書籍介紹
摘要
伏流水資源是為可供開發水資源之一種，為了提高伏流水應用，本計畫將擴大伏流水之定義，透過多面向調查成果，探討伏流水物理特性，以科學論證方式探究地面水與伏流水關係。
本計畫主要目的為評估伏流水潛勢區域，推估潛勢區域潛能量及取水之影響，計畫範圍為頭前溪、中港溪、大安溪、大甲溪及濁水溪。工作內容包含三大工作項目。第一項為蒐集計畫範圍內地文、河川與地下水文、地面與地下水質、舊（古）河道圖資等基本資料，及鄰近已開發/規劃中之取水設施及取水量，評估伏流水高潛勢區域；第二項為充分掌握伏流水水文地質狀況，補充既有地下水及地面水觀測站不足區域，增設臨時地面水觀測站及臨時地下水觀測井，為瞭解地面水及地下水交換機制，補充辦理二維地電阻施測及河川交換機制調查；第三項為利用蒐集與新增現地調查資料，進行計畫區域水文地質模型建置，以全面性瞭解地質分布情況，並透過地面與地下水關聯性分析，評估地面水與地下水高度關聯性之伏流水區域，透過地下水數值模式進行伏流水區域潛能量及取水影響評估。最後，綜整上述各項評估成果，提出未來供水標的與供水策略建議，以及針對現行伏流水法規提供修正建議。
整個計劃執行期涵蓋113與114年，其中歷經多次工作會議與專家座談會，定調計劃執行方向與細節，包含113年8月擴大伏流水應用工作會議，確認擴大伏流水應用之核心定義，以及釐清湧泉與古(舊)河道等特殊地質於本計畫之定位，成為本計畫執行之依據。
整體執行成果簡要說明如下。
一、現地補充調查
(一) 臨時地下水觀測站
完成全取樣地質鑽探總深度240m，不取樣地質鑽探總深度560m，岩心辦理物性試驗與地質判釋完成地質柱狀圖，至少20組物性試驗；完成地質鑽探後規劃建置20口臨時地下水觀測井，並定期量測地下水位；辦理8口單井抽水試驗，求得透水係數，其中頭前溪為107 𝑚/𝑑𝑎𝑦，中港溪為 18𝑚/𝑑𝑎𝑦 及15.7 𝑚/𝑑𝑎𝑦，大安溪為 5.1 𝑚/𝑑𝑎𝑦 及249 𝑚/𝑑𝑎𝑦，大甲溪為9.97 𝑚/𝑑𝑎𝑦 及2.63 𝑚/𝑑𝑎𝑦，濁水溪為49.2 𝑚/𝑑𝑎𝑦。
(二) 臨時地面水觀測站
設置5處臨時地面水觀測站設置，中港溪選擇2處，分別為中港溪大橋及三和大橋作為流量觀測站點；大甲溪選擇2處，分別為長庚橋及東勢大橋作為流量觀測站點；濁水溪選擇1處為集鹿大橋，各流量站自113年9月持續觀測，配合水利署河川大斷面資料推估河川流量，並評估河川與地下水交換型態。
(三) 二維地電阻施測
完成13條二維地電阻測線，總長度約為3,180公尺，與鄰近區域既有及補充調查鑽探之岩心資料，進行地電阻剖面與岩性分析，可提供後續三維水文地質模型及伏流水潛勢範圍評估參考。頭前溪之卵礫石層厚度於上游約20公尺，下游約0-6公尺；中港溪之卵礫石層於上游無明顯分布，下游厚度約8公尺；大安溪之卵礫石層厚度於上游約50公尺以上，下游則約0-15公尺；大甲溪之卵礫石層厚度於上游約0-6公尺，下游約0-12公尺；濁水溪之卵礫石層厚度於上游約0-8公尺，中游約50公尺以上，中下游北側約0-17公尺，中下游南側約50公尺以上，下游約0-11公尺。
(四) 地面地下水交換機制試驗
完成17處測點調查，包含包含頭前溪6站點，中港溪3 站點，大安溪3站點、大甲溪2站點，濁水溪3站點，根據資料推估成果顯示，中港溪與頭前溪之參數值相對最小，大致介於0.1至0.3 𝑚/𝑑𝑎𝑦間(除 TC17B 位於頭前溪與國道三號橋下，位於位於相對上游，非沖積平原之參數較大)；濁水溪之參數值則次之，約介於0.5至0.8 𝑚/𝑑𝑎𝑦間；大安溪與大甲溪則為最佳，大安溪之參數值介於1.2至1.6 𝑚/𝑑𝑎𝑦間，大安溪之參數值介於0.9至1.3 𝑚/𝑑𝑎𝑦間。
(五) 地面及地下水水質檢測
地面水檢測結果顯示，除濁水溪自強大橋水體大腸桿菌密度超標外，其餘三和大橋、興隆大橋與彰雲橋水質均符合飲用水水源標準，整體水質良好。
