第四章 地下水補注潛勢評估作業
4.1 地下水補注潛勢評估作業程序建立
4.1.2 地下水補注潛勢因子圖層建立
4.1.2.2 水文外因
水文外因是指受到外在影響之因子，包含河系密度、平均年降雨 量。以下將分別描述：
一、河系密度
濁水溪沖積扇地下水補注主要來源為降雨與河川補注，因此不能 忽視河川補注對此區域地下水補注之重要性。故本計劃亦將河系密度 納入地下水補注潛勢因子。本計劃以水系GIS 圖資(Polygon 圖形資料) (如圖 4.1-6)，計算各網格內河系面積所佔之百分比。
圖4.1-6、濁水溪流域河系圖 二、平均年降雨量
台灣位在歐亞大陸及太平洋的交界處，獨特的地理位置加上季 風、颱風及周遭海流的交互影響，使台灣的降雨一直有著複雜的變化 型態。地下水的補注來源主要以天然降雨入滲為主，故本計劃亦將年
平均年降雨量納入地下水補注潛勢因子。
本計畫以經濟部水利署之雨量站為主，中央氣象局為輔，選出於 濁水溪沖積扇及其周圍之雨量站作分析，所選擇之 37 站如圖 4.1-7 所示，使用資料為1993-2008 年各年年雨量平均所得之各站平均年雨 量。
本計劃以前述1 公里見方之濁水溪沖積扇格網為基礎，將各點之 平均年雨量資料利用距離倒數平方(Inverse Distance to a Power)內插 到各網格，內插完成後之等值線圖如圖4.1-8 所示。
圖4.1-7、平均年降雨量因子選取之雨量站
圖4.1-8、本計畫選取雨量站之平均年降雨量等值線圖 4.1.2.3 綜合因素
綜合因素並非直接測得的各種地層或水文數值，而是經人工額外 運算而得。例如降雨與地下水位變化相關性因子並非單純的代表降雨 量與地下水位的量多寡，而是經由迴歸方法統計判斷降雨是否為地下 水補注之主要原因。另外，單位蓄水量變化，也並非單純蓄水量的值，
而是將地下水位變化標準差乘上儲水係數，以反應含水層蓄水量變 化。以下將分別對兩個因子進行詳細說明：
一、降雨與地下水位變化相關性
此補注潛勢因子乃是經由迴歸統計方式，探討地下水位變化是否 受降雨之影響，其概念為取出降雨事件發生期間之「降雨量」與「地 下水位上升量」，將兩個量進行迴歸統計，並以其統計結果R-squared
●水利署雨量站
×氣象局雨量站
value (以下稱 R2) 代表降雨與地下水位變化相關性。當一格網對應之 R2值越接近 1 時，代表該站附近之地下水位變化與降雨量相關性越 高，因此給予之補注潛勢分數越高。
雨量資料採用中央氣象局位於濁水溪沖積扇及山區之雨量站，包 括山區20 站以及平原區 20 站，共計 40 站，如圖 2.2-2 所示。資料蒐 集期距自西元1995/01/01 至 2007/12/31 之每日觀測數據。地下水位資 料採用經濟部水利署濁水溪沖積扇內之地下水井，共計 33 口井，如 圖4.1-9 所示資料蒐集期距自西元 1995/01/01 至 2007/12/31 之每日觀 測數據。
圖4.1-9、降雨與地下水位變化相關性因子所選取之地下水井分布圖 假設受壓含水層之水位上升來自「含水層側向補注」，則補注來 源可能分別為「平原區」、「山區」及「全區(平原區+山區)」之降雨；
而非受壓含水層水位上升原因可能來自「垂向入滲」及「含水層側向 補注」，因此需多考慮局部區域降雨之影響。計算「平原區」、「山區」、
「全區(平原區+山區)」之每日平均雨量公式如下 C1G630 彰化 203931.85 2664054.22 137151336.5 C0G650 員林 207023.17 2649369.9 141683916.2 C1G690 下水埔 205876.81 2635129.51 139357422.9 C1K310 斗六 199833.73 2622720.66 98061267.65 C1K320 阿丹 199362.14 2617461.73 77503584.11 C0G640 鹿港 191247.82 2663700.73 135159971.3 C1G660 溪湖 196138.16 2649621.88 137537843.1 C1G680 草湖 185908.43 2650925.27 110365208.5 C1G670 溪州 197851.16 2638540.35 97182574.15 C1K230 西螺 193389.64 2633727.16 107794309.1 C1G700 中西 183182.68 2642354.16 119459497.2 C0G710 台西 175836.68 2638698.26 51280954.32 C1K260 後安寮 171018.58 2632139.89 95378713.59 C1K250 崙背 179748.2 2628372.33 96974833.08 C0K330 虎尾 192134.96 2624318.28 75048071.29 C1K340 土庫 186936.57 2620863.55 111901334.8 C1K270 褒忠 178587.84 2622748.07 98471778.74 C0K280 四湖 170128.52 2614423.91 156881521.8 C0K290 誼梧 164686.64 2604794.46 83547110.3 C1K350 北港 177181.24 2607680.41 80506548.98 C0H990 昆陽 276965.32 2668681.53 77044755.33 C0I010 廬山 267631.15 2658945.44 149072844 C1I020 萬大 262578.71 2653002.72 181108992.8 C1I030 武界 254496.76 2645614.64 111478114.9 C1I04 文文社 251301.84 2635862.15 94691013.68 C1I140 卡奈托灣 258126.59 2628050.57 202942102.9
