臺灣博碩士論文加值系統

全台灣地區蘊有豐富之地下水資源，要如何適當地開發地下水資源是為一相當重要之議題；若能合理推估出地下水資源之蘊藏量及流動方式，便能妥善規劃利用地下水資源。濁水溪沖積扇以農、養殖業為主，未登記私井大量超抽地下水，造成地層下陷、土壤鹽化等問題。隨著高鐵的興建，在高鐵通過之土庫、元長一帶，地層有著嚴重下陷情形。本研究建立濁水溪地區地下水文數值模式，使用MODFLOW模式推估其淨補注量、側流補注量，並使用SWAT模式推估地表補注量。聯合MODFLOW與SWAT之結果推求抽水量，並且與水利署登記之地下水水權量做比較，推估該地區未登記抽水量。本研究亦針對過去研究建議之補注區設立地點，使用SWAT模式，以人工湖的形態，模擬各不同補注區之地表補注效益。最後，將高鐵沿線行經土庫、元長一帶之地點設立為補注區，討論沿線兩側3公里及1.5公里大小之人工湖補注效益。本研究推估出濁水溪地區於1999~2002年之地下水水文資訊。平均每年地表補注量為12.378億噸、側流補注量為8.957億噸、非法抽水量為11.941億噸。在補注區案例模擬中，因補注區設立位置不同，其高程、附近土壤類型及土地利用型態亦不相同，造成在補注量之模擬上有明顯之差異。在扇頂區補注效益最高，平均每年每平方公里有100.88萬噸之補注量，補注效益最佳；同屬扇頂之古坑、斗六區補注效益亦佳，每年每平方公里約有94.09萬噸之補注量；而附近多為細質土壤之北港溪流域補注效益最差，每年每平方公里僅有53.28萬噸之補注量。高鐵補注區模擬中，沿線兩側3公里補注區平均每公里總補注量為139.38萬噸，地表補注效益為每年每平方公里80.78萬噸；沿線兩側1.5平方公里之補注區平均每平方公里總補注量為141.29萬噸，地表補注效益為每年每平方公里79.72萬噸。因其位置接近，故其單位面積補注量差異不大。

The groundwater resource is abundant in Taiwan and it is making a critical issue to exploit groundwater resource properly. Groundwater resources could be well managed and utilized if the storage and movement of groundwater is rationally evaluated. The continually declining groundwater level in Chou-shui river alluvial fan is mainly caused by the unregistered pumping by private wells due to enormous water demand from agriculture and aquaculture, in turn leading to land subsidence and soil salination. In addition, the construction of Taiwan High Speed Rail (THRS) has caused serious land subsidence in Tuku and Yuan-Chang township. This research estimated ground water storage, recharge, and withdraw rate in Chou-Shui river alluvial fan by developing numerical model with MODFLOW and SWAT. Unregistered withdraw by private wells in this area are investigated through comparing registered groundwater rights from Water Resources Agency with simulated discharge. Finally, the recharge efficiency of artificial lakes with radii of 3 km and 1.5 km along the THRS were addressed. Results show that, during 1999 to 2002, averaged recharge in the Chou-Shui river alluvial fan is 1.24 billion tons/year, side-stream recharge is 895.7 million tons/year, and unregistered pumping from private wells is 1.1941 billion tons/year. Scenarios with different elevation, soil, and land use type lead to diverse recharge rate. Highest recharge rate is found at the proximal fan, which is 1 million tons/year/km2. Moreover, recharge rate is 940 thousand tons/year/km2 at Gu-Keng and Dou-Liu, and 532 thousand tons/year/km2 near the Pei-Kang river, the worst case. The locations of two THSR recharge scenarios are close, result in similar recharge rates, which are 807.8 thousand tons/year/km2 for the 3 km lake and 797.2 thousand tons/year/km2 for the 1.5 km lake.

口試委員會審定書
謝誌
摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VIII

第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究步驟及方法 2
1.3 論文架構 4
第二章 文獻回顧 5
2.1 濁水溪地區補注量相關研究 5
2.2 地面水與地下水聯合估算模式 10
第三章 研究區域 12
3.1 濁水溪沖積扇區域概述 12
3.2 濁水溪沖積扇水文地質概述 15
3.3 濁水溪沖積扇地下水含水層分層 18
第四章 理論與分析 21
4.1 地下水模式-三維地下水模式-MODFLOW 21
4.1.1 濁水溪概念化模式 24
4.1.2 數值模式之輸入資料 27
4.2 地下水垂直補注估算模式-SWAT 30
4.2.1 SWAT模式介紹 30
4.2.2 SWAT模式輸入資料 32
4.3 非法抽水量推估方法 36
第五章 案例分析與探討 38
5.1 模式率定 38
5.1.1 MODFLOW模式率定 38
5.1.2 SWAT模式驗證 47
5.2 案例分析一-濁水溪地區非法抽水量之推估 49
5.3 案例分析二-補注區域模擬與驗證 52
5.4 案例分析三-高鐵沿線補注區設置效益分析 55
第六章 結論與建議 59
6.1 研究結論 59
6.2 研究建議 60
參考文獻 62
附錄A 濁水溪沖積扇水文地質剖面圖 65
附錄B 濁水沖積扇各地下水觀測井含水層高程表 71
附錄C 濁水溪沖積扇地下水觀測站分層之水文參數 75
附錄D 濁水溪沖積扇含水層校正觀測井之月水位 82
附錄E MODFLOW模式理論 86
附錄F 高斯牛頓法 98
附錄G 本研究與相關研究之抽水量與補注量比較表 99



