

課程內容 1. 湖泊與水庫簡介 2. 湖泊生態系的組成 3. 湖泊生態系保育面面觀

2.湖泊生態系的組成 2-1 湖泊生態系的環境因子 2-2 湖泊分層與分區 2-3 湖泊生物相的形成與環境適應 2-4 台灣的湖泊與水庫

2.湖泊生態系的組成 2-1 湖泊生態系的環境因子

原名鴨池，位於七星山東麓也是國家公園生態保護區。「夢幻湖」在七星山東南麓，可能是火口湖，也可能是噴氣孔造成的凹地積水而成或是火山間窪地。 早期因湖上常有雁鴨群集於此，而名為鴨池。位於七星山山腰，海拔 875 公尺，面積約一個籃球場寬，湖面常呈現乾枯狀態，湖泊本身則是由一塊數千年前的凹陷地積蓄雨水所形成的。此地由於地形的因素，終年雲霧飄緲，「夢幻」之名即由此而來。 在水域中生活或活動的種類有一種魚（七星鱧）、五種兩生類（蟾蜍、貢德氏蛙、拉都氏蛙、梭德氏蛙、和腹斑蛙）、和三種爬蟲類（黃龜、過山刀、赤尾青竹絲）。

以陽明山夢幻湖水生生物所模擬的食物網

由上而下的控制（ top-down controls ） vs.由下而上的堆積（ bottom-up loading ）

2.湖泊生態系的組成 2-2 湖泊分層與分區

依水溫變化所勾勒的湖泊分層現象

2 湖泊生態系的組成 2-2 湖泊分層與分區

湖泊自湖面以降光線與水溫的縱剖示意圖

2 湖泊生態系的組成 2-2 湖泊分層與分區

由湖底往湖岸，依植生的出水程度所進行的空間區分

2.湖泊生態系的組成 2-2 湖泊分層與分區空間區分

2.湖泊生態系的組成 2-3 湖泊生物相的形成與環境適應

物種形成（ speciation ）速率 物種播遷（ dispersal ）模式與速度 地理分布 棲地品質 生態群聚

2.湖泊生態系的組成 2-3 湖泊生物相的形成與環境適應

物種形成（ speciation ）速率 有效的生殖隔離 天擇的篩選 繁衍成族群

2.湖泊生態系的組成 2-3 湖泊生物相的形成與環境適應

種化（ speciation ）速率 物種播遷（ dispersal ）模式與速度

物種本身的行動能力（ mobility ） 運用介質 親子兩代繁殖地點的距離（ vagility ）

2.湖泊生態系的組成 2-3 湖泊生物相的形成與環境適應

種化（ speciation ）速率 物種播遷（ dispersal ）模式與速度 地理分布

陸塊飄移與冰河運動 地表水的昇降與流竄 人為引入

棲地品質 生態群聚

物種或個體對環境梯度的耐受性與適應能力

2.湖泊生態系的組成 2-3 湖泊生物相的形成與環境適應

水體中垂直位置的所在與維持 爭取在透水層；避免掠食者的攻擊 呼吸：如何在有氧層與厭氧層中來去自如 在臨時棲所存活：以渡過優質棲地消失殆盡的時期 開發湖面外圍的棲地

生態類群 河川溪流

沖蝕型（水量流足以

擾動底質） 沉降型 （水流緩慢、底泥未必穩定）

湖泊水庫

Plantonic

（浮游生物） 漂移型、而非真正浮

游生物 湖沼型浮游生物 Holoplankton全浮游生物

（全部生活史）

Attached

（附著生物） 岩石上矽藻或落葉

上微生物（多為黴

菌）

底泥上的附生藻類 epiphytes（附生植物）

底泥、岩石及樹幹上的附生

藻類； 高等植物; 附生動物較溪流複雜（苔蘚蟲、海綿）

Benthic

（底棲生物） 藏身於底質或適應

激流者 類似湖泊底棲生物 藏身於湖床底質或水生植物

Nektonic

（自泳生物） 游泳能力較強（鮭

魚、台灣鏟頜魚）或

底棲型（台灣纓口

鰍）

流水型、底棲型及湖

沼型魚種 底層覓食者為主、表層覓食

者為輔

Macrophytes

（大型植生） 岩石上苔蘚

Angiosperms（被子植物）

Angiosperms (littoral zone

沿岸區)

