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訊號分離技術應用於濁水溪沖積扇區域地下水文地質參數與抽補量推估

訊號分離技術應用於濁水溪沖積扇區域地下水文地質參數與抽補量推估

書籍介紹

本計畫發展以時間序列方法(time-series decomposition approach)來拆解高精度地下水位觀測受到各種來源影響,此一模型一方面了解影響地下水變動過程各種因素之物理量級外,例如抽水、補注或是蒸發散量等,另一方面嘗試推估區域之水文地質參數。透過本計畫研究發展成果,本方法可推估各觀測井位附近之地下水抽補情形以及水文地質參數,有效提升對地下水系統之了解。

目次

目錄
表目錄表-1
圖目錄圖-1
摘要摘-1
一、地下水位資料清理工作摘-1
二、水文地質參數推估摘-17
三、抽補量推估摘-23
ABSTRACTA-1
結論與建議結-1
第一章 前言1-1
一、計畫緣起及目的1-1
第二章 工作計畫和方法2-1
一、計畫背景與關鍵課題探討2-1
二、文獻回顧2-2
三、計畫工作構想與流程2-7
第三章 基本資料蒐集3-1
一、研究區域概述3-1
第四章 資料清理、補遺與模組開發4-1
一、水位資料研析4-1
二、水位異常值偵測4-19
三、水位補遺4-25
四、水位清理模組化4-31
第五章 地下水文地質參數推估模式5-1
一、時間序列分析模式5-1
二、未知抽水井分布與抽水量情境5-5
三、水位變動合成方法與MODFLOW人工場址建立5-9
四、水文地質參數推估與驗證5-12
第六章 地下水參數與抽補量推估6-1
一、濁水溪沖積扇地下水位觀測井之選定與方法驗證6-1
二、抽水與補注訊號之分離6-5
三、驗證井水文地質參數推估6-13
四、抽水量與補注量推估6-18
五、儲水係數之探討6-23
第七章 辨理專家座談會7-1
參考文獻參-1
附錄一 新舊水位站銜接結果附1-1
附錄二 地下水水位趨勢結果附2-1
附冊一 委託服務採購案廠商服務建議書審查會議-委員詢問題目單
附冊二 工作執行計畫書審查及處理情形
附冊三 工作執行計畫書期中審查及處理情形
附冊四 專家座談會意見回覆
附冊五 期末報告書審查意見回覆

