第四章 數值模擬結果
4.3 毛細阻隔層覆蓋模擬結果
C-(SaL+S)-1m
輸入北部、中
C-(SaL+S)-1.5m 1.5m
+ 0.5m
C-(SaL+S)-2m
粉土質壤土 (Silty loam)
+
C-(SiL+S)-1m 1m
+ 0.5m
C-(SiL+S)-1.5m 1.5m
+ 0.5m
C-(SiL+S)-2m 粉土
C-(Si+S)-1m 1m
+ C-(Si+S)-1.5m
47
0.5m 1.5m
+ 0.5m
C-(Si+S)-2m
4.3.1 顯著降雨事件對單日下滲量的影響
此部分將探討毛細阻隔層覆蓋類型在覆蓋層厚度變化下，以不同導水度的土 壤砂土質壤土、粉土質壤土、粉土作為覆蓋層材料，分別在北部、中部、南部的 氣候條件下，水流通過底層的單日下滲量。將單日下滲量百分比定義為一場的顯 著降雨事件下有多少的單日下滲量。
由測站的氣象資料顯示，在全年當中單場主要的降雨事件下，北部第一次顯 著單日降雨量為 182 mm、第二次顯著單日降雨量為 236.5 mm；中部第一次顯著 單日降雨量為 252.2 mm、第二次顯著單日降雨量為 169.2 mm；南部第一次顯著 單日降雨量為 199 mm、第二次顯著單日降雨量為 102.5 mm。
綜合(表 4-7)模擬結果發現，在北部及中部的氣候條件下，HYDRUS 的結果 顯示出土壤導水度對下滲量的敏感度高，使用低導水度的土壤且增加土層厚度均 能明顯減少下滲量(圖 4-10-a 至圖 4-10-r)，由於 HYDRUS 考慮非飽和土壤與導 水度的影響，減少下滲量的幅度大。在同一種導水度的土壤下，第一次顯著降雨 事件前，土壤非飽和且較為乾燥，含水量較低，所對應的 Kr成為導水度的控制 因子。由於毛細阻隔層結合了單一土層的特性，可發現同一種土壤非飽狀況下在 單一土層 1 m 與毛細阻隔層 1.5 m 下，單日下滲量百分比相近，由此可知影響毛 細阻隔層單日下滲量的關鍵仍然在細顆粒土層的厚度。而在 HYDRUS 的模擬結 果中，發現在全年的顯著降雨事件單日下滲量百分比有 1 %以下的案例，且均為 低導水度的土壤，可推得只要在非飽和情況下，低導水度的土壤均能表現出低水 力傳導性及高貯水能力，有效控制水流的下滲。但黏質土類型的低導水度土壤比 砂質土類型的高導水度土壤容易達到飽和情況，而飽和情況使得粉土質壤土的導 水度較非飽和的砂土質壤土 Kr所控制的導水度高，導致低導水度土壤有較高的 下滲量。
48 C-(SaL+S)-1m
1.23x10-3
26.37% 68.68% 14.18% 51.84%
C-(SaL+S)-1.5m 26.04% 55.73% 14.12% 31.78%
C-(SaL+S)-2m 16.30% 43.50% 7.94% 24.78%
C-(SiL+S)-1m
1.25x10-4
59.12% 39.21% 11.62% 12.52%
C-(SiL+S)-1.5m 19.69% 13.75% 11.16% 0.25%
C-(SiL+S)-2m 18.59% 7.59% 5.91% 0.04%
C-(Si+S)-1m
6.94x10-5
48.69% 25.75% 32.45% 1.44%
252.2(mm) 169.2(mm) HELP HYDRUS HELP HYDRUS C-(SaL+S)-1m
1.23x10-3
17.48% 68.42% 62.46% 51.33%
C-(SaL+S)-1.5m 13.56% 29.44% 29.12% 50.34%
C-(SaL+S)-2m 8.67% 23.93% 6.22% 32.94%
C-(SiL+S)-1m
1.25x10-4
33.97% 30.49% 41.48% 25.15%
C-(SiL+S)-1.5m 29.64% 11.21% 9.06% 2.77%
C-(SiL+S)-2m 26.82% 4.67% 5.71% 1.73%
C-(Si+S)-1m
6.94x10-5
34.85% 12.02% 21.69% 5.83% C-(SaL+S)-1m
1.23x10-3
50.15% 70.57% 44.94% 55.66%
C-(SaL+S)-1.5m 17.00% 67.18% 39.80% 48.87%
C-(SaL+S)-2m 16.05% 59.13% 37.54% 44.50%
C-(SiL+S)-1m
1.25x10-4
34.80% 47.10% 43.53% 67.23%
C-(SiL+S)-1.5m 29.63% 44.66% 42.88% 64.97%
C-(SiL+S)-2m 22.81% 41.44% 41.73% 62.79%
