各情境地下水可用水量評估研究成果與討論

本 研 究 結 合 地 下 水 模 式 之 模 擬，運 用 反 應 矩 陣 方 法 及 區 域 分 區 之 概 念，建 立 一 地 下 水 總 量 管 制 之 最 佳 化 模 式，並 藉 由 改 變 模 式 中 之 目 標 函 數，將 地 表 土 地 利 用 與 區 域 公 平 性 之 概 念，納 入 優 化 模 式 中 做 綜 合 評 估 考 量 。

進 行 地 下 水 可 用 水 量 評 估 前，需 先 建 立 不 同 抽 水 時 期 各 分 區 抽 水 對 各 觀 測 井 水 位 洩 降 之 反 應 矩 陣 ， 圖 4-5（ a） ～ （ c） 分 別 為 抽 水 時 期 為 10 日 、 20 日 、 30 日 之 各 分 區 抽 水 洩 降 反 應 矩 陣 ，圖 4-5（ d）則 為 進 行 評 估 各 分 區 抽 水 總 量 時，各 觀 測 井 所 限 制 之 最 大 洩 降 量，其 值 由 上 而 下 分 別 為 第 一 口 至 第 六 口 觀 測 井 穩 態 時 水 位 之 10％ 。

表 4- 1 設 計 案 例 相 關 參 數 設 定 含水層高程 -30（m）

含水層底程 -80（m）

含水層型態 侷限含水層 ( 1 層)

網格尺度 200 × 200 （平方公尺/格）

模擬區域面積 36 (平方公里 )

模擬時期 10 日、20 日、30 日

觀測井座標

（6 , 10）（15 , 10）（24 , 10）

（6, 21）（15, 21）（24 , 21）

註：座標由左上至右下增加

抽水分區集中抽水位置

第一區（6,8） 第二區（15,8）

第三區（24,8） 第四區（6,23）

第五區（15,23）第六區（24,23）

有效孔隙率 0.25 儲水係數 0.001

水力傳導係數 0.001 （公尺/天）

抽水率範圍 0.01 ～ 0.3 （cms）

考慮地表土地利用給予 不同抽水分區之權重

農業區：2 （第 1、2、4 區）

民生社區：1 （第 3、5、6 區）

考慮區域公平性之抽水單位 總量之限制

相同土地利用之間之抽水單位總量差 異需低於2 個抽水單位

各觀測井洩降量限制 各觀測井穩態水位之10％

（a） 抽 水 時 期 為 10 日 之 反 應 矩 陣

（b） 抽 水 時 期 為 20 日 之 反 應 矩 陣

（c） 抽 水 時 期 為 30 日 之 反 應 矩 陣

（d） 各 觀 測 井 最 大 水 位 洩 降 值

圖 4- 5 不 同 抽 水 時 期 之 反 應 矩 陣 與 各 觀 測 井 最 大 水 位 洩 降 值

三 種 不 同 情 境 下 之 最 佳 化 結 果 如 表 4-2～ 4-4 所 示 ， 比 較 表 4-2 及 4-3， 可 發 現 在 土 地 利 用 對 於 該 區 內 之 地 下 水 可 用 水 量 總 量 影 響 較 為 輕 微，而 兩 種 情 境 下 於 抽 水 時 期 為 10 日、20 日、30 日 之 地 下 水 可 抽 水 量 差 異 分 別 為 3.40、 2.56、 1.66 單 位 之 抽 水 ， 而 換 算 成 總 抽 水 量 則 為 29376 噸 （ 10 日 ）、 44236.80 噸 （ 20 日 ）、 及 43027.20 噸 （ 30 日 ）。 此 外 ， 由 研 究 結 果 可 發 現 ， 雖 然 將 土 地 利 用 形 式 納 入 地 下 水 可 用 水 量 評 估 ， 會 造 成 地 下 水 可 用 水 總 量 下 降 ， 但 隨 著 抽 水 時 期 之 延 長，兩 種 情 境 下 之 地 下 水 可 用 水 總 量 差 異 將 會 逐 漸 減 少，不 同 抽 水 時 期 之 每 日 平 均 可 抽 水 量 之 差 異 ， 由 10 日 的 每 日 2937.60 噸 下 降 至 30 日 的 每 日 1434.24 噸 。