表目錄
表 3 1 濁水溪沖積扇觀測井複井抽水試驗彙整(1/2)3-6
表 3 2 濁水溪沖積扇觀測井複井抽水試驗彙整(2/2)3-7
表 3 3 濁水溪沖積扇年抽水量相關文獻分析成果表3-10
表 4 1 同井名測站新舊站號對照表4-3
表 4 2 井名接續原因(舊井)接續原因(新井)(1/3)4-3
表 4 3 井名接續原因(舊井)接續原因(新井)(2/3)4-4
表 4 4 井名接續原因(舊井)接續原因(新井)(3/3)4-5
表 4 5 員林觀測井新舊井井深站距資訊4-8
表 4 6 安南觀測井新舊井井深站距資訊4-9
表 4 7 宜梧觀測井新舊井井深站距資訊4-10
表 4 8 漢寶觀測井新舊井井深站距資訊4-11
表 4 9 潭墘觀測井新舊井井深站距資訊4-12
表 4 10 虎溪觀測井新舊井井深站距資訊4-13
表 4 11 西港觀測井新舊井井深站距資訊4-14
表 4 12 鯉魚觀測井新舊井井深站距資訊4-15
表 4 13 水位不連續之各觀測井銜接處理方式4-17
表 4 14 觀測井銜接後各井名列表(1/3)4-17
表 4 15 觀測井銜接後各井名列表(2/3)4-18
表 4 16 觀測井銜接後各井名列表(3/3)4-19
表 4 17 歷年資料補遺方法4-26
表 5 1 人工場址各層水文地質參數設置5-12
表 5 2 不同井距單井抽水情境測試均勻抽水參數推估結果5-20
表 5 3 井距r = 200 m最佳化迭代過程5-23
表 5 4 井距r = 2,000 m最佳化迭代過程5-23
表 6 1 好修(1)、虎溪(2)基本資料6-2
表 6 2 好修(1)、虎溪(2)推估儲水係數與試驗儲水係數比較表6-13
表 6 3 第二含水層56口觀測井儲水係數推估結果(1/2)6-16
表 6 4 第二含水層56口觀測井儲水係數推估結果(2/2)6-17
表 6 5 儲水係數推估與模式設置、抽水試驗值比較(1/2)6-23
表 6 6 儲水係數推估與模式設置、抽水試驗值比較(2/2)6-24
圖目錄
圖 2 1 本計畫工作流程圖2-7
圖 3 1 濁水溪沖積扇水文地質及地下水流概念模型[經濟部, 2014]3-2
圖 3 2 濁水溪沖積扇空間位置圖(不分層觀測站及第一層含水層觀測站)3-2
圖 3 3 濁水溪沖積扇第二層含水層觀測站空間位置圖3-3
圖 3 4 濁水溪沖積扇第三層含水層觀測站空間位置圖3-3
圖 3 5 濁水溪沖積扇第四層含水層觀測站空間位置圖3-4
圖 3 6 濁水溪沖積扇水文地質觀測站空間位置圖3-4
圖 3 7 農田水利署雲林管理處井位分布與時序資料展3-5
圖 3 8 臺糖公司井位分布與時序資料展現3-5
圖 3 9 濁水溪沖積扇第一層含水層複井試驗觀測井空間分布3-7
圖 3 10 濁水溪沖積扇第二層含水層複井試驗觀測井空間分布3-8
圖 3 11 濁水溪沖積扇第三層含水層複井試驗觀測井空間分布3-8
圖 3 12 濁水溪沖積扇第四層含水層複井試驗觀測井空間分布3-9
圖 3 13 彰化地區非法抽水井分佈圖3-10
圖 3 14 濁水溪沖積扇土地利用圖3-11
圖 3 15 濁水溪沖積扇各鄉鎮主要工業產業分布3-11
圖 3 16 彰化期作與雲林輪區圖資3-12
圖 3 17 雲林與彰化地區民國105年第一、二期水稻分布圖3-12
圖 3 18 雲林地區101~108年累積下陷量圖3-13
圖 4 1 資料清理與補遺整體開發流程圖4-1
圖 4 2 水位資料研析工作流程圖4-2
圖 4 3 北港(1)新舊資料銜接結果4-6
圖 4 4 員林(1)新舊資料銜接結果4-6
圖 4 5 斗六新舊資料銜接結果4-7
圖 4 6 員林新舊資料銜接結果4-7
圖 4 7 安南觀測井新舊井資料銜接結果4-8
圖 4 8 宜梧觀測井新舊井資料銜接結果4-9
圖 4 9 漢寶觀測井新舊井資料銜接結果4-10
圖 4 10 潭墘觀測井新舊井資料銜接結果4-11
圖 4 11 潭墘站銜接部分相關紀事時間註記4-12
圖 4 12 虎溪觀測井新舊井資料銜接結果4-13
圖 4 13 西港觀測井新舊井資料銜接結果4-14
圖 4 14 西港站銜銜接部分相關紀事時間註記4-15
圖 4 15 鯉魚觀測井新舊井資料銜接結果4-15
圖 4 16 鯉魚站銜接部分相關紀事時間註記4-16
圖 4 17 地下水水位異常值偵測工作流程4-20
圖 4 18 北港(1)觀測井異常值偵測結果4-23
圖 4 19 員林(1)觀測井異常值偵測結果4-24
圖 4 20 斗六觀測井異常值偵測結果4-25
圖 4 21 地下水水位補遺工作流程圖4-26
圖 4 22 時間列序分解法對地下水水位拆解結果,以好修(3)為例4-27
圖 4 23 空間(上)與時間(下)共變異數值與函數4-28
圖 4 24 貝氏最大熵法架構4-30
圖 4 25 崙子(1)補遺結果圖4-31
圖 4 26 地下水位資料清理模組建置概念4-31
圖 4 27 網頁應用程式介面使用情境4-33
圖 4 28 於作業系統安裝anaconda軟體4-35