C-(Si+S)-1m
6.94x10-5
52.50% 28.32% 65.69% 56.86%
C-(Si+S)-1.5m 34.33% 27.37% 58.37% 42.39%
C-(Si+S)-2m 22.32% 25.48% 37.73% 42.16%
49 HYDRUS
0% HYDRUS
0% HYDRUS
50 HYDRUS
0% HYDRUS
0% HYDRUS
51 HYDRUS
0% HYDRUS
0% HYDRUS
52 HYDRUS
0% HYDRUS
0% HYDRUS
53 HYDRUS
0% HYDRUS
0% HYDRUS
54 HYDRUS
0% HYDRUS
0% HYDRUS
55
4.3.2 全年降雨量對累積下滲量的影響
4.3.2.1 土壤導水度在土層厚度 1 m 對累積下滲量的影響
此部分將探討毛細阻隔層覆蓋類型以上層細顆粒層為砂土質壤土、粉土質壤 土、粉土均為 0.5 m 的覆蓋層材料，下層粗顆粒層為砂土 0.5 m 的覆蓋層材料，
分別在北部、中部、南部的氣候條件下，水流通過底層的全年累積下滲量。
綜合九項案例(表 4-8)模擬結果發現，毛細阻隔層細顆粒層的覆蓋材料使用 粉土質壤土限制下滲量的效果比砂土質壤土限制下滲量的效果佳。在使用北部、
中部、南部的氣候條件下，HELP 模式減少了 29.14 %、19.28 %、16.55 %的累積 下滲量，HYDRUS 模式減少了 21.6 %、21.55 %、15.61 %的累積下滲量，可發 現兩模式均顯示出將毛細阻隔層細顆粒層的覆蓋材料由砂土質壤土改為粉土質 壤土時，減少累積下滲量的幅度相當可觀。若將細顆粒層覆蓋材料改為粉土時，
在使用北部、中部、南部的氣候條件下，HELP 模式的累積下滲量分別為 35.65 %、
40.29 %、47.65 %，HYDRUS 模式的累積下滲量分別為 10.68 %、13.65 %、23.22
%，由此發現在北部及中部的氣候條件下已能將累積下滲量百分比控制在 15 % 以下，而南部的氣候條件因降雨集中在數日且降雨強度大，雖然年降雨量都比北 部及中部氣候來的小，但仍有累積下滲量較高的現象。
結合案例(表 4-8)的模擬結果可知，在北部(圖 4-11-a)、中部(圖 4-11-b)、南 部(圖 4-11-c)氣候條件下，使用導水度愈低的土壤做為細顆粒層的覆蓋材料，能 夠明顯減少累積通過底層的下滲量，但降雨強度的大小也直接影響累積下滲量的 多寡。
圖 4-11-a 不同導水度土壤厚度 1 m 下的全年累積下滲量百分比(北部)
10.68%
16.61%
38.21%
35.65%
37.18%
66.32%
C-Si+S-1m-北 C-SiL+S-1m-北 C-SaL+S-1m-北
Capillary Barriers
HELP HYDRUS
56
圖 4-11-b 不同導水度土壤厚度 1 m 下的全年累積下滲量百分比(中部)
圖 4-11-c 不同導水度土壤厚度 1 m 下的全年累積下滲量百分比(南部)
13.65%
21.61%
43.16%
40.29%
42.05%
61.33%
C-Si+S-1m-中 C-SiL+S-1m-中 C-SaL+S-1m-中
Capillary Barriers
HELP HYDRUS
23.22%
33.50%
49.11%
47.65%
49.35%
65.90%
C-Si+S-1m-南 C-SiL+S-1m-南 C-SaL+S-1m-南
Capillary Barriers
HELP HYDRUS
57
1.00E-05 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02
全
導水度Ks(cm/sec)
HELP HYDRUS
0%
1.00E-05 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02
全
導水度Ks(cm/sec)
HELP HYDRUS
58
HYDRUS (mm)
年下滲量 (%)
C-(SaL+S)-1m-北
1.23x10-3 + 8.25x10-3
1772.4 66.32 % 1021.3 38.21 %
C-(SiL+S)-1m-北
1.25x10-4 + 8.25x10-3
993.7 37.18 % 443.9 16.61 %
C-(Si+S)-1m-北
6.94x10-5 + 8.25x10-3
952.8 35.65 % 285.5 10.68 %
C-(SaL+S)-1m-中
1.23x10-3 + 8.25x10-3
