濁水溪沖積扇地下水數值模式建置

1. 地下分層架構

MODFLOW 模擬的設定上，可將地下分層設定為受壓或非受壓含水 層，並需輸入各分層之上部和底部之高程值。經濟部中央地質調查所於民 國88 年完成之「台灣地區地下水觀測網第一期計畫濁水溪沖積扇水文地質 調查研究報告」中，記錄位於濁水溪沖積扇 72 站之地層柱狀圖，其分布位 置如圖6.1-1 所示，並完成平原地區水文地質剖面一至十二（深度至 300 公 尺左右），再依據丘陵及河谷區之8 站地層柱狀圖，繪製水文地質剖面十三 至十五（深度約達 250 公尺左右），劃分出濁水溪沖積扇概念分層，依深度 分別為含水層一、阻水層一、含水層二、阻水層二、含水層三、阻水層三 及含水層四，濁水溪沖積扇模式共分為第一至七分層，如圖6.1-2 所示。

圖6.1-1 地層柱狀圖分部位置

海 第一分層 第二分層 第三分層 第四分層 第五分層 第六分層 第七分層

模式概念分層

水 文 地 質 架 構

含水層1 含水層2 含水層3 含水層4 阻水層1

阻水層2

阻水層3

海岸 山麓

圖6.1-2 濁水溪沖積扇水文地質架構概念分層 2. 模式邊界條件

根據中央地質調查所(1999)對於濁水溪沖積扇地下水邊界分析研判，提 出概念性之邊界，如圖6.1-3。

圖6.1-3 濁水溪沖積扇地下水邊界之概念圖 a. AB 段

位於車籠埔斷層上，斷層以東除河床表層厚約 10 公尺之河道沉積礫石 層有地下水伏流以外，均為透水及含水不佳之砂頁岩，屬於零流邊界(No flow boundary)；惟位於此邊界上之濁水溪和清水溪河床伏流水量相當可 觀，為側向補注入地下水區之點源(Pointsource)。

b. BC 段

本邊界位於濁水溪沖積扇之南側邊緣上，含水層沉積物粒徑及厚度均 顯著變小，然而並未尖滅，因此無實體之阻隔為界，然而從地下水流網分 布型態，顯示BC 段與地下水流線大致平行，於本身即可認定為一條流線，

故亦屬於零流邊界。海岸附近之洩降錐，其在邊界南北之形狀及大小若相

當，則不影響零流邊界之假設。

c. CD 段

此段為含水層尖滅封閉於阻水層之位置，屬於零流邊界。

d. DEF 段

本段與BC 段相似，含水層可向北延伸而與台中盆地地下水系統相接，

缺乏實體之阻隔，惟與地下水流方向大致平行，故認定為零流邊界。EF 段 位於和美沖積扇頂上，河水可由河床入滲補注地下水。

e. FG 段

本段邊界大致與地下水等水位線平行，隨時間之不同水位有昇降變化。

f. GA 段

本段位於頭嵙山層之中，為八卦山台地之地下水分水線(Groundwater divide)。

3. 格網劃分

模式格網以 1 公里乘 1 公里之格網建構，所以每一層格網為南北方向 85 列與東西方向 75 行，共七層格網。如圖 6.1-4 所示，淺黃色區域為模擬 範圍：

圖 6.1-4 濁水溪沖積扇模式之格網劃分

並且由上述邊界條件，在 MODFLOW 模式中設定，東部之八卦山地區 有八卦山背斜，斗六丘陵有內林背斜及斷層經過，以此為東邊邊界，且設 為零流量之邊界條件。北部邊界為烏溪，南部邊界為北港溪，各層皆為零 流量之邊界。西邊含水層一以海岸線向外延伸1 公里設為定水頭邊界(如圖 6.1-5 所示)，其餘含水層延伸 5 公里後尖滅，設為零流量之邊界條件(如圖 6.1-6 所示)。圖中藍色網格為定水頭邊界，灰色網格為零流量。圖 6.1-7 所 示為第49 列剖面圖，水平向長度為垂向長度 30 倍。

八卦山脈斗六丘陵

台灣海峽 烏溪

北港溪

濁水溪

圖6.1-5 濁水溪沖積扇模式第 1 分層格網劃分

定

水

頭 零 流 量零

流

量

圖6.1-6 濁水溪沖積扇模式第 2~7 分層格網劃分

圖6.1-7 濁水溪沖積扇模式第 49 列格網劃分剖面圖 (二) 模式之輸入資料

模式之輸入資料包括水力傳導係數、垂向水力傳導係數、儲水係數、

起始地下水水位、補注量及抽水量等。以下將以濁水溪沖積扇為例，說明 MODFLOW 模式所需模式架構之地下水力學參數及源匯項輸入資料。各輸 入資料敘述如下：

第49 列

零 流 量零

零

流

量

台灣海峽 南投縣

第1 分層 第3 分層 第5 分層 第7 分層

水平向每格為 1 公里

海

岸

線 流

量

1. 水力傳導係數

觀測站網建置時，各觀測井必進行單井或複井抽水試驗，因此分析所 得各含水層之水力傳導係數相當多，故後續以觀測站位置及資料為依據，

進行徐昇氏法分區，同一分區內水力傳導係數相同，圖 6.1-8~圖 6.1-10 分 別為模式第1、3 及 5 分層之水力傳導係數分區圖，有關各觀測站之水力傳 導係數詳見附錄B。而模式第 2、4 分層在下游部份為阻水層，其阻水層水 力傳導係數參考Schwartz and Zhang (2003)，設定為 4×10-3 (公尺/天)，並且 從中游開始，水力傳導係數逐漸變大，到上游部份，水力傳導係數則與含 水層相當，其分布如圖6.1-11、圖 6.1-12。此外，前述抽水試驗所得結果為 水平向之水力傳導係數，垂向水力傳導係數則假設為水平向之1/10。

圖 6.1-8 濁水溪沖積扇模式第 1 分層徐昇氏網格分區

圖 6.1-9 濁水溪沖積扇模式第 3 分層徐昇氏網格分區

圖6.1-10 濁水溪沖積扇模式第 5 分層徐昇氏網格分區

圖6.1-11 濁水溪沖積扇模式第 2 分層水力傳導係數分布

圖6.1-12 濁水溪沖積扇模式第 4 分層水力傳導係數分布

2. 儲水係數

由於本研究進行穩態模式建構，所以尚不需要輸入儲水係數定。

3. 起始地下水水位

由於本研究進行穩態模擬之參數檢定，所以起始地下水位僅作為求解 穩態水位之初始值。

4. 抽水量、補注量

本研究進行抽水量及淨補注量檢定，於檢定前會先給予一個初始值，

再 由 檢 定 系 統 規 則 進 行 調 整 。 其 中 第 一 層 初 始 值 為 每 平 方 公 里 補 注 2000cmd，第三層及第五層為每平方公里抽水 1000cmd。當系統依據規則調 整完畢後，將得到檢定後之淨補注量與抽水量。

5. 濁水溪沖積扇參數檢定

本研究進行穩態模擬參數檢定，以民國 89 年至民國 96 年濁水溪沖積 扇各觀測井之觀測水位平均值，作為穩態模式之參照水位。