圖 4 29 建立模組Python環境:安裝相依軟體過程.4-36
圖 4 30  jupyter網頁互動式介面使用情境4-36
圖 5 1 雲林縣虎尾鎮抽水井分布5-5
圖 5 2 等效均勻抽水假設示意5-6
圖 5 3 水位洩降與井距關係圖5-6
圖 5 4 抽水特徵擷取示意圖5-8
圖 5 5 已知井距之單井抽水水位變動合成5-9
圖 5 6 等效均勻抽水水位變動合成5-10
圖 5 7 人工場址水平空間離散與邊界條件5-11
圖 5 8 人工場址垂向分層示意圖5-11
圖 5 9 單井抽水情境參數最佳化流程圖5-13
圖 5 10 等效均勻抽水情境參數最佳化流程5-13
圖 5 11 已知井距單井抽水情境示意圖與參數設置5-15
圖 5 12 已知井距單井抽水情境之抽水時間序列5-15
圖 5 13 已知井距單井抽水情境水位擬合與參數推估結果5-16
圖 5 14 已知井距單井抽水情境抽水時間序列推估結果5-16
圖 5 15 等效均勻抽水情境示意圖與參數設置5-17
圖 5 16 等效均勻抽水情境之抽水時間序列5-17
圖 5 17 等效均勻抽水情境水位擬合與參數推估結果5-17
圖 5 18 等效均勻抽水情境抽水時間序列推估結果5-18
圖 5 19 人工場址均勻抽水情境抽水井設置5-18
圖 5 20 人工場址均勻抽水網格抽水總量時間序列5-19
圖 5 21 人工場址均勻抽水情境水位擬合與參數推估結果5-19
圖 5 22 人工場址均勻抽水情境抽水時間序列推估結果5-20
圖 5 23 已知井距r = 200 m之推估結果5-21
圖 5 24 已知井距r = 500 m之推估結果5-22
圖 5 25 已知井距r = 1000 m之推估結果5-22
圖 5 26 已知井距r = 1500 m之推估結果5-22
圖 5 27 已知井距r = 2000 m之推估結果5-23
圖 5 28 多井抽水情境抽水井分布與觀測井位置5-24
圖 5 29 多井抽水情境觀測井周圍抽水井抽水時間序列(1/2)5-25
圖 5 30 多井抽水情境觀測井周圍抽水井抽水時間序列(2/2)5-25
圖 5 31 多井抽水情境6口抽水井總和抽水時間序列5-26
圖 5 32 人工場址多井抽水情境水位擬合與參數推估結果5-26
圖 5 33 人工場址多井抽水情境抽水時間序列推估結果5-27
圖 5 34 多井抽水情境抽水起始與停止時間辨識與真實抽水時間序列對比5-28
圖 6 1 好修(1)、虎溪(2)位置與濁水溪第二含水層觀測井分布6-2
圖 6 2 濁水溪沖積扇水文地質剖面圖(漢寶-田中)6-3
圖 6 3 濁水溪沖積扇水文地質剖面圖(花壇-東榮)6-3
圖 6 4 濁水溪沖積扇水文地質剖面圖(海園-石榴)6-4
圖 6 5 抽補量推估流程圖6-5
圖 6 6 補注訊號推估流程圖6-6
圖 6 7 元長(2)EEMD結果圖6-7
圖 6 8 員林(3)EEMD結果圖6-8
圖 6 9 嘉興(1)EEMD結果圖6-9
圖 6 10 IMF3之EOF分析結果(EOF1、2)6-10
圖 6 11 竹塘(2)洩降深度計算結果6-11
圖 6 12 明德(3)洩降深度計算結果6-11
圖 6 13 員林(1)洩降深度計算結果6-11
圖 6 14 芳苑(2)洩降深度計算結果6-12
圖 6 15 東芳(1)洩降深度計算結果6-12
圖 6 16 秀潭補注深度計算結果6-12
圖 6 17 東芳(1)補注深度計算結果6-12
圖 6 18 港後(1)補注深度計算結果6-13
圖 6 19 2月水位變動擬合與S推估結果(左-好修(1);右-虎溪(2))6-14
圖 6 20 3月水位變動擬合與S推估結果(左-好修(1);右-虎溪(2))6-14
圖 6 21 4月水位變動擬合與S推估結果(左-好修(1);右-虎溪(2))6-14
圖 6 22 5月水位變動擬合與S推估結果(左-好修(1);右-虎溪(2))6-15
圖 6 23 6月水位變動擬合與S推估結果(左-好修(1);右-虎溪(2))6-15
圖 6 24 7月水位變動擬合與S推估結果(左-好修(1);右-虎溪(2))6-15
圖 6 25 8月水位變動擬合與S推估結果(左-好修(1);右-虎溪(2))6-16
圖 6 26 9月水位變動擬合與S推估結果(左-好修(1);右-虎溪(2))6-16
圖 6 27 儲水係數空間分布圖6-18
圖 6 28 補注深度空間分佈圖6-19
圖 6 29 抽水深度空間分佈圖6-20
圖 6 30 2018年補注量分佈圖6-21
圖 6 31 2018年抽水量分佈圖6-22
圖 6 32 模式值S與推估S之比較圖6-24
圖 6 33 儲水係數S與導水係數T關係圖6-25
圖 6 34 水力傳導係數(Kh)與比儲水量(Ss)關係圖[Kuang et al., 2020]6-26
圖 6 35 模式S值分布圖6-26
圖 6 36 模式儲水係數值推估之補注量6-27
圖 6 37 模式儲水係數值推估之抽水量6-28
圖 6 38 貝氏最大熵法儲水係數推估變異數6-29

