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 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

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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5.1-2所示。

圖 5.1-1 地層柱狀圖分部位置

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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。

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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

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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5.1-4所示，淺綠色 區域為模擬範圍：

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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 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

八

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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 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30 倍。

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圖5.1-5 濁水溪沖積扇模式第 1分層格網劃分

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圖5.1-6 濁水溪沖積扇模式第 2~7分層格網劃分

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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

本研究將模擬濁水溪沖積扇之地下水暫態模式，模擬地下水位 隨著時間變化之情形，模擬時間由西元 1998 年至 2003 年以及 2006 年至 2009 年。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、淨補注量、時間單位、模擬期數及 長度等等。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：

1. 時間參數

暫態模式中，模擬時間單位設定為天，且模擬期數設定為 12 期，分別代表一年中的 12 個月份，各期之模擬長度則是設定為相對 應月份所擁有之天數，例如：第一期模擬長度為31天、第二期為28 天，依此類推，如此一來，模式模擬出各個時期之抽水、補注量，

則能分別推估出各個月份的抽水、補注量。

2. 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

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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6.1-11分別為模式第1、3、5及7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 C。而概念分層中之 第 2、4及 6 分層為阻水層，其分布範圍位於下游扇尾區域，模式於 扇尾區域之水力傳導係數參考 Schwartz與 Zhang（2003)中建議之值 域，在此設定為 4×10-3 (公尺/天)。此外，由於抽水試驗所得結果為 水平向之水力傳導係數，垂向水力傳導係數在此假設為水平向之 1/10。

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圖 5.1-8 濁水溪沖積扇模式第1分層徐昇氏網格分區

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圖 5.1-9 濁水溪沖積扇模式第3分層徐昇氏網格分區

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圖5.1-10 濁水溪沖積扇模式第5分層徐昇氏網格分區

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圖5.1-11 濁水溪沖積扇模式第7分層徐昇氏網格分區

3. 儲水係數

由於儲水係數必須進行複井抽水試驗才能求得，因此在儲水係

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數之現地試驗數量，遠低於透水係數現地試驗數量，僅有 1/4 到 1/5 的觀測井進行複井抽水試驗。

儲水係數輸入方式與水力傳導係數相同，皆採用徐昇氏網格分 區將點位型式之資料給定至整個沖積扇。在數值方面，有現地試驗 值之徐昇氏網格則直接給予試驗值；其他無現地試驗值者，給予下 列的計算方式之數值：

(一) 在受壓含水層之儲水係數給定方面，直接以濁水溪沖積扇之受 壓含水層平均現地試驗值給定。

(二) 在非受壓含水層給定方面，藉由經濟部中央地質調查所提供之 岩心資料庫，取得各水井之鑽探剖面，可得知該處各式土壤之分 佈深度以及厚度，再以各式土壤經驗比流出率（例如礫石應為 0.09，中粗砂應為0.12，細砂應為0.15），搭配厚度加權的方式 計算推估，再將儲水係數輸入至相對應之分區。

4. 起始地下水水位

對於暫態模式而言，初始地下水位代表模式之初始條件，不同初 始條件影響模擬結果極巨，本計畫使用西元1998至 2009年之年平均 水位當作起始水位，待模式完成第一時刻模擬後，所獲得之模擬水位 值當作第二時刻之起始地下水位，繼續下一時刻之模式模擬。

5. 淨補注量

在暫態模式中，不同時刻之水位均不一樣，因此對應之各時刻 淨補注量亦不同。本研究應用修正型地下水位歷線法(中央地質調查

局, 2010)，將模式之表層淨補注量以修正型地下水位歷線法之結果給

定(見附錄D)。而深層之淨補注量則利用參數檢定模式進行推估。

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