地下水檢測結果顯示，頭前溪除枯水期之大腸桿菌密度超標外，其餘檢測項目皆符合飲用水水源水質標準；中港溪除枯水期之大腸桿菌群密度超標外，其餘檢測項目皆符合飲用水水源水質標準，豐水期所有檢測項目皆符合飲用水水源水質標準；大安溪豐枯水期所有檢測項目皆符合飲用水水源水質標準；大甲溪除枯水期之大腸桿菌群密度、化學需氧量及總有機碳超標，其餘檢測項目皆符合飲用水水源水質標準，豐水期之腸桿菌群密度及氨氮超標，其餘檢測項目皆符合飲用水水源水質標準。
二、水文地質模型建置
採用現有及補充調查鑽探資料，搭配工程地質井、水文地質剖面及地質鑽探岩心資料，以類別型貝氏最大熵法整合地質井岩性資料、地電阻資料、岩性剖面以及XGBOOST模型建立之岩性機率場。並以連續型貝氏最大熵法，將抽水試驗之水力傳導係數作為確定性資料，整合電阻與岩性推估結果以地理加權迴歸計算後作為不確定性資料，推估計畫區域之透水係數場。
由頭前溪、中港溪、大安溪、大甲溪及濁水溪之三維水文地質架構及三維透水係數場推估成果可看出，頭前溪大多為礫石分布，僅出海口附近岩性為粗砂分布，透水係數分布中上游約為100~300m/day，中下游則為30~100m/day；中港溪中上游多為礫石分布，下游岩性則為細砂及泥為主，透水係數分布則介於1~15m/day；大安溪及大甲溪多為礫石分布，僅少部分區域為為細砂分布，透水係數分布則介於40~250m/day；濁水溪扇頂區域多為礫石分布，而扇央及扇尾則以細砂及泥為主，僅部分區域為粗砂分布，淺層含水層透水係數分布則介於3~100m/day
三、伏流水潛勢區域評估及潛能量推估
(一)雨水、地面水及地下水間關聯評估
在水循環中，雨水、地面水與地下水間的交換為重要的水文機制，從雨水降下形成逕流，集水區匯集為地面水，地面水與地下水間以出滲或入滲進行交換，三者觀測訊號相互關聯，本計畫蒐集包含頭前溪、中港溪、大安溪、大甲溪及濁水溪沖積扇各項水文數據，進行交互訊號分析，掌握研究區域三種水量間的輪轉變化。
(二)河道內外伏流水評估因子
本計畫完成搜集係以全台範圍資料，包含淺層含水層透水性、淺層含水層厚度、淺層地下水位埋深、淺層地下水變化範圍等4項水文地質評估因子，以250×250 m^2網格推估全台變化，以累積機率呈現全台數值分布特徵，並以權重加總針對頭前溪、中港溪、大安溪、大甲溪及濁水溪沖積扇繪製水文地質開發潛能圖。
頭前溪與中港溪部分，僅頭前溪中段接近沿海處，其具有較佳之開發潛能；在大安溪與大甲溪部分，大安溪之水文地質開發潛能較低，大甲溪部分則於與台中盆地北側相接與海岸平原一帶有較佳開發潛能；濁水溪由於沖積平原廣大，含水層豐厚，透水性部分以扇頂較佳，大致位於二水、西螺至溪州一帶，普遍來說，透水性之評分為中上，扇頂地區可維持中級或上級之評分。
(三)緊密互動距離因子
本計畫採用數值試驗量化決定，並套入前述潛能場址評分架構以決定潛伏留區域範圍，以定義是否與河川高度關聯之地下水體，考量到距離應該與含水層的水力傳導係數、比出水率(Sy)與地下水埋深，以及河川平均流量、河寬與河川底質垂向水力傳導係數等。採用，已完成數值試驗數量12,000組，其參數採用隨機函數合成之MODFLOW模型進行數值試驗，其中參數敏感度分析方面，含水層(水平向)水力傳導係數(Kh)與比出水率((Sy)對於地下水與河水關聯性之影響最劇烈，而河川流量、河川寬度與遠處邊界三個變量，其幾乎不影響緊密互動距離。
(四)伏流水潛勢區域評估
本計畫以伏流水水文地質及河川因子，評估出頭前溪、中港溪、大安溪、大甲溪及濁水溪之伏流水潛勢區域分布，其中頭前溪伏流水潛勢區高分範圍，大致位於油羅溪匯流、興隆大橋及頭前溪橋鄰近區域；中港溪伏流水潛勢分數則多屬低分範圍，約為1~2.5左右，故較無伏流水開發潛勢；大安溪及大甲溪伏流水潛勢區高分範圍，大致位於中下游區域；濁水溪伏流水潛勢區高分範圍，大致位於沖積扇扇頂至扇央區域，其中以中沙大橋鄰近區域為潛勢分數最高。