1492.2 61.33 % 1050.1 43.16 %
C-(SiL+S)-1m-中
1.25x10-4 + 8.25x10-3
1023.0 42.05 % 525.8 21.61 %
C-(Si+S)-1m-中
6.94x10-5 + 8.25x10-3
980.3 40.29 % 332.0 13.65 %
1.00E-05 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02
全
導水度Ks(cm/sec)
HELP HYDRUS
59
C-(SaL+S)-1m-南
1.23x10-3 + 8.25x10-3
1454.7 65.90 % 1084.1 49.11 %
C-(SiL+S)-1m-南
1.25x10-4 + 8.25x10-3
1089.4 49.35 % 739.4 33.50 %
C-(Si+S)-1m-南
6.94x10-5 + 8.25x10-3
1051.8 47.65 % 512.5 23.22 %
4.3.2.2 土壤導水度在土層厚度 1.5 m 對單日下滲量的影響
此部分將探討毛細阻隔層覆蓋類型以上層細顆粒層為砂土質壤土、粉土質壤 土、粉土均為 1 m 的覆蓋層材料，下層粗顆粒層為砂土 0.5 m 的覆蓋層材料，分 別在北部、中部、南部的氣候條件下，水流通過底層的全年累積下滲量。
綜合九項案例(表 4-9)模擬結果發現，毛細阻隔層細顆粒層的覆蓋材料使用 粉土質壤土限制下滲量的效果比砂土質壤土限制下滲量的效果佳。在使用北部、
中部、南部的氣候條件下，HELP 模式減少了 38.51 %、35.37 %、23.25 %的累積 下滲量，HYDRUS 模式減少了 28.21 %、31.99 %、18.55 %的累積下滲量，可發 現兩模式均顯示出將毛細阻隔層細顆粒層的覆蓋材料由砂土質壤土改為粉土質 壤土時，減少累積下滲量的幅度相當可觀。若將細顆粒層覆蓋材料改為粉土時，
在使用北部、中部、南部的氣候條件下，HELP 模式的累積下滲量分別為 18.35 %、
18.69 %、32.17 %，HYDRUS 模式的累積下滲量分別為 7.93 %、7.18 %、22.53 %，
由此發現在北部及中部的氣候條件下能將累積下滲量百分比控制在 10 %以下。
結合案例(表 4-9)的模擬結果可知，在北部(圖 4-13-a)、中部(圖 4-13-b)、南 部(圖 4-13-c)的氣候條件下，使用導水度愈低的土壤做為單一土層的覆蓋材料，
能夠明顯減少累積通過底層的下滲量，無論是細顆粒層厚度為 0.5 m 或者是 1 m，
兩者減少下滲量百分比的趨勢非常相近，也能從中發現，增加土層厚度是可以減 少最多約 20 %以內的累積下滲量。
60
圖 4-13-a 不同導水度土壤厚度 1.5 m 下的全年累積下滲量百分比(北部)
圖 4-13-b 不同導水度土壤厚度 1.5 m 下的全年累積下滲量百分比(中部)
7.93%
10.97%
39.18%
18.35%
23.12%
61.63%
C-Si+S-1.5m-北 C-SiL+S-1.5m-北 C-SaL+S-1.5m-北
Capillary Barriers
HELP HYDRUS
7.18%
11.03%
43.02%
18.69%
22.87%
58.24%
C-Si+S-1.5m-中 C-SiL+S-1.5m-中 C-SaL+S-1.5m-中
Capillary Barriers
HELP HYDRUS
61
HYDRUS (mm)
年下滲量 (%)
C-(SaL+S)-1.5m-北
1.23x10-3 + 8.25x10-3
1647.1 61.63 % 1047.2 39.18 %
C-(SiL+S)-1.5m-北
1.25x10-4 + 8.25x10-3
617.9 23.12 % 293.1 10.97 %
C-(Si+S)-1.5m-北
6.94x10-5 + 8.25x10-3
490.5 18.35 % 212.0 7.93 %
C-(SaL+S)-1.5m-中
1.23x10-3 + 8.25x10-3
1417.0 58.24 % 1046.7 43.02 %
C-(SiL+S)-1.5m-中
1.25x10-4 + 8.25x10-3
556.3 22.87 % 268.4 11.03 %
C-(Si+S)-1.5m-中
6.94x10-5 + 8.25x10-3
454.8 18.69 % 174.6 7.18 %
C-(SaL+S)-1.5m-南
1.23x10-3 +
