簡易河段模擬

在本研究中除了透過入滲儀的實驗與模擬結果來探討阻水層對於地下水的入 滲與流動情況之影響外，在本節中將進一步擴大模擬的範圍，觀察大尺度下的河段 有無阻水層對於地下水流動情況的改變。在此模擬中的參數以前述研究中的實驗 結果與邱永嘉老師及其團隊所提供之數據為參考。

5.3.1 簡易河段單層模擬

在簡易河段的單層模擬中，含水層假設為5 m 厚，且其底部為不透水邊界。土 層表面的上邊界給予一固定水頭高當作表面水深；模型兩側的邊界假設為地下水 位高，左側 = 0.75 m；右側 = 0.60 m。含水層的水力傳導度(Ka)考慮兩種情況：情 況1. 由 3.3 節中水力傳導度實驗所測得之結果，Ka = 1.2410^-5 m/s；情況 2. 邱永 嘉老師及其團隊由現地資料所推估之結果，Ka = 2.7110^-2 m/s。為了觀察模型內部 非飽和區域的發展，在模擬中會逐步降低左右邊界條件的水頭高度。左右邊界條件

的水頭高以地表向下為基準算起。邊界水頭的下降以一次降低0.5 m 為基準，兩側 邊界水頭同時降低，共降低兩次。從左側 = 0.75 m，右側 = 0.60 m 降低至左側 = 1.75 m，右側 = 1.60 m。

Fig. 5.35 至 Fig. 5.40 為情況 1 之單層模擬結果(實驗 Ka = 1.2410^-5 m/s)。

Fig. 5.35 至 Fig. 5.37 為逐步降低左右水頭邊界條件之單層模擬壓力分佈圖。

由這三張圖中可發現含水層因為假設單一且均勻之材質，因此在不同水頭邊界條 件下的模型中皆為完全飽和的壓力狀態。且由於底部為不透水邊界，因此壓力的分 布隨深度的增加而變大。但在靠近模型兩側的邊界處，受到固定邊界條件設定的影 響，使得兩側靠近邊界的壓力比起模型中間區域的壓力較小。並隨著水頭邊界條件 的逐步降低而下降。

Fig. 5.35 七家灣溪有勝溪河段單層模擬中之壓力分佈(實驗 Ka = 1.2410^-5；左右 邊界水頭高左側 = 0.75m，右側 = 0.60m)

Fig. 5.36 七家灣溪有勝溪河段單層模擬中之壓力分佈(實驗 Ka = 1.2410^-5；左右 邊界水頭高左側 = 1.25m，右側 = 1.10m)

Fig. 5.37 七家灣溪有勝溪河段單層模擬中之壓力分佈(實驗 Ka = 1.2410^-5；左右 邊界水頭高左側 = 1.75m，右側 = 1.60m)

Fig. 5.38 至 Fig. 5.40 為逐步降低左右水頭邊界條件之單層模擬流線圖。由這 三張圖中可發現含水層因為假設單一且均勻之材質，壓力的分布除了在模型邊界 上有些微的差異外，在其他區域皆相同。因此流線在此條件下的模擬結果也呈現出 相同的趨勢。

Fig. 5.38 七家灣溪有勝溪河段單層模擬中之流線(實驗 Ka = 1.2410^-5；左右邊界 水頭高左側 = 0.75m，右側 = 0.60m)

Fig. 5.39 七家灣溪有勝溪河段單層模擬中之流線(實驗 Ka = 1.2410^-5；左右邊界 水頭高左側 = 1.25m，右側 = 1.10m)

Fig. 5.40 七家灣溪有勝溪河段單層模擬中之流線(實驗 Ka = 1.2410^-5；左右邊界 水頭高左側 = 1.75m，右側 = 1.60m)

Fig. 5.41 至 Fig. 5.46 為情況 2 之單層模擬結果(現地 Ka = 2.7110^-2 m/s)。壓力 分佈與流線的變化趨勢同 Fig. 5.35 至 Fig. 5.40，僅在表面入滲率以及地下水在模 型中的停留時間上有所差異。但由於使用了現地採樣資料所推估的水力傳導度進 行模擬，因此停留時間的模擬結果從一萬一千天降至五天(詳見 5.5.1 與 5.5.2 節中 的討論)。