Neustonic

（漂浮生物：

水面）

極少水面上漂浮生

物 類似湖沼 Epineustonic水面上漂浮生

物、hyponeustonic水面下漂浮生物及水表層微生物

河川溪流與湖泊水庫生態系之生物類群比較

2.湖泊生態系的組成 2-4 台灣的湖泊與水庫

已知近四十個天然湖泊的水體規模都不大 高山湖泊初級生產力並不旺盛，營養鹽多來自集水區內的匯積作用，湖水分層現象亦不明顯。由於位置偏遠，交通不便，因此尚勉強保留了接近自然的風貌，不僅有原始林環繞，更是野生動物出沒的重要棲息地 中海跋以降水庫開始出現，進行蓄積水源、發電、防洪、乃至觀光的工作 台灣由北到南的主要河川上，不乏直接建在河道上的在槽水庫

2.湖泊生態系的組成 2-4 台灣的湖泊與水庫

石門水庫：國人首次興建的多功能大型水庫，大壩採土石壩方式構築，是台灣第二座壩高超過 100 公尺者，其巨大溢洪道洩洪時的氣勢，成為許多民眾造訪石門水庫的難忘記憶 德基水庫：海跋最高的水庫，達 180 公尺的拱型主壩以混凝土建造，亦以此高度居冠 曾文水庫：以近五億七仟萬立方公尺的容積量，成為規模最大的水庫，是嘉南地區灌溉、給水、防洪與發電的重要支柱，觀光遊憩的知名景點 翡翠水庫：第一座國人自行設計施作的大型拱壩，

於 76年完成，主要負責供應大台北地區民生用水，基於水質保護，並未開放觀光遊憩，也禁止在水域中進行捕魚或其他活動

課程內容 1. 湖泊與水庫簡介 2. 湖泊生態系的組成 3. 湖泊生態系保育面面觀

3.湖泊生態系保育面面觀 3-1 湖泊的功能與利用 3-2酸化與棲地阻絕 3-3 構築水庫的保育議題 3-4外來種引進

3.湖泊生態系保育面面觀 3-1 湖泊的功能與利用

水域生態系的重要類型，在看似缺乏流動與干擾的湖面下，孕藏著豐富的生命力 從物理面的水文循環、光線與溫度變化、水體攪拌；化學面的營養狀況與溶氧消長；到生物面的營養與能量傳遞，充分融合了生態系的基本架構與靜水環境的特質 不僅能持續產生如魚蝦類的再生性資源，也有調節集水區周遭微氣候的功能

3.湖泊生態系保育面面觀 3-1 湖泊的功能與利用

防洪：長江上的鄱陽湖與洞庭湖 灌溉：曾文水庫與烏山頭水庫之於嘉南平原 用水：乾淨且穩定的用水 發電：環保的能源模式 交通：北美五大湖區的內陸水運 觀光遊憩：

3.湖泊生態系保育面面觀 3-3 構築水庫的保育議題

棲地型態移轉 水質污染 優養化 集、放水的制式操作 氣泡病

河川污染等級表計算方法

3 湖泊生態系保育面面觀 3-4外來種引進

意外流出 人為放流 搭配人為改造棲地 耐受度與繁殖力高

原生物種的另類意涵 為有效運用環境資源，避免淪為物種競爭的犧牲品，演化歷程中，生物遂逐步在形態、生理、行為、乃至生活史上，被勾勒出獨樹一格的特徵………………

當棲地被改造時，受影響最深的……… 通常也是演化上愈本土化者