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研究生:鄧澤宇
研究生(外文):Tse-Yu Teng
論文名稱:應用集流時間與時雨量資料於GWLF模式改良之研究
論文名稱(外文):Modification of GWLF Model Using Time of Concentration and Hourly Rainfall Data
指導教授:吳瑞賢吳瑞賢引用關係
指導教授(外文):Ray-Shyan Wu
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:土木工程學系
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:122
中文關鍵詞:集流時間一日雨型時雨量資料集水區延遲係數GWLF模式
外文關鍵詞:Time of Concentration24-hour Rainfall PatternHourly Rainfall DataSurface Lag CoefficientGWLF
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  GWLF平衡模式因其簡易性與便利性而廣泛被應用在相關領域。然而此類水文模式較少考慮集水區中集流時間對流量所造成的流量延遲效應,以至於部分大型集水區日流量模擬中,部分模擬流量洪峰發生時間先於實際流量洪峰發生時間,造成模擬效率降低。
本研究利用集流時間與日雨型建立一能代表集水區延遲效應之參數,分別使用日雨量(方法一)與時雨量(方法二)兩種修改方法。首先使用日雨量進行修改(方法一)。集水區集流時間藉由Rziha公式決定,一日降雨型態以穩態降雨假設。綜合上述結果可得集水區之延遲係數(Lag coefficient, Lc),此參數可將每日地表逕流分成該日流出集水區與隔日流出兩部分。
其二,使用時雨量資料進行修改(方法二)。使用集水區平均集流時間(算法同上)結合當日雨量決定當日之延遲比例,進而決定當日地表逕流之延遲量。不同於日雨量修改,時雨量資料有能力決定每日之延遲比例(某日應被延遲之雨量/某日總雨量),而此延遲比例會隨每日降雨型態而改變。
本研究針對1989-2005年翡翠水庫集水區、石門水庫集水區、曾文水庫集水區、蘭陽溪流域中水文資料進行延遲係數建立與模式檢定。模式檢定結果,原始模式日流量模擬相關係數R2分別為0.72、0.76、0.77、0.51,而方法一修改後R2分別上升至0.80、0.91、0.78、0.62。因時雨量資料有限,故時雨量修改只針對石門水庫集水區與曾文水庫集水區作探討。檢定結果R2分別從0.76與0.77上升至0.94與0.78,且在個別事件上較方法一更能校正模擬與觀測的洪峰時間差異之問題。

GWLF (Generalized Watershed Loading Functions) model is known for its clear concept and simplicity and is widely applied to flow simulation. However, one disadvantage of lump parameter hydrological model is that it does not take into consideration the time of concentration therefore it usually provides low efficiency for each simulation.
In this study, a concentration time of 24-hour rainfall pattern was applied to establish a coefficient which assisted in representing the surface lag effect in watersheds. First, daily rainfall data is used for modifying the model (Method 1). The time of concentration is calculated by the Rziha formula. 24-hour rainfall pattern is assumed to be in a state of default. The results that are obtained are combined to produce the lag coefficient. Daily discharge can be separated into two parts; daily out flow from the watershed and daily lag in the watershed.
Second, hourly rainfall data is then used to modify the model (Method 2). The formula mentioned above was used to calculate the time of concentration. The daily lag coefficient is determined by hourly rainfall data while the coefficient varies on a daily basis.
Four watersheds (Feitsui Reservoir, Shimen Reservoir, Zengwen Reservoir, Lanyang River) were selected. 17 years of hydrological data was collected for each watershed between the years 1989 to 2005. The (R-square) results show great improvement with the modification of GWLF model (method 1) from 0.72 (Feitsui Reservoir watershed), 0.76 (Shimen Reservoir watershed), 0.77 (Zengwen Reservoir watershed), 0.51(Lanyang river watershed) to 0.80, 0.91, 0.78, 0.62 respectively. The results obtained from the second method show further improvements. The results improved from 0.91 (Shimen Reservoir watershed) to 0.94 and 0.77 (Zengwen Reservoir watershed) to 0.78 which proved to be much more accurate in verification and single events.

目錄
摘要 I
ABSTRACT II
目錄 V
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究架構 3
1.4 研究流程 4
第二章 文獻回顧 5
2.1 水文模式 5
2.2 GWLF水文模式 6
第三章 研究方法與理論分析 9
3.1 GWLF水文模式 9
3.1.1 地表 10
3.1.2 未飽和含水層 14
3.1.3 淺層飽和含水層 17
3.2 GWLF水文模式修正 18
3.2.1集水區延遲係數-日雨量(方法一) 18
3.2.2集水區延遲係數-時雨量(方法二) 37
3.3 模式檢定方法 40
3.3.1 皮爾森相關係數(Pearson moment correlation coefficient) 40
3.3.2 納許-史托克利夫效率係數(Nash-Sutcliffe Efficiency Coefficient, NSE) 40
第四章 研究材料與模式驗證 42
4.1 研究區水文資料 42
4.2 研究區地文資料 50
4.3 模式驗證 67
第五章 結果與討論 70
5.1 修正方法一(日雨量) 70
5.2 修正方法二(時雨量) 74
5.3 結果與討論 81
第六章 結論與建議 85
6.1 結論 85
6.2 建議 86
參考文獻
附錄A

參考文獻
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