C-Si+S-1.5m-南 C-SiL+S-1.5m-南 C-SaL+S-1.5m-南
Capillary Barriers
HELP HYDRUS
62
C-(SiL+S)-1.5m-南
1.25x10-4 + 8.25x10-3
766.7 34.73 % 670.2 30.36 %
C-(Si+S)-1.5m-南
6.94x10-5 + 8.25x10-3
710.1 32.17 % 497.4 22.53 %
1.00E-05 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02
全
導水度Ks(cm/sec)
HELP HYDRUS
0%
1.00E-05 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02
全
導水度Ks(cm/sec)
HELP HYDRUS
63 下滲量，HYDRUS 模式減少了 28.37 %、32.31 %、20.41 %的累積下滲量，可發 現兩模式均顯示出將毛細阻隔層細顆粒層的覆蓋材料由砂土質壤土改為粉土質 壤土時，減少累積下滲量的幅度相當可觀。若將細顆粒層覆蓋材料改為粉土時，
在使用北部、中部、南部的氣候條件下，HELP 模式的累積下滲量分別為 21.35 %、
19.58 %、33.14 %，HYDRUS 模式的累積下滲量分別為 6.30 %、6.05 %、18.77 %，
由此發現在北部及中部的氣候條件下能將累積下滲量百分比控制在 10 %以下。
1.00E-05 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02
全
導水度Ks(cm/sec)
HELP HYDRUS
64
圖 4-15-a 不同導水度土壤厚度 2 m 下的全年累積下滲量百分比(北部)
圖 4-15-b 不同導水度土壤厚度 2 m 下的全年累積下滲量百分比(中部)
6.30%
9.29%
37.66%
21.35%
23.57%
29.30%
C-Si+S-2m-北 C-SiL+S-2m-北 C-SaL+S-2m-北
Capillary Barriers
HELP HYDRUS
6.05%
9.46%
41.77%
19.58%
23.17%
53.99%
C-Si+S-2m-中 C-SiL+S-2m-中 C-SaL+S-2m-中
Capillary Barriers
HELP HYDRUS
65
HYDRUS (mm)
年下滲量 (%)
C-(SaL+S)-2m-北
1.23x10-3 + 8.25x10-3
783.1 29.30 % 1006.4 37.66 %
C-(SiL+S)-2m-北
1.25x10-4 + 8.25x10-3
630.0 23.57 % 248.4 9.29 %
C-(Si+S)-2m-北
6.94x10-5 + 8.25x10-3
570.6 21.35 % 168.5 6.30 %
C-(SaL+S)-2m-中
1.23x10-3 + 8.25x10-3
1313.5 53.99 % 1016.2 41.77 %
C-(SiL+S)-2m-中
1.25x10-4 + 8.25x10-3
563.8 23.17 % 230.2 9.46 %
C-(Si+S)-2m-中
6.94x10-5 + 8.25x10-3
476.4 19.58 % 147.1 6.05 %
C-(SaL+S)-2m-南
1.23x10-3 +
C-Si+S-2m-南 C-SiL+S-2m-南 C-SaL+S-2m-南
Capillary Barriers
HELP HYDRUS
66
C-(SiL+S)-2m-南
1.25x10-4 + 8.25x10-3
779.7 35.32 % 599.1 27.14 %
C-(Si+S)-2m-南
6.94x10-5 + 8.25x10-3
731.6 33.14 % 414.3 18.77 %
1.00E-05 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02
全
導水度Ks(cm/sec)
HELP HYDRUS
0%
1.00E-05 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02
全
導水度Ks(cm/sec)
HELP HYDRUS
67
1.00E-05 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02
全
導水度Ks(cm/sec)
HELP HYDRUS