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應用資料同化法推估地下水抽水量-2015/10/08

 一、前言 

  台灣地區以往地下水管理的主要問題,首在地下水超抽所造成的各種災害,如地層下陷海水入侵等。長期以來,由於對地下水抽水量及其空間分佈瞭解不足,而無法對地下水超抽問題,提出完善之對策;台灣地區目前建立完善地下水站網並獲得豐富觀測資料,如何應用系統化的分析方法,推估區域地下水抽水量及其空間分佈,以為地下水管理的基礎,乃是關鍵課題。
  資料同化技術在大氣科學領域已被廣泛應用,其特色為透過有限的觀測資料,對系統內各狀態變數變化及空間分佈,能有更接近實際情況的描述。水利規劃試驗所在101年度執行「應用資料同化方法推估區域地下水利用之研究」,利用此技術,發展適用於臺灣區域水井地下水抽水量推估方法。本報導將針對該計畫成果簡單介紹,並建議後續如何應用到地下水管理領域。

 二、資料同化方法分類

  常用之資料同化方法,如納進法、最佳線性無偏差估計法、卡門濾波、擴展卡門濾波、集合卡門濾波、三維變分法、四維變分法等。以本法進行地下水抽水量推估可視為一個四維資料同化問題。本法將地下水觀測網所蒐集到的地下水水位用來更新地下水模式的狀態變數(地下水水位),並且提高對未來地下水系統預測的準確度。在四維的資料同化方法中,最適合實務上應用的是納進法,此法可快速並直接地萃取水位觀測資料中所含訊息,進而提高地下水模擬結果及預測結果。

 三、地下水抽水量推估

  以下成果是以資料同化納進法為基礎,所建立區域地下水井抽水量推估模式,來推估單井抽水量及屏東區域地下水抽水量。

 (一)單井抽水量推估驗證

  示範場址位於屏東地區東南段,主要位於東港溪流域,東西兩側分別緊鄰林邊溪高屏溪,選定台糖崁頂1號井作為驗證,該井是抽取第三含水層地下水。表1為該井99年度各月份實際抽水量及推估抽水量值。由抽水量推估結果可知,資料同化納進法可提供與實際抽水量相近之推估值。

表1  台糖崁頂1號井99年度各月份實際抽水量及推估抽水量

 

實際抽水量
推估抽水量
推估誤差百分比(%)

 

月總量
(m3)
平均日抽水量
(m3/day)
月總量
(m3)
平均日抽水量
(m3/day)
1月
115430
3723.5
117143
3779
1.5%
2月
89750.5
3205.4
86261
3081
-3.9%
3月
121874
3931.4
123911
3997
1.7%
4月
182974
6099.1
182096
6070
-0.5%
5月
112499
3629.0
114010
3678
1.3%
6月
38787.2
1292.9
37645
1255
-2.9%
7月
25133.5
810.8
26458
853
5.3%
8月
40474
1305.6
40198
1297
-0.7%
9月
2191
73.0
1552
52
-29.2%
10月
18741.6
604.6
18972
612
1.2%
11月
80251.2
2675.0
79869
2662
-0.5%
12月
0
0
45
1.5
總計
828106
27350.3
828160
27337.5
0.007%

 (
)區域地下水抽水量推估

  由於無法詳實知道所有井位置及深度,因此採用井集合概念,進行該區地下水抽水量推估,所得到推估值為此區之淨進出水量。若補注大於抽水則為淨補注,若補注小於抽水則為淨抽水;若補注量已知,則可得到各分區之抽水總量。為行政管理方便,採鄉、鎮及市作為分區原則來分析淨進出水量

圖1 分區不分層地下水年平均淨進出水量圖(88年至99年)


註:
 圖1為該區域各分區不分層之年平均抽水量推估值(圖中數值正值為淨抽水,負值為淨補注)。
 圖2為各含水層每年之地下水淨進出水量,由圖可知各年各含水層之淨進出水量變化,淨補注主要來自含水層1,淨抽水主要為含水層3。

相關圖片

  • 圖2  屏東地區各含水層之地下水淨進出水量(88年至99年)
  • 圖1 分區不分層地下水年平均淨進出水量圖(88年至99年)

回應清單

  • 好棒的文章~增長許多知識了!

    By    好運多多
  • 專業文~

    By    Angered OR
  • 有了這個系統可以快速推測地下水抽水量的數字相當方便

    By    蔡蔡籽
  • 增長許多知識了!

    By    Flower Lion

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