比 較 表 4-3 與 表 4-4， 在 考 慮 土 地 利 用 的 情 形 下 ， 將 區 域 公 平 性 納 入 地 下 水 總 量 管 制 中 之 地 下 水 可 用 水 量 評 估 結 果 顯 示，不 同 於 考 慮 土 地 利 用 之 情 形，不 論 抽 水 時 期 之 長 短 為 何，區 域 公 平 性 對 於 地 下 水 可 用 水 量 總 量 均 有 相 當 顯 著 之 影 響。為 了 符 合 相 同 土 地 利 用 區 域 間 地 下 水 可 抽 水 量 之 區 域 公 平 性 ， 抽 水 時 期 為 10 日、20 日、30 日 之 地 下 水 可 用 水 總 量 分 別 會 下 降 21.29、21.99 及 21.46 個 抽 水 單 位，若 乘 上 抽 水 時 期 長 度 及 單 位 抽 水 率 ， 則 分 別 為 183945.60 噸 （ 10 日 ），

379987.20 噸 （ 20 日 ） 及 556243.20 噸 （ 30 日 ）， 換 算 為 每 日 則 有 考 慮 區 域 間 之 公 平 性 將 會 使 每 日 可 抽 水 量 分 別 相 差 18394.50 噸 、 18999.30 噸 及 18541.40 噸 。

由 研 究 中 可 以 發 現，考 量 相 同 土 地 利 用 間 之 區 域 公 平 性 所 造 成 總 量 之 下 降 的 主 要 原 因 為 主 要 有 二 ：

（1） 因 案 例 中 設 定 抽 水 分 區 1、 2、 4 為 農 業 用 水 區 （ 圖 4-4）， 在 不 考 慮 區 域 公 平 性 時 ， 由 於 抽 水 分 區 1 及 4 離 定 水 頭 補 注 邊 界 較 近 ， 抽 水 行 為 造 成 觀 測 井 洩 降 因 受 到 補 注 邊 界 之 影 響 相 對 的 會 顯 較 輕 微;不 論 於 情 境 1 及 情 境 2 中，抽 水 分 區 1 皆 能 達 到 所 設 定 抽 水 率 之 上 限 （30 單 位 × 0.01 cms / 單 位 = 0.3 cms）。 然 而 ， 分 區 4 雖 也 允 許 擁 有 0.1 cms 以 上 之 連 續 抽 水 率 ， 但 抽 水 分 區 2 距 離 補 注 邊 界 較 遠 （ 圖 4-5）， 換 言 之 ， 抽 水 分 區 2 對 於 抽 水 行 為 造 成 之 洩 降 是 較 敏 感 的 ， 因 此 為 了 考 慮 區 域 之 公 平 性，於 此 設 計 案 例 中，將 會 經 由 減 少 抽 水 分 區 1、4 之 抽 水 總 量，

使 三 個 農 業 區 之 總 抽 水 量 差 異 減 少 至 所 限 定 之 範 圍 內 。

（2） 案 例 中 被 設 定 為 民 生 用 水 之 抽 水 分 區 5 及 6， 由 於 分 區 5 和 分 區 2 相 似 ， 為 對 抽 水 行 為 較 敏 感 之 區 域 ， 因 此 為 了 達 到 區 域 間 之 公 平 性 ， 抽 水 分 區 6 之 可 用 水 量 於 本 案 例 中 將 會 被 大 幅 減 少 如 同 （1） 中 抽 水 分 區 1、 4 之 情 形 。

表 4- 2 未 考 量 地 表 土 地 利 用 與 區 域 公 平 性 各 分 區 地 下 水 可 用 水 量 空 間 分 佈 未考量地表土地利用與區域公平性（情境一）

井編號

天數 W1 W2 W3 W4 W5 W6 總量

10 30.00 0.00 15.4 16.92 10.17 23.65 96.20 20 30.00 7.54 7.61 12.37 5.11 20.42 83.07 30 30.00 6.17 6.13 11.08 3.93 19.54 76.87

表 4- 3 考 量 地 表 土 地 利 用 之 分 區 各 分 區 地 下 水 可 用 水 量 空 間 分 佈 考量地表土地利用之分區（情境二）

井編號

天數 W1 W2 W3 W4 W5 W6 總量

10 30.00 6.39 11.76 18.93 0.00 25.71 92.80 20 30.00 12.11 0.00 14.34 0.00 24.04 80.51 30 30.00 16.67 0.00 16.54 0.00 2.00 75.21

表 4- 4 考 量 地 表 土 地 利 用 與 區 域 公 平 性 各 分 區 地 下 水 可 用 水 量 空 間 分 佈 考量地表土地利用與區域公平性（情境三）

井編號

天數 W1 W2 W3 W4 W5 W6 總量

10 10.67 8.67 12.49 10.67 14.49 14.49 71.51 20 20.10 18.32 0.00 18.10 0.00 2.00 58.52 30 18.54 16.67 0.00 16.54 0.00 2.00 53.75