圖目錄
圖1.1 研究流程圖 3
圖2.1 水文地質剖面圖 5
圖2.2 概念模式分層剖面示意圖 6
圖3.1 地下水分區圖 13
圖3.2 濁水溪沖積扇平面圖 14
圖3.3 濁水溪沖積扇地形等高線圖 15
圖3.4 濁水溪沖積扇地質地表河川及水文地質剖面位置圖 17
圖4.1 濁水溪沖積扇水文地質邊界圖 25
圖4.2 MODFLOW模式分層示意圖 25
圖4.3 模式之格網劃分及邊界條件 26
圖4.4 水力傳導係數之空間分布 28
圖4.5 各層觀測井之位置及分區 29
圖4.6 SWAT模式運算流程圖 31
圖4.7 濁水溪沖積扇之地表高程圖 33
圖4.8 濁水溪沖積扇之河川資料 33
圖4.9 SWAT模式劃分之濁水溪沖積扇集水區 33
圖4.10 濁水溪沖積扇土壤資料 34
圖4.11 濁水溪沖積扇土地利用資料 34
圖4.12 氣象局人工測站位置 35
圖4.13 氣象局自動測站位置 35
圖4.14 研究區域累積雨量 35
圖5.1 地下水文模式校正與驗證研究流程圖 39
圖5.2 各含水層各井之觀測與模擬地下水位歷線 44
圖5.3 彰雲橋及溪洲大橋流量站位置 47
圖5.4 SWAT模式河川流量之實測值與模擬值 48
圖5.5 濁水溪地區之淨補注量與側流補注量 49
圖5.6 濁水溪地區之地表補注量 50
圖5.7 濁水溪地區之抽水量 50
圖5.8 濁水溪沖積扇地下水補注區分區圖 53
圖5.9 濁水溪沖積扇補注區域劃定圖 53
圖5.10 第二層含水層補注區設置建議地點 53
圖5.11 補注區示意圖 54
圖5.12雲林地區民國1992至2007年累計下陷量圖 56
圖5.13雲林地區民國2006至2007年平均下陷速率圖 56
圖5.14 高鐵路線與人工湖位置 57
圖A.1 濁水溪沖積扇水文地質剖面1圖(全興-田中) 65
圖A.2 濁水溪沖積扇水文地質剖面2圖(漢寶-田中) 65
圖A.3 濁水溪沖積扇水文地質剖面3圖(芳苑-二水) 66
圖A.4 濁水溪沖積扇水文地質剖面4圖(西港-田中) 66
圖A.5 濁水溪沖積扇水文地質剖面5圖(海豐-觸口) 67
圖A.6 濁水溪沖積扇水文地質剖面6圖(海園-石榴) 67
圖A.7 濁水溪沖積扇水文地質剖面7圖(箔子-土庫) 68
圖A.8 濁水溪沖積扇水文地質剖面8圖(宜梧-東和) 68
圖A.9 濁水溪沖積扇水文地質剖面9圖(大溝-古坑) 69
圖A.10 濁水溪沖積扇水文地質剖面10圖(東石-崁腳) 69
圖A.11 濁水溪沖積扇水文地質剖面11圖(全興-東石) 70
圖A.12 濁水溪沖積扇水文地質剖面12圖(花壇-東榮) 70
圖E.1 塊狀網格示意圖 87
圖E.2 水流於兩格網元素間之關係示意圖 88
圖E.3 三維空間網格元素間之相對位置圖 89
圖E.4 河床出滲到網格元素之概念示意圖 93
圖E.5 後項差分求解法示意圖 95


表目錄
表2.1 濁水溪流域補注量相關研究比較表 9
表2.2 濁水溪流域抽水量相關研究比較表 10
表3.1濁水沖積扇地下水觀測井歸層表 20
表4.1 研究區域內各站之累積降雨量 36
表5.1 MODFLOW模式中各層RMSE、平均厚度及其比值 43
表5.2 濁水溪地區補注量、淨補注量、合法抽水量、非法抽水量 51
表5.3 各補注區地表補注效益比較表 55
表5.4 高鐵沿線兩側3公里人工湖設立前後補注量之比較 58
表5.5 高鐵沿線兩側1.5公里人工湖設立前後補注量之比較 58
表B.1 濁水沖積扇各地下水觀測井含水層高程表 71
表C.1 濁水溪沖積扇地下水觀測站水文參數表(第1含水層) 75
表C.2 濁水溪沖積扇地下水觀測站水文參數表(第2-1含水層) 76
表C.3 濁水溪沖積扇地下水觀測站水文參數表(第2-2含水層) 78
表C.4 濁水溪沖積扇地下水觀測站水文參數表(第3含水層) 80
表C.5 濁水溪沖積扇地下水觀測站水文參數表(第4含水層) 81
表D.1 1999年濁水溪沖積扇含水層校正觀測井之月水位 82
表D.2 2000年濁水溪沖積扇含水層校正觀測井之月水位 83
表D.3 2001年濁水溪沖積扇含水層校正觀測井之月水位 84
表D.4 2002年濁水溪沖積扇含水層校正觀測井之月水位 85
表G.1本研究與相關研究抽水量比較表 99
表G.2本研究與相關研究補注量比較表 100

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