地下水模式選擇及總量管制架構之建立

地 下 水 可 用 水 量 之 空 間 分 佈 評 估，主 要 為 在 確 保 區 域 內 之 地 下 水 資 源 除 供 應 維 持 生 態 環 境 正 常 運 作 之 外，評 估 地 下 水 資 源 可 供 人 類 使 用 或 產 業 經 濟 發 展 之 餘 裕 量。一 般 來 說，進 行 地 下 水 可 用 水 量 評 估 之 過 程 中 ， 除 了 觀 測 井 之 水 位 資 料 外 ， 常 需 藉 由 地 下 水 模 擬 模 式 ， 模 擬 抽 水 行 為 對 於 地 下 水 位 之 影 響 。

進 行 地 下 水 模 擬 時 ， 主 要 係 以 控 制 方 程 式 配 合 數 值 分 析 進 行 模 擬，再 利 用 有 限 差 分 法 來 求 解 地 下 水 控 制 方 程 式，在 地 下 水 模 擬 之 相 關 研 究 中 ， 目 前 則 以 美 國 地 質 調 查 所 發 展 出 來 之 MODFLOW 數 值 模 式 ， MODFLOW （ a modular three dimensional finite difference groundwater flow model ） 較 為 被 廣 泛 利 用 。 MODFLOW 進 行 水 位 之 數 值 模 擬 時 ， 是 將 研 究 區 域 加 以 離 散 化 ， 將 研 究 區 域 以 網 格 劃 分 ， 成 為 有 限 之 參 數 維 度，也 就 是 一 個 網 格 可 用 一 個 參 數 值 代 表，離 散 後 之 網 格 再 加 以 分 區，劃 定 參 數 之 有 效 範 圍，如 此 不 但 可 以 有 效 降 低 參 數 之 為 度，提 高 演 算 的 效 率 與 效 能，更 能 反 映 出 實 際 區 域 中 其 參 數 擁 有 一 定 程 度 之 地 區 性 。

本 研 究 中，地 下 水 總 量 管 制 之 研 究 架 構，主 要 包 含 分 區 抽 水 反 應 係 數 矩 陣 之 建 立 與 分 區 地 下 水 可 用 水 量 評 估 優 化 模 式 之 建 立。進 行 分

區 地 下 水 可 用 水 量 評 估 時，優 化 模 式 及 反 應 係 數 矩 陣 之 建 立，主 要 考

（ 二 ） 地 下 水 可 用 水 量 評 估 優 化 模 式

於 地 下 水 資 源 之 需 求 相 較 於 工 業 區 及 農 業 區 來 的 低 許 多，因 此 推 求 各 分 區 地 下 水 可 用 水 量 之 前，可 針 對 不 同 區 域 之 土 地 利 用，設 法 優 先 考 慮 對 地 下 水 資 源 需 求 較 高 之 抽 水 分 區，期 待 能 達 到 善 用 地 下 水 資 源 之 目 的 。 如 下(4.4)式 說 明 。

目標函數

ⁿ

1 i

∑

=

×

W

P

MAX

研 究 中 考 量 地 表 不 同 土 地 利 用 之 地 下 水 總 量 管 制 採 取 之 方 式 為 ， 給 予 （4.1） 式 目 標 函 數 中 各 分 區 不 同 之 權 重 係 數 ， 係 數 較 高 者 代 表 該 分 區 對 於 地 下 水 資 源 之 需 求 較 高，藉 此 導 引 優 化 模 式 提 高 工 業 或 農 業 區 之 地 下 水 可 抽 水 量，示 意 圖 如 圖 4-3。納 入 地 表 土 地 利 用 後，

地 下 水 總 量 管 制 優 化 模 式 於 限 制 式 無 更 動 之 情 況 下 ， 其 目 標 函 數

（4.1） 式 經 加 入 各 分 區 之 權 重 係 數 後 將 如 （ 4.4） 式 所 示 其 中

P

圖 4- 2 不 同 土 地 利 用 之 間 之 權 重 分 佈 示 意 圖

除 考 量 地 表 不 同 土 地 利 用 對 於 地 下 水 資 源 之 需 求 差 異 外，本 研 究 也 將 同 時 考 慮 區 域 內 相 同 土 地 利 用 之 間，對 於 各 分 區 抽 水 總 量 之 間 之 公 平 性，相 同 土 地 利 用 之 間，各 分 區 內 地 下 水 可 用 水 量 之 差 異 期 望 能 達 到 最 小 化。加 入 區 域 公 平 性 考 量 將 使 地 下 水 總 量 管 制 優 化 模 式 形 成 一 多 目 標 規 劃 之 優 化 模 式 ， 其 目 標 函 數 如 （4.5） 及 （ 4.6） 式 所 示

工業區 權重 W1

農業區 權重 W2

民生社區 權重 W3

依照地下水資源需求訂 定權重係數值 W2 > W1 > W3