表4.1-4 各雨量站徐昇氏網格之控制面積(續)
站號 雨量站站名 X Y 控制面積(m2)
C1I050 丹大 263535.01 2627993.14 397212322.5 C1I150 青雲 243999.1 2633002.31 151831074.5 C1I160 龍神橋 236099.66 2630885.18 121553330.4 C1I060 望鄉 240079.31 2613101.14 355676574.9 C1I080 信義 233965.38 2620889.48 88540522.18 C1I100 溪頭 229513.2 2617757.33 76560067.22 C1I070 和社 237837.37 2609934.35 265621605.6 C1I170 集集 226256.12 2636066.11 88821668.49 C0I090 鳳凰 227484.44 2625143.29 73272289.26 C1I120 大鞍 224671.06 2619672.21 73067274.33 C0I110 竹山 217155.8 2629039.14 139809654 C1I130 桶頭 213838.17 2615695.93 74664612.26 C0K240 草嶺 217879.36 2610487.53 221188756.7 C0K300 大埔 208906.54 2615585.96 117948956.8
在迴歸方法上乃將各地下水井之「地下水位上升量」與「降雨量」
做線性迴歸。依照地下水井所處含水層特性可分為受壓與非受壓含水 層，因此以下稱位處受壓含水層之地下水井為受壓地下水井，位處非 受壓含水層者為非受壓地下水井。受壓水井之水位變化分別與「平原 區」、「山區」、「全區」之平均降雨量作線性迴歸；非受壓井之水位變 化除了與上述三區域之平均降雨量作線性迴歸外，另外與「最鄰近雨 量站」之降雨量作線性迴歸。以受壓地下水井-豐榮(1)為例，其線性 迴歸結果顯示，該站地下水位與平原區降雨相關性最佳R2=0.804，山 區次之R2=0.691，全區最差 R2=0.519，如圖 4.1-10 所示。
0 200 400 600 800 1000
GW_level Change (m)
y=0.005033x R2=0.804
0 1000 2000 3000
Precipitation (mm)
GW_level Change (m)
y=0.001864x R2=0.691
0 500 1000 1500 2000 2500
Precipitation (mm)
0 2 4 6
GW_level Change (m)
y=0.002338x 最大者，利用距離倒數平方法(Inverse Distance to a Power)內插出各網 格之數值，完成後之等值線圖如圖 4.1-13 所示，由圖中研判扇頂區域
圖4.1-11、各區降雨與受壓地下水井水位變化迴歸統計之 R2值比較 圖
圖4.1-12、各區降雨與非受壓地下水井水位變化迴歸統計之 R2值比 較圖
圖 4.1-13、降雨與地下水位變化相關性等值圖 二、單位蓄水量變化
儲水係數為含水層蓄水量估算重要參數，藉由儲水係數可評估含 水層補注潛勢之高低，本計劃針對蒐集之儲水係數進行分析，於濁水 溪沖積扇上游補注區擁有較高之儲水係數。各含水層蓄水量之增減，
主要是由扇頂非受壓地下水層地下水面之升降，亦即非受壓含水層地 下水飽和含水體積之增減來儲存或支出；其餘受壓含水層部分則屬於 彈性蓄水，其蓄水量變化極小。若考慮受壓地下水層，假設其儲水係 數約 1.91×10-4 ，其低估水量僅約 1%左右(江崇榮等，2004b)。在實 用上，以最上部非受壓地下水層之歷線分析所得之地下水收支量，可 代表地下水區整體之地下水收支量。前述說明亦反應出地下水儲蓄量 才是反應出整個含水層地下水進出的整體效應，事實上補注的結果即
△地下水位站
是含水層蓄水量的變化，因此，本計畫乃以蓄水量變化，即地下水位 以平均值表示。以Surfer 軟體內建之距離倒數平方(Inverse Distance to a Power)內插得各格網之單位蓄水量變化值，並以此資料建立單位蓄
表 4.1-5、各井之儲水係數與單位蓄水量變化
圖 4.1-14、單位蓄水量變化因子所選用之地下水井分布圖(參考自江 崇榮等，2006，p.68)
圖4.1-15、單位蓄水量變化等值圖
4.2 地下水補注因子相互關係與權重劃分
每項補注潛勢因子對地下水補注而言，其影響效力並非皆佔有相 同比例，根據Shaban et al. (2006)之研究，各項潛勢因子之間，具有 相依相存之關係。因此本計劃將參考Shaban et al. (2006)與 Yeh et al.