(五)伏流水潛勢區潛能量評估
以頭前溪、大安溪、大甲溪及濁水溪之地下水數值模式，針對伏流水潛勢區選取之高潛勢河段，進行潛能量評估。伏流水高潛勢河段中，頭前溪為1個河段、大安溪及大甲溪為3個河段、濁水溪為3個河段，搭配河川鄰近地下水觀測資料，以不同伏流水擴大範圍下，分別評估地下水位累積機率45%、40%、35%、30%與25%之潛能量，評估結果顯示，頭前溪之潛能量約為1.25~7.75 萬CMD，大安溪及大甲溪之潛能量約為9.9~17.2 萬CMD，濁水溪之潛能量約為4.58~8.69 萬CMD。
(六)伏流水潛勢區取水影響評估
以頭前溪、大安溪、大甲溪及濁水溪之地下水數值模式，於各伏流水高潛勢河段進行取水影響評估。頭前溪高潛勢河段取水1.25萬CMD後，鄰近地下水位最大洩降約0.26公尺，而0.1公尺洩降深度影響範圍約離河道2.2公里，取水4.68萬CMD後，鄰近地下水位最大洩降約1.1公尺，而0.1公尺洩降等值線影響範圍約離河道3公里；大安溪及大甲溪之高潛勢河段取水9.9萬CMD後，鄰近地下水位最大洩降約15公尺，而1公尺洩降等值線影響範圍約離河道3公里；濁水溪之高潛勢河段取水4.36萬CMD後，鄰近地下水位最大洩降約0.42公尺，而0.1公尺洩降等值線影響範圍約離河道3公里，濁水溪之高潛勢河段取水5.89萬CMD後，鄰近地下水位最大洩降約0.58公尺，而0.1公尺洩降等值線影響範圍約離河道3.8公里。
四、未來供水標的之供水策略及
伏流水為區域水資源配置的一環，可與既有水源（如水庫供水、川流水取水、地下水）形成多水源聯合調度體系，其運用型態一般可區分為三種：常態運用、枯旱期調度支援，以及高濁度期間之備援替代水源。鑑於新竹地區未來用水需求增幅顯著，本案特以頭前溪河段為示範區位，檢討伏流水由「備援角色」逐步 轉為「常態水源」之可行性與限制。
評估結果顯示，油羅溪伏流水以4萬CMD納入常態運用，對地下水位將造成可量化、可監測的壓降，約落在「中位數水位降至h35～h40 對應水位」的範圍內，但此壓降仍位於歷史自然變動包絡之中，並未推估進入長期不可回復的低水位狀態。此外，該河段周邊對地下水的依賴度本來就低，地下水並非主要民生或產業水源，因此競用衝突風險相對有限。在上述條件成立下，油羅溪伏流水4萬CMD具備納入常態供水的可行性，可視為新竹地區在達成目標年供需平衡前極具即戰力的穩定水源。
五、伏流水法規檢討建議
水利法施行細則第二條用以定義地面水、地下水與伏流水三者，本計畫建議將原條文之「水道內河床下非飽和層內之伏流水屬地面水」，修訂為「與河川水緊密互動之水道內外地面下水體為伏流水，屬地面水」。此修正具有三項意義：(1) 維持伏流水作為地面水管理的法律定位；(2) 將管理範圍由河道內擴展至河道鄰近高滲透帶，使實際可利用之伏流水水源在法規上被承認，反映真實補注與取用區位；(3) 明確化伏流水的「高連通性」本質，為後續聯合運用（地面水-伏流水-地下水）之取配水調度模式建立法源依據。簡言之，此一修正是為了把目前在工程與調度上已存在的伏流水使用型態，在法規層面上釐清，避免後續運轉遭遇認定爭議。
關鍵詞：伏流水潛勢區域、伏流水潛能量、伏流水取水影響評估、伏流水供水策略、水文地質模型
目次
目錄
摘要摘-1
AbstractA-1
目錄目-1
圖目錄圖-1
表目錄表-1
結論與建議結-1
1第一章 前言1-1
一、計畫緣起及範圍1-1
二、計畫工作項目及資料互動1-6
三、伏流水擴大定義1-9
四、重點工作會議歷程與執行方向1-10
五、科學量化分析流程1-11
六、專有名詞定義1-15
2第二章 基本資料蒐集與彙整2-1
一、基本資料蒐集2-1
二、計畫範圍內或鄰近已開發/規劃中之取水設施及取水量2-11
3第三章 現地補充調查3-1
