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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:羅振優
研究生(外文):Chen-Yu Lo
論文名稱:集水廊道附近地下水流數值模式率定方法建立與應用—以林邊溪為例
論文名稱(外文):Establishment and Application of Numerical Model Calibration Method for Groundwater Flow Near Infiltration Gallery – A Case Study of Lin-Bien River
指導教授:徐年盛徐年盛引用關係
指導教授(外文):Nien-Sheng Hsu
口試委員:劉振宇江崇榮張良正張德鑫
口試日期:2015-06-26
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:土木工程學研究所
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:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:97
中文關鍵詞:林邊溪集水廊道水平集水管水平衡有限元素法不飽和土壤穩態暫態
外文關鍵詞:Lin-Bien riverInfiltration galleryHorizontal pipeWater balanceFinite element methodUnsaturated soilSteady stateTransient
相關次數:
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本研究旨在建立一有系統之集水廊道附近地下水流數值模式率定方法,並將此一模式率定方法應用於林邊溪集水廊道之實際案例中,以彰顯所建立方法之可用性。
本研究建立之集水廊道附近地下水流數值模式率定方法,包含地下水系統之水平衡計算、建立數值模式及其參數檢定優選模式三部份。首先,透過地下水系統之水平衡計算,可充分瞭解其河床垂向入滲補注、上游流入及流出量以及集水廊道之集水量,該方法首先透過地下水系統之觀測水位及河床沖積層辨識成果,計算邊界入流或出流量以及蓄水量變化率,並代入連續方程式反推河床垂向入滲量;其次,建立數值模式及其參數檢定優選模式,求解地下水系統最佳之土壤參數組合、河道入滲強度以及降雨入滲強度佔總降雨強度之比例。上述之參數檢定優選模式,係經較有效率之試誤方法迭代求解,直至達到目標函數值最小為止。集水廊道處理方面則以刪除網格的方式,將集水廊道概念化為一明渠之型式,刪除的網格即表示其中空部份,左右兩面及底面給定為混凝土之材質,頂面則視濾層種類及阻塞程度而有所不同,並在混凝土材質內側邊界上之節點以給定水頭邊界條件以模擬集水廊道受重力驅動之水力特性,在模擬完成後,將這些節點上之流量進行加總,即得集水廊道之集水量。
本研究將所建立之方法實際應用於林邊溪集水廊道附近之地下水系統,其地下水平衡分析計算結果顯示2010年1月1日至2010年9月5日間,總補注量為4.19千萬噸,其中河床垂向入滲量佔98.9%,上游邊界補注佔1.1%;總流出量為4.13千萬噸,其中下游邊界流出量佔35.6%,集水廊道集水量則佔64.4%。
林邊溪集水廊道附近地下水流數值模式率定結果顯示,地下水系統於2010年1月1日至2010年9月5日觀測井C旱季與雨季均分根誤差(RMSE)分別為0.17公尺及0.08公尺、效率係數(CE)分別為0.93及0.98、相關係數(CC)分別為0.97及0.99;觀測井D旱季與雨季RMSE分別為0.27公尺尺及0.14公尺、CE分別為0.67及0.87、CC分別為0.93及0.94;觀測井E旱季與雨季RMSE分別為0.33公尺及0.41公尺、CE分別為0.83及0.92、CC分別為0.97及0.99;集水廊道集水量旱季與雨季誤差分別為RMSE分別為15,827(噸/日)及8,971(噸/日)、CE分別為0.83及0.72、CC分別為0.96及0.85。總補注量4.28千萬噸,其中河床垂向入滲量佔99.2%,上游邊界補注佔0.8%;總流出量為4.29千萬噸,其中下游邊界流出量佔41%,集水廊道集水量則佔59%。


This thesis aims to establish a numerical model calibration method for groundwater flow near infiltration gallery, and apply this method to an in-situ case of infiltration gallery in Lin-Bien River; in order to highlight the usage of the method had built.
The numerical model calibrating method established by this thesis includes calculating groundwater balance near infiltration gallery, building numerical model and formulating optimization model for parameter verification. First, by calculating system groundwater balance, we will realize the ground surface boundary recharge, upstream inflow quantity, downstream outflow quantity and water intake of infiltration gallery. The method computes the quantity of recharge through every system boundary, the rate of change of system water storage and calculates river and rainfall recharge by continuity equation. Second, build a numerical model and its optimization model for parameter verification; solve the best combination of soil parameter, depth/infiltration recharge of river and rainfall infiltration proportion. Above-mentioned optimization model for parameter verification will solve by iterative method with a more efficient trial and error method, until objective function is minimum. On the other hand, delete the mesh to simulate the space in the infiltration gallery, and conceptualize it into a form of open channel, the right, left hand and bottom side are concrete material, and top side is decide as different filter layer. Given head condition are set up in the concrete region to simulate the gravity controlled condition, after the simulation is finished, summation the flux on each node to get the infiltration gallery discharge.
