地表地下水聯合營運優選

因總需水量的增加，以及另一方面對環境保護的意識抬頭，許多學者開始關 注對於水資源利用的有效程度，以及使用水資源時是否可維持環境的永續性，例 如是否因河川基流量太低危害生態系統，以及過量抽取地下水危害地下水層等問 題。因此為了永續的使用水資源，本研究希望能同時考慮地表水與地下水做為供 水方式，希望能以最有效使用水資源且不破壞環境的前提下，找出最好之供水策 略。

在大多數的地表地下水系統中，地下水層為一個最大的儲水元件，有了儲水，

便可有效的在系統中調配與使用水資源。最初發展地表地下水聯合營運為 1960 年 初，主要是為了農業灌溉需求，Spiegel (1962)開始同時考慮地表與地下水系統模擬，

Buras(1963)與 Burt(1964) 利用動態規劃優選水庫與地下水含水層之設計與供水運 作，此後，開啟地表地下水聯合營運之研究。Chang et al. (2011)將系統動力模式結 合 GIS、MODFLOW、和 UCODE，模擬地下水與地表水之間的相互連通關係。

過去的研究都是基於先滿足地表水之水庫需求，在使用地下水做為供水不足 時之備援用水，但是地表水與地下水不論在消耗與補注時都基於非常不同之時間 尺度，地下水在含水層之間的流動相較降雨流入河川或水水庫需要更久的時間 (Bredehoeft,2011)，一旦地表水在乾季時不足夠供應需水量，發生缺水，傳統的解 決方法為抽取地下水來補充缺水，但是在短時間內集中的抽水可會對地下水層負 擔過大，造成危害，因此地表水與地下水不同的反應時間為水資源管理一重要問 題。地表水之供水量與氣候條件息息相關，也可能因乾溼季變化而變動劇烈，相 對的地下水則為一穩定的供水來源，因此地下水除了可提供需水量，也可穩定供 水系統，減少因氣候因素而影響供水的風險。(Tsur, 1990)

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本研究根據水庫操作規線方法提出新的聯合營運操作規則，將地下水視為常 態用水，在非缺水期也允許抽水，同時考慮地下水之洩降量與蓄水設施之蓄水量，

繪製地表地下水聯合營運操作規線，於後續章節中詳敘。

一 般 常 用 之 國 外 所 發 展 之 地 下 水 模 擬 模 式 包 含 MODLFOW 、 SUTRA 、 FEMWATER 等。SUTRA 為飽和與非飽和地下水傳輸模式，以有限元素法中之高 斯積分（Gaussian integration）結合座標轉換原理，在空間中離散化控制方程式，

時間部分則是利用前項差分做運算。SUTRA 主要用在模擬地下飽和與非飽和含水

層之水流流動，以及汙染與能量之傳輸現象（Voss, 1984; Souza, 1987）。國立 中央大學葉高次教授發展兩個地下水模式，一為 3D FEMWATER，用來模擬地下

水流；另一則為 3D LEWASTE，用於加強模擬地下水溶質傳輸現象。而此二者模 式之結合即為 FEMWATER，為地下水流有限元素之數值模式。FEMWATER 除了 模擬飽和或非飽和含水層之水流傳輸以外，也常被應用於不定邊界條件、汙染物 傳輸等問題（Lin et al., 1997）。MODFLOW 為模組化三維地下水流模式，是由美 國地質調查所以有限差分法發展而成。MODFLOW 本身為模組結構（modular structure），可輕易的擴充加入所需之子程式（Belitz et al., 1993）。

本研究聯合營運中，地下水部分只需模擬地下水流之行為，以及抽水對於水 位之變化，並無考慮與溶質傳輸相關現象，因此選擇採用 MODFLOW 作為地下水 模擬工具。

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