一、各項調查試驗內容及數量3-1
二、臨時地下水觀測井建置3-7
三、臨時河川水位流量站3-32
四、地面水水質檢測3-46
五、二維地電阻試驗成果3-49
五、地面地下水交換機制試驗3-61
六、現地補充調查小結3-64
4第四章 水文地質模型建置4-1
一、分析方法理論介紹4-1
二、分析架構與流程4-8
三、岩性模型與參數場推估4-27
5第五章 伏流水潛勢區範圍訂定5-1
一、雨水、地面水及地下水關聯性評估5-4
二、河道內外伏流水評估因子訂定5-7
三、伏流水潛勢區範圍5-24
四、伏流水潛勢區確立5-31
6第六章 伏流水潛勢區潛能量6-1
一、伏流水潛勢能量評估流程6-1
二、零方案地下水模型建立6-2
三、伏流水潛勢區潛能量評估6-25
四、伏流水潛勢區取水影響評估6-36
五、伏流水擴大定義之科學證據彙整6-40
7第七章 未來供水標的之供水策略7-1
8第八章 伏流水相關法規檢討8-1
一、伏流水現行法規8-1
二、伏流水擴大定義法規檢討8-2
三、綜合討論與建議8-4
9參考文獻參-1
10附冊一 各期報告書審查意見及處理情形附1-1
12附冊二 專家座談會議紀錄及處理情形附2-1
15附冊三 地質柱狀圖及岩心照片附3-1
16附冊四 抽水試驗成果分析報告附4-1
17附冊五 河川底質透水係數調查報告附5-1
18附冊六 地下水位觀測附6-1
19附冊七 河川水位流量觀測附7-1
編／著／譯者簡介
姓名：陳宇文
現職：精靈工匠科技股份有限公司負責人
專長：地下水數值模擬、資料探勘、訊號分析與水資源管理
主要學歷：國立交通大學土木工程研究所博士
經歷：
•精靈工匠科技股份有限公司(Jun. 2019 - Present), 負責人
•首潤工程顧問公司(Jun. 2019 – Apr. 2020), 技術長
•逸奇工程股份有限公司(Aug. 2017 – Jun. 2019), 執行長
•國立交通大學土木工程學系(Jan. 2009 – July 2013), 研究助理教授
•美國UCLA (August 2013 – July 2014), 交換學者(國科會補助)
•國立交通大學土木工程學系(March 2013 – June 2013, March 2016 – June 2017), 兼任講師
•國立交通大學土木工程學系(November 2009 – July 2013), 博士後研究員
序言／導讀
本計畫主要目的為評估伏流水潛勢區域，推估潛勢區域潛能量及取水之影響，計畫範圍為頭前溪、中港溪、大安溪、大甲溪及濁水溪。利用蒐集與補充之現地調查資料，進行計畫區域水文地質模型建置，以瞭解地質分布情況，並透過地面與地下水關聯性分析，評估地面水與地下水高度關聯性之伏流水區域，透過地下水數值模式進行伏流水區域潛能量及取水影響評估。最後，綜整上述各項評估成果，提出未來供水標的與供水策略建議，以及針對現行伏流水法規提供修正建議。
分類
其他詳細資訊
- 英文題名：Investigation and Planning of Hyporheic Flow Potential Zones in the Toucian River, Jhonggang River, Daan River, Dajia River, and Jhuoshuei River Basins
- 適用對象：成人(學術性)
- 關鍵詞：伏流水潛勢區域，伏流水潛能量，伏流水取水影響評估，伏流水供水策略，水文地質模型
- 附件：DVD
- 頁/張/片數：300
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分署
- 取得授權資訊：聯絡處室：秘書室
姓名：温佳玲
電話：04-23304788-1139
地址：臺中市霧峰區吉峰里中正路1340號