Fig. 5.41 七家灣溪有勝溪河段單層模擬中之壓力分佈(現地 Ka = 2.7110^-2；左右 邊界水頭高左側 = 0.75m，右側 = 0.60m)

Fig. 5.42 七家灣溪有勝溪河段單層模擬中之壓力分佈(現地 Ka = 2.7110^-2；左右 邊界水頭高左側 = 1.25m，右側 = 1.10m)

Fig. 5.43 七家灣溪有勝溪河段單層模擬中之壓力分佈(現地 Ka = 2.7110^-2；左右 邊界水頭高左側 = 1.75m，右側 = 1.60m)

Fig. 5.44 七家灣溪有勝溪河段單層模擬中之流線(現地 Ka = 2.7110^-2；左右邊界 水頭高左側 = 0.75m，右側 = 0.60m)

Fig. 5.45 七家灣溪有勝溪河段單層模擬中之流線(現地 Ka = 2.7110^-2；左右邊界 水頭高左側 = 1.25m，右側 = 1.10m)

Fig. 5.46 七家灣溪有勝溪河段單層模擬中之流線(現地 Ka = 2.7110^-2；左右邊界 水頭高左側 = 1.75m，右側 = 1.60m)

5.3.2 簡易河段雙層模擬

在簡易河段的雙層模擬中，含水層假設為4.7 m 厚，阻水層假設為 0.3 厚，且 其底部為不透水邊界。土層表面的上邊界給予一固定水頭高當作表面水深；模型兩 側的邊界假設為地下水位高，左側 = 0.75 m；右側 = 0.60 m。含水層的水力傳導 度(Ka)與阻水層的水力傳導度(Kc)考慮兩種情況：情況 1. 由 3.3 節中水力傳導度實 驗所測得之結果，分別為Ka = 1.2410^-5 m/s 以及 Kc = 2.4910^-7 m/s；情況 2. 邱永 嘉老師及其團隊由現地資料所推估之結果，Ka = 2.7110^-2 m/s 以及 Kc = 1.5310^-3 m/s。其中情況 2 中的 Kc並非與Ka一同為邱永嘉老師及其團隊由現地資料所推估 之結果，而是依據Ka以及 2.3 節中所述之條件式推算而得。為了觀察模型內部非 飽和區域的發展，在模擬中會逐步降低左右邊界條件的水頭高度。左右邊界條件的 水頭高以地表向下為基準算起。邊界水頭的下降以一次降低0.5 m 為基準，兩側邊 界水頭同時降低，共降低兩次。從左側 = 0.75 m，右側 = 0.60 m 降低至左側 = 1.75 m，右側 = 1.60 m。

Fig. 5.47 至 Fig. 5.52 為情況 1 (實驗 Ka = 2.7110^-2以及Kc = 1.5310^-3 m/s)之雙 層模擬結果。

Fig. 5.47 至 Fig. 5.49 為逐步降低左右水頭邊界條件之雙層模擬壓力分佈圖，

由這三張圖中可以發現由於底部為不透水邊界，因此壓力的分布在不同水頭邊界 條件下皆隨深度的增加而變大。但在靠近模型兩側的邊界處，受到固定邊界條件設 定的影響，使得兩側靠近邊界的壓力比起模型中間區域的壓力較小。並隨著水頭邊 界條件的逐步降低而下降。圖中由紅色粗線所圍繞的範圍表示壓力小於零，即非飽 和負壓區域。此非飽和負壓區域隨著左右水頭邊界條件的逐步下降，而隨之擴大其 範圍。

但由Fig. 5.49 中可發現，儘管左右兩側的水頭邊界條件比起原有的水頭高(Fig.