編/著/譯者簡介

國立臺灣大學 余化龍
臺灣大學有11個學院,3個專業學院(牙醫、獸醫、藥學),56個學系,133個研究所,22個碩博士學位學程,另設有50餘個各學術領域之國家級或校級研究中心,堪稱國內最完整之綜合型研究大學,是臺灣在國際上最具能見度及代表性的大學。
領域多元完整, 五大學術領域已具一定國際水準,有利國內外跨領域的學習與合作,校友廣泛,並於世界各領域佔有一席之位,具備培育國際移動力及知識創新研究人才利基,畢業生專業知能受高度肯定。

序言/導讀

地下水資源在台灣地區水資源的供應上扮演著重要的角色,因此若能合理使用地下水資源,將有助於水資源供應;反之不合理使用地下水資源則導致地層下陷、海水入侵等問題。為提升地下水資源的有效利用,對於地下水系統的了解十分重要。一直以來,由於地下水系統之高度異質特性,以及地下水系統會與許多自然水文和人為活動過程息息相關,導致對於地下水系統之了解一直具有高度挑戰特性。 近年來,因資通訊技術發達,地下水位觀測從過去每小時一次的觀測可提升到分鐘級的尺度,也因此,高精度的地下水位變化觀測可更詳細的提供區域地下水系統受到外界刺激的反應的資訊。換言之,透過對於高精度地下水位變動之分析,有機會對於觀測井局部區域的外部刺激的物理量級,如抽水與補注量,以及水文地質參數,提供相關推估。 本計畫預計發展以時間序列方法(time-series decomposition approach)來拆解高精度地下水位觀測受到各種來源影響,此一模型一方面了解影響地下水變動過程各種因素之物理量級外,例如抽水、補注或是蒸發散量等,另一方面嘗試推估區域之水文地質參數。透過此一方法之發展,預計可推估各觀測井位附近之地下水抽補情形以及水文地質參數,提升對於地下水系統之了解。

分類

其他詳細資訊

  • 適用對象:成人(學術性)
  • 關鍵詞:地下水抽水量,地下水補注量,水文地質參數,時間序列法
  • 附件:CD-ROM
  • 頁/張/片數:311

授權資訊

  • 著作財產權管理機關或擁有者:經濟部水利署水利規劃試驗所
  • 取得授權資訊:聯絡處室:水利規劃試驗所地水中心 姓名:郭穎彰 電話:04-23304788-2503 地址:台中市霧峰區吉峰里中正路一三四0號