This thesis was applied to the process to groundwater system near infiltration gallery of Lin-Bien River. According to calculating system groundwater balance result, during 2010/01/01~2010/09/05, the total recharge is 41.9 million tons, river and rainfall infiltration recharge are 98.9% among them, upstream boundary recharge are 1.1% among them. Total out flow is 41.3 million tons, downstream outflow are 35.6% among them, water intake of infiltration gallery are 64.4% among them.
According to the result of calibrating groundwater flow model near infiltration gallery of Lin-Bien River, during dry and rainy season in 2010/01/01~2010/09/05, RMSE of observing well C are 0.17 m and 0.08m respectively, CE are 0.98 and 0.998 respectively, CC are 0.99 and 0.999 respectively. RMSE of observing well D are 0.27 m and 0.14m respectively, CE are 0.89 and 0.98 respectively, CC are 0.98 and 0.99 respectively. RMSE of observing well E are 0.112 m and 0.114m respectively, CE are 0.98 and 0.99 respectively, CC are 0.98 and 0.996 respectively. RMSE of observing water intake of infiltration gallery are 5,465(cmd) and 2,958(cmd) respectively, CE are 0.94 and 0.99 respectively, CC are 0.97 and 0.995 respectively. The total recharge is 4.28 million tons, river and rainfall infiltration recharge are 99.2% among them, upstream boundary recharge are 0.8% among them. Total out flow is 42.9 million tons, downstream outflow are 41% among them, water intake of infiltration gallery are 59% among them.


論文口試委員會審定書 i
誌謝 ii
摘要 iii
Abstract v
目錄 vii
圖目錄 ix
表目錄 xii
第一章 前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究流程圖 3
1.4 論文內容 4
第二章 文獻回顧 5
2.1 集水廊道相關研究 5
2.2 不飽和土壤之研究 8
2.3 有限元素法於地下水流模擬問題之實際應用 8
2.4 文獻回顧總結 10
第三章 數值模式率定方法之建立 11
3.1 水文地質概念模型建立 12
3.1.1 河床沖積層辨識 12
3.1.2 地下水系統邊界辨識 13
3.2 地下水系統水平衡分析 13
3.2.1 蓄水量及蓄水變化率 14
3.2.2 上游邊界入流量、下游邊界出流量以及不透水邊界 15
3.2.3 河床垂向入滲量推估 16
3.3 數值模式建立 17
3.3.1 數學模式 18
3.3.2 數值模式推導 29
3.3.3 模式程式碼設計 36
3.4 參數檢定優選模式建立 37
3.4.1 參數檢定優選模式公式化 37
3.4.2 參數檢定優選模式求解 45
第四章 數值模式率定方法應用 50
4.1 研究區域概述 50
4.1.1 雨量站概述 52
4.1.2 河川水位及流量站概述 54
4.1.3 地下水位觀測井概述 55
4.2 林邊溪二峰圳集水廊道附近水文地質概念模型建立 57
4.2.1 河床沖積層辨識 57
4.2.2 地下水系統邊界辨識 59
4.2.3 集水廊道佈設位置及尺寸 60
4.2.4 水文地質概念模型建立結果 62
4.3 林邊溪二峰圳集水廊道附近地下水流數值模式率定 62
4.3.1 地下水系統水平衡分析 63
4.3.2 數值模式網格建立與初始參數輸入 68
4.3.3 模式參數上下限設定 73
4.3.4 數值模式率定結果 75
第五章 結論與建議 90
5.1 結論 90
5.2 建議 92
參考文獻 95


1.Fisher, J., Hydrology and Climate Class handouts. University of California. (2008)
https://eng.ucmerced.edu/people/jfisher/files/Courses/Hydrology_and_Climate/20081110/EnveEss110_20081110.pdf
2.Istok, J.D. Groundwater modeling by the finite element method. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ. (1989).
3.Lin, H.C. J., D. R. Richards, C.A. Talbot, G.T. Yeh, J.R. Cheng, H.P. Cheng and N. L. Jones. FEMWATER - A Finite Element Model of WATER Flow Through Saturated Porous Media. Oak Ridge National Laboratory. (1997).
4.Mohamed, A. and K. Rushton. “Horizontal wells in shallow aquifer: Field experiment and numerical model.” Journal of Hydrology 329:98-109 (2006).