5.47)已額外下降 1 m 深，然而非飽和負壓區的範圍卻依然無法完整橫跨整個模型 的剖面，這是因為二維模型在底部為不透水邊界的條件下，地下水流僅能夠由模型 左右兩側的開放邊界進出，使得非飽和負壓區域的發展受到限制。

Fig. 5.47 七家灣溪有勝溪河段雙層模擬中之壓力分佈(實驗 Ka = 1.2410^-5，Kc = 2.4910^-7 m/s；左右邊界水頭高左側 = 0.75m，右側 = 0.60m)

Fig. 5.48 七家灣溪有勝溪河段雙層模擬中之壓力分佈(實驗 Ka = 1.2410^-5，Kc = 2.4910^-7 m/s；左右邊界水頭高左側 = 1.25m，右側 = 1.10m)

Fig. 5.49 七家灣溪有勝溪河段雙層模擬中之壓力分佈(實驗 Ka = 1.2410^-5，Kc = 2.4910^-7 m/s；左右邊界水頭高左側 = 1.75m，右側 = 1.60m)

Fig. 5.50 至 Fig. 5.52 為逐步降低左右水頭邊界條件之雙層模擬流線圖。由這 三張圖可以發現，流線雖然隨著左右水頭邊界的下降並無明顯的流向改變，而呈現 相似的趨勢。但在模型右側由地表流向地下的補注點位置卻會隨著左右水頭邊界 的下降而逐漸向左側偏移。

Fig. 5.50 七家灣溪有勝溪河段雙層模擬中之流線(實驗 Ka = 1.2410^-5，Kc = 2.4910^-7 m/s；左右邊界水頭高左側 = 0.75m，右側 = 0.60m)

Fig. 5.51 七家灣溪有勝溪河段雙層模擬中之流線(實驗 Ka = 1.2410^-5，Kc = 2.4910^-7 m/s；左右邊界水頭高左側 = 1.25m，右側 = 1.10m)

Fig. 5.52 七家灣溪有勝溪河段雙層模擬中之流線(實驗 Ka = 1.2410^-5，Kc = 2.4910^-7 m/s；左右邊界水頭高左側 = 1.75m，右側 = 1.60m)

Fig. 5.53 至 Fig. 5.58 為情況 2 之雙層模擬結果(現地 Ka = 2.7110^-2以及Kc = 1.5310^-3 m/s)。壓力分佈與流線的變化趨勢同 Fig. 5.47 至 Fig. 5.52，但在非飽和負 壓區域與流線補注點隨不同左右邊界條件而改變的發展程度、表面入滲率以及地 下水的停留時間上有所差異。但由於使用了現地採樣資料所推估的水力傳導度進 行模擬，因此停留時間的模擬結果從一萬五千天降至二十五天(詳見 5.5.1 與 5.5.2

節中的討論)。

Fig. 5.53 七家灣溪有勝溪河段雙層模擬中之壓力分佈(現地 Ka = 2.7110^-2，Kc = 1.5310^-3 m/s；左右邊界水頭高左側 = 0.75m，右側 = 0.60m)

Fig. 5.54 七家灣溪有勝溪河段雙層模擬中之壓力分佈(現地 Ka = 2.7110^-2，Kc = 1.5310^-3 m/s；左右邊界水頭高左側 = 1.25m，右側 = 1.10m)

Fig. 5.55 七家灣溪有勝溪河段雙層模擬中之壓力分佈(現地 Ka = 2.7110^-2，Kc = 1.5310^-3 m/s；左右邊界水頭高左側 = 1.75m，右側 = 1.60m)

Fig. 5.56 七家灣溪有勝溪河段雙層模擬中之流線(現地 Ka = 2.7110^-2，Kc = 1.5310^-3 m/s；左右邊界水頭高左側 = 0.75m，右側 = 0.60m)

Fig. 5.57 七家灣溪有勝溪河段雙層模擬中之流線(現地 Ka = 2.7110^-2，Kc = 1.5310^-3 m/s；左右邊界水頭高左側 = 1.25m，右側 = 1.10m)

Fig. 5.58 七家灣溪有勝溪河段雙層模擬中之流線(現地 Ka = 2.7110^-2，Kc = 1.5310^-3 m/s；左右邊界水頭高左側 = 1.75m，右側 = 1.60m)