第三章 理論敘述
3.1 地下水數值模擬與參數檢定
本研究應用 MODFLOW 對濁水溪沖積扇進行地下水數值模擬，其中 參數檢定沿用張(2011)建立之自動化參數檢定專家系統，以下分別對地下 水數值模擬及參數檢定專家系統進行說明。
3.1.1 MODFLOW 之河川套件(River package)簡述
本研究所應用之 MODFLOW 模式係由數個套件(package)所組成，每 個套件再由數個模組(module)所組成，使用者可依所需功能選擇使用之套 件，未被使用的套件則不啟動以節省電腦計算資源。本研究之濁水溪沖積 扇地下水數值模擬則使用了 Discretization file (DIS)、Zone array (ZONE)、
Basic Package (BAS)、Output Control Option (OC)、Layer Property Flow package (LPF)、Well Package (WEL)、Preconditioned Conjugate-Gradient Package (PCG)及 River package(RIV)等八個套件。當 MODFLOW 執行時，
MODFLOW 遂依據所啟用之套件，讀取所相對應之輸入檔。以下將針對 River Package 做更詳細之說明。
MODFLOW 內的 River package 主要用於模擬河川對於周遭含水層入 滲之情況。如圖 3.1-1 所示，hRIV 為河川水位高，hi,j,k為模式內的地下水水 位，RBOT 為河床底泥高程。
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在 完 成 初 始 參 數 設 定 後 ， 接 著 執 行 地 下 水 模 式 MODFLOW ， MODFLOW 完成地下水流模擬後，將地下水位輸出成 ASCII 格式之檔案。
下一步則為專家系統前處理器判斷各分區之觀測水位與模擬水位之誤 差(以下稱為檢定誤差)是否均小於容許誤差。當有一分區之檢定誤差超過 容許誤差，專家系統前處理器則會取出各分區的相關資訊，包括水位高、
淨補注量或抽水量、模擬水位與觀測水位誤差以及上次參數檢定所得參數 修正量，然後傳入專家系統進行推論分析。
將所需資訊傳送至專家系統後，系統接下來會執行專家系統，專家系 統依據知識庫中之規則集合(rules)，並搭配推理機(inference engine)之運作，
而推論出各區的參數修正量。
當各區待檢定之參數，由專家系統分析出修正量後，專家系統後處理 器再將各修正量依據 MODFLOW 輸入檔格式，對 MODFLOW 輸入檔進行 更新。
接著再次執行 MODFLOW，計算出更新參數後的地下水位，再由專家 系統前處理器判斷各分區檢定誤差是否均小於容許誤差，若是則停止參數 檢定，若否則反覆執行上述步驟，直至所有分區檢定誤差均小於容許誤差。
參數檢定資訊系統平台
專家系統乃一模仿人類專家且具有決策能力的智慧型電腦系統，本研 究採用 CLIPS(C Language Integrated Production System)建立地下水模式參 數檢定專家系統，CLIPS 乃一方便採用物件導向概念，用以建立專家系統 之工具。在本研究中，地下水模式以分區為概念進行參數檢定，一個分區 即為一個物件，在 CLIPS 中則以建立實例(instance)的方式應用物件導向概 念。在每個實例(物件)中，則有若干屬性(slot)代表各分區的特性，如 K 值、
所在分層、淨補注量或抽水量、模擬水位與觀測水位誤差及各種參數調整
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依據。研究所建立之專家系統，乃將熟悉地下水模式參數檢定之人類專家 所具有之經驗及知識轉換成規則(Rule)並將之存放於知識庫(Knowledge Base)，當專家系統對地下水模式進行參數檢定時，專家系統依據所輸入之 情況並透過推理機(Inference Engine)對知識庫內之規則進行規則推論(Rule Inference)，其推理結果即為所輸入問題之答案。
參數檢定規則與推論
在建立專家系統之前，必須先擷取參數檢定之經驗及知識。由於本研 究室之研究團隊，在地下水檢定方面已有相當多研究，相關經驗豐富，因 此與研究團隊之學長以及指導教授進行訪談及討論，之後再依據討論結果，
歸納出以下幾點概念：
一般地下水流模式中，由於受到流線的影響，使得上游進行調整時，
會對下游影響較大；而下游進行調整時，對上游影響較小。因此模式大多 會從上游開始往下游調整。
1. 在多層地下水模式檢定中，由於表層補注量的大小對於下層含水層 抽水量有顯著的影響，因此進行人工檢定時，通常會先進行表層抽水/(補 注)量檢定，再依序往下層進行抽水量檢定。
2. 在人工檢定地下水模式時，通常會以迭代方式來回調整各分區參 數，使各區之檢定誤差逐漸縮小。
基於上述概念，本研究經由反覆測試，將其歸納成更具體的參數調整 原則，詳細說明如下所示：
1. 在進行參數調整前，各分區應先設定初始修正量(ΔQ)，作為參數 調整幅度之基準。
2. 開始調整時，需判別修正方向。當觀測水位大於模擬水位時，往正 方向調整，即增加水量；當觀測水位小於模擬水位時，往負方向調整，此
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本研究以 HEC-RAS 模式(River Analysis System)進行河道水理演算，
其為美國陸軍工兵圑水文工程中心所發展，HEC-RAS 可進行一維變量流與