5.Mualem, Y. “A new model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porous modia.” Water Resour. Res. 12:513-522 (1976).
6.Rushton, K.R. and F.C. Brassington. “Significance of hydraulic head gradients within horizontal wells in unconfined aquifers of limited saturated thickness.” Journal of Hydrology 492:281-289 (2013).
7.Sun, D. and H. Zan. “Flow to horizontal well in an aquitard-aquifer system.” Journal of Hydrology 321:364-376 (2006).
8.Stehfest, H. “Numerical inversion of Laplace transforms.” ACM 13(1):47-49 (1970)
9.Thoma, M.J., W. Barrash, M. Cardiff, J. Bradford and J. Mead. “Estimating Unsaturated Hydraulic Functions for Coarse Sediment from a Field-Scale Infiltration Experiment.” Vadose Zone Journal 13(3):1-17 (2014).
10.van Genuchten, M.TH. “A Closed - form Equation for Predicting the Hydraulic Conductivity of Unsaturated Soils.” Soil Science Society of America Journal 44(5):892-897(1980).
11.Wang, H.F. and M.P. Anderson. Introduction to Groundwater Modeling - Finite Difference and Finite Element Method. Academic Press, INC. (1982).
12.Yeh, G.T., S. Sharp-Hansen, B. Lester, R. Strobl and J. Scarbrough. 3DFEMWATER & 3DLEWASTE - Numerical Codes for Delineating Wellhead Protection Areas in Agricultural Regions Based on the Assimilative Capacity Criterion. U.S. Environmental Protection Agency. (1992).
13.Yeh, G.T. and D.S. Ward. FEMWATER - A Three-Dimensional Finite Element Computer Model for Simulating Density - Dependent Flow and Transport in Variably Saturated Media. U.S. Army Corps of Engineers (1979).
14.Zhan, H. and E. Park. “Horizontal well hydraulic in leaky aquifers.” Journal of Hydrology 281:129-146 (2003).
15.徐年盛,地下水特論上課講義,臺灣大學土木工程學系(2015)。
16.許少華、黃文圻、林時猷,”以河底集流管開採河川伏流水量之評估方法探討”,農業工程學報,48(1):39-51 (2002)。
17.洪智勇、陳忠偉、梁勝淵、謝壎煌、李振誥、丁澈士、杜永昌,”水平集水管河畔取水對河川滲漏及地下水位影響之研究”,農業工程學報,56(2):72-82 (2010)。
18.李昭順、劉振宇,”台灣西部河川上游經濟穩定的伏流水開發”,臺灣水利,60(1):29-36 (2012)。
19.郭振泰,放射性廢料設施及其附近地區地下水流及水質傳輸模擬之研究(二),行政院原子能委員會成果報告(1992)
20.張良正,區域性地下水觀測站網檢討(Ⅲ)-屏東平原觀測站網佈井觀測頻率檢討,經濟部水資源局(1996)。
21.江崇榮、黃智昭、賴典章,以集水廊道開發水資源之可行性研究,經濟部(1997)。
22.徐年盛、江盛匡,地下集水廊道集水量估算數值模式之建立,經濟部水資源局(2000)。
23.易任、王如意,應用水文學,國立編譯館(2005)。
24.張斐章、張麗秋,類神經網路導論原理與應用,滄海書局(2009)。
25.經濟部水利規劃試驗所,林邊溪、力力溪現有集水廊道剩餘水資源開發潛能與經濟效益概估(2010)。
26.經濟部水利署,臺灣西部河川河槽作為地下水補注區可行性分析(2011)
27.經濟部中央地質調查所,臺灣南段山區地下水資源調查總報告(2014)。
28.郭哲昆,土壩中飽和-未飽和滲流之水限元素法分析-以直接法求解滲流面,臺灣大學土木工程學系碩士論文(1995)。
29.張誠信,雲林地區地下水流之三維數值模擬,臺灣大學農業工程學系碩士論文(1996)。
30.江盛匡,決定集水廊道最佳大小及位置優選模式對建立應用,臺灣大學土木工程系碩士論文(2002)。
31.曾琮愷,隧道開挖滲流現象之模擬,中原大學土木工程學系碩士論文(2002)。
32.黃乾育,以集水廊道及滲透牆開發水資源與供水潛能評估之數值模擬,中原大學土木工程學系碩士論文(2007)。
33.劉怡安,集水廊道最佳設計之研究,臺灣大學土木工程學系碩士論文(2011)。
34.林子喬,不同灌溉制度對地下水之影響評估,臺北科技大學土木與防災研究所碩士論文(2013)。


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