濁水溪沖積扇地下水數值模式建置

(一)邊界條件與格網劃分 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與底部的高程值。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 5.1-1 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、以及含水層四，濁水溪 沖積扇模式共分為第一至第七分層，如圖 5.1-2 所示。

圖5.1-1 地層柱狀圖分布位置

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 5.1-2 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 5.1-3 所示。

圖5.1-3 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，斷層以東除了河床表層厚約 10 公尺之河道 沉積礫石層有地下水伏流以外，均為不透水及含水不佳之矽頁岩，屬 於零流量邊界(No flow boundary)；唯位於此邊界上之濁水溪與清水溪 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

度均顯著變小，然而並未尖減，因此無實體之阻隔邊界，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，所以亦屬於零流量邊界。海岸附近之洩降錐，其在邊 界南北之形狀及大小若相當，則不會影響零流量邊界的假設。

c. CD 段

此段為含水層尖滅封閉於阻水層之位置，屬於零流量邊界。

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，唯與地下水流方向大致平行，故認定為零流 量邊界。

e. EF 段

位於和美沖積扇頂上，河水可由河床入滲補注地下水。

f. 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升降 變化。

g. 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 5.1-4 所示，淺黃色 區域為模擬範圍:

圖5.1-4 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

邊界，且設定為零流量之邊界條件。北部邊界為烏溪，南部邊界為北 港溪，各層皆有零流量邊界。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 5.1-5 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 5.1-6 所示)。圖中藍色網格為定水頭邊界，

灰色網格為零流量。圖 5.1-7 所示為第 49 列剖面圖，水平向長度為垂 向長度的30 倍。

圖 5.1-5 濁水溪沖積扇模式第 1 分層格網劃分

圖5.1-6 濁水溪沖積扇模式第 2-7 分層格網劃分

圖5.1-7 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。以下說明以MODFLOW 建 置濁水溪沖積扇之地下水模式所需之各項參數：

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，進行徐昇式多邊形法分區，同一分區內水力傳導係數相同，

如圖 5.1-8 至圖 5.1-10 分別為模式第 1、3、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 在下游部分為阻水層，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，到上游部分，水力傳導係數則與含水層相當，其分布 如圖5.1-11 與 5.1-12 所示。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5.1-8 濁水溪沖積扇模式第 1 分層徐昇式網格分區

圖5.1-9 濁水溪沖積扇模式第 3 分層徐昇式網格分區

圖 5.1-10 濁水溪沖積扇模式第 5 分層徐昇式網格分區

圖 5.1-11 濁水溪沖積扇模式第 2 分層水力傳導係數分布

圖5.1-12 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. 淨補注量

本研究以參數檢定方法推估淨補注量。本研究在初始值之設定上，第 一層所有網格皆給定2000cmd，第三層及第五層每個網格皆給定抽水 500cmd。因本研究假定深層含水層(模式第三與第五分層)不會有人為 補注，因此限制其淨補注量小於 0，意即深層僅有抽水發生，而淺層 含水層因為可接受天然補注與人為抽水，故其淨補注量可為正值或負

值。待 MDDS 地下水參數檢定系統完成檢定後，即可求得淨補注量。

5. 檢定穩態模式之參照水位設定

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。