(2008)等方式，估算不同補注潛勢因子間權重比例。圖 4.2-1 為補注 潛勢影響因子間的因果關係示意圖，其中補注潛勢影響因子互以實線 或虛線連接，實線代表主要影響，而虛線則代表次要影響，箭頭方代 表被影響方，箭尾方向則代表影響方。
舉例說明，「降雨與地下水位變化相關性」及「單位蓄水量變化」
之間有主要影響關係，其方向由「降雨與地下水位變化相關性」指往
△地下水位站
「單位蓄水量變化，代表「降雨與地下水位變化相關性」為因，「單
圖4.2-1、地下水補注潛勢因子關係圖
表4.2-1、地下水補注潛勢因子權重計算表
地下水補注潛勢因子 計算方式 權重值 權重百分比 土地利用 2(1)+1(0.5)=2.5 2.5 18.51% 19%≒ 表層土壤種類 3(1) =3.0 3.0 22.22%≒22%
降雨與地下水位變化相
關性 1(1)=1.0 1.0 7.41%≒7%
平均年降雨量 2(1)=2.0 2.0 14.81%≒15%
單位蓄水量變化 1(0.5)=0.5 0.5 3.7%≒4%
透水係數 2(1)=2.0 2.0 14.81%≒15%
河系密度 2(1)+1(0.5)=2.5 2.5 18.51%≒18%
總分 13.5 100%
主要影響(1.0)，次要影響(0.5)
表4.2-2、地下水補注潛勢因子細項分類分數表
地下水補注潛勢因子 代碼 分類與範圍 分數
表4.2-3、土地利用計畫分類表
類別 原始分
圖4.2-2、加權後土地利用潛勢分數分布圖
4.2.2 表層土壤種類
圖4.2-3 是表層 0~150cm 土壤經網格切割後依照各種土壤根據表 4.2-4 給予四種深度分層土壤種類分數再將四層分數平均，接著依該 土壤種類分類所佔網格面積比例加權計算各網格分數，再搭配表 4.2-1 以補注潛勢因子間權重加權計算所得之表層土壤種類補注潛勢 分數分布圖，對照圖 4.1-4 可看出粒徑較大的土壤分布區域其潛勢分 數較高；反之，粒徑較小的土壤分布區域其潛勢分數較低。本計劃僅 考慮表層土壤對入滲的影響，故無法像較深層之土壤分布可以看出地 下水儲存之區域。表 4.2-4 為本計畫之分類代碼與原始圖層分類之對 照，其中因為原始圖層在濁水溪流域無土壤資料，導致分數過低，經 評估後決定將該區域直接給定最高分。
表 4.2-4、表層土壤種類計劃分類表
分類代碼 原始分類 細項
1 粗砂土 粗砂土，砂土
2 細砂土 細砂土，壤質粗砂土，壤質砂土 3 壤質細砂土 壤質細砂土，粗砂質壤土，砂質壤土
，細砂質壤土
4 極細砂土 極細砂土，壤質極細砂土，極細砂質壤土 5 坋土 坋土，坋質壤土
6 壤土 壤土
7 砂質粘壤土 砂質粘壤土
8 粘壤土 粘壤土，坋質粘壤土 9 坋質粘土 坋質粘土
10 粘土 粘土 11 石礫 石礫
圖4.2-3、加權後表層土壤種類潛勢分數分布圖
4.2.3 降雨與地下水位變化相關性
圖4.2-4 是以 Surfer 內建距離倒數平方(Inverse Distance to a Power) 內插出 1 公里見方網格中心座標之相關性值，再以 SuperGIS 將其值 對應到網格內，依照表4.2-2 分類給分後，再搭配表 4.2-1 以補注潛勢 因子間權重加權計算所得的降雨與地下水位變化相關性潛勢分數分 布圖。
圖4.2-4、加權後降雨與地下水位變化相關性潛勢分數分布圖
4.2.4 平均年降雨量
圖4.2-5 是以 Surfer 距離倒數平方(Inverse Distance to a Power)內 插出 1 公里見方網格中心座標之 1993~2008 年平均雨量值後，再以 SuperGIS 將其值對應到網格內，依照表 4.2-2 分類給分後，再搭配表 4.2-1 以補注潛勢因子間權重加權計算所得的平均年降雨量潛勢分數 分布圖。由圖 4.1-8 之平均年降雨量等值圖可知靠近扇頂海拔較高處 雨量豐沛，降雨量由東往西遞減，因此本因子影響地下水補注潛勢之 分數亦是由東往西遞減。
圖4.2-5、1993~2008 年加權後平均年降雨量潛勢分數分布圖
4.2.5 單位蓄水量變化
圖 4.2-6 是以 Surfer 內建距離倒數平方法(Inverse Distance to a Power) 將點位之單位蓄水量變化資料內插出 1 公里見方網格中心座
圖 4.2-6 是以 Surfer 內建距離倒數平方法(Inverse Distance to a Power) 將點位之單位蓄水量變化資料內插出 1 公里見方網格中心座