集水區地表水與地下水耦合數值模式

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杻家慶(Chia-Ching Nu) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

集水區地表水與地下水耦合數值模式
(Numerical Simulations of Coupled Surface Water and Subsurface Water at Basin Scale)

相關論文

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摘要(中)

由於目前的水文數值模式大多以降雨-逕流演算模式為主，此類模式大多忽略地下水的模擬演算，所以利用此類模式進行模擬集水區非降雨時期的水文情況並不適用。為合理探討集水區水文循環之逕流、河川水流、入滲、蒸發散與地下水流動，及不同水體間之交互作用。本研究將集水區內的水文循環以地表水與非挶限含水層的耦合機制進行模擬。在地表水部分進一步分為河川水流及地表逕流模式，而非挶限含水層部分則考慮非飽和含水層及飽和層地下水流來模擬，期能有效模擬集水區水文循環。
本研究以石門集水區為研究範圍，並分別選擇暴雨事件、暴雨事件過後洪峰退水段與長時間的水文模擬，以驗證模式的適用性。結果顯示本模式進行三種時段的水文模擬後，其所模擬的流量與觀測值的誤差皆在合理範圍，證明本研究可以有效地進行集水區長期的水文數值模擬。

摘要(英)

Most hydrological models focus on rainfall-runoff simulations during extreme rainfalls, and neglect the subsurface regime and its interaction with surface water. For periods without rainfalls or right after extreme events, these models often fail to capture basin response due to the neglectness of groundwater discharge. In order to investigate the hydrological processes, including surface runoff, river flow, infiltration, evapotranspiration, and groundwater flow, at different temporal resolutions and the interactions within these processes, a coupled surface-water and subsurface-water model was developed in this study. Surface water module contains an overland runoff model and a river flow model. Subsurface water module considers the moisture content of unsaturated zone and the groundwater flow of saturated zone in an unconfined aquifer system. Surface water and subsurface water are fully coupled and allow for two-way interactions at spatially distributed grids in this newly developed model.
The Shihmen Reservoir Watershed is the domain of interest in this study. Extreme rainfall events, recession periods after extreme rainfalls, and long term events are simulated by the coupled hydrological model developed in this study to investigate its applicability on modeling complicated hydrological cycles in real watersheds. The modeling errors of predicted reservoirs inflows are within acceptable tolerances for all events at different temporal scales. This demonstrate the coupled surface water and subsurface water modeling system is suitable for future investigation of watershed hydrological cycles at different temporal scales.

關鍵字(中)

★ 分散式水文數值模式
★ 水文循環
★ 地下水流動

關鍵字(英)

★ distributed hydrological model
★ groundwater flow
★ hydrological cycles

論文目次

目錄
頁次
摘要 I
ABSTRACT II
目錄 III
表目錄 VI
圖目錄 VIII
符號表 XII
第一章緒論 1
1.1前言 1
1.2研究目的與方法 2
1.3本文架構 3
第二章文獻回顧 5
2.1 水文模式分類 5
2.1.1 集塊式模式 6
2.1.2 分散式模式 7
2.2 河川模式 10
2.3 流向判斷 12
2.4 漫地流模式 14
2.4.1 國內之相關研究 14
2.4.2 國外之相關研究 15
2.5 蒸發散計算 18
2.5.1 Penman公式 18
2.5.2 Thornthwaite公式 19
2.5.3 Penman-Monteith 公式 20
2.5.4 Penman公式之改良 21
2.6 入滲計算 22
2.6.1 Green and Ampt 入滲公式 22
2.6.2 Horton’s入滲公式 24
2.6.3 Philip入滲公式 24
2.6.4 Mein與Larson入滲公式 25
第三章研究方法 27
3.1地表水模式 28
3.1.1河川模式 28
3.1.2 漫地流模式 34
3.1.3漫地流模式與河川模式之結合 40
3.2 地下水模式 43
3.2.1 非飽和層地下水模式 43
3.2.2 飽和層地下水模式 47
3.3 模式接合與演算方法 49
3.3.1 地表水模式演算流程 50
3.3.2 地下水模式演算流程 52
第四章模式測試與研究區域概述 54
4.1 模式測試 54
4.1.1 河川模式測試 54
4.1.2 耦合地表水與地下水模式之測試 59
4.2 研究區域概述 77
4.2.1 研究區域基本資料 77
4.2.2 土地利用與DTM數值地形 79
4.2.3 氣象資料 82
4.2.4土壤分類與地質資料 83
4.2.5 庫區界定 87
4.2.6 河川斷面資料 88
第五章模式之檢定與驗證 91
5.1 參數檢定 91
5.1.1 地表曼寧粗糙係數檢定 92
5.1.2 河川曼寧粗糙係數檢定 97
5.1.3 濕峰土壤吸力水頭檢定 100
5.1.4 最終入滲率檢定 104
5.1.5 入滲遞減常數檢定 107
5.1.6底泥層厚度檢定 110
5.2 模式驗證 113
5.2.1 暴雨時期流量模擬 113
5.2.2 暴雨事件後洪峰退水段模擬 134
5.2.3 長期模擬 137
第六章結論與建議 140
6.1 結論 140
6.2 建議 142
參考文獻 143

參考文獻

參考文獻
1. 王如意、易任，「應用水文學（下冊）」，國立編譯館，台北，第263-466頁（1988）。
2. 王如意、李如晃，「以修正型水筒模式研析颱洪事件之研究」，第八屆水利工程研討會論文集，臺灣大學，第71-78頁(1996)。
3. 行政院農業委員會，「台灣地區土壤分佈圖，桃園縣」，（1989）。
4. 行政院農業委員會，「台灣地區土壤分佈圖，新竹市、縣」，（1989）。
5. 李伯亨，「入滲效應與土石流發生臨界雨量線之探討及應用」，碩士論文，國立台北科技大學環境規劃與管理研究所，台北（2003）。
6. 沈榮茂、楊德良，「流域之漫地流有限元素模式及穩定性分析之研究」，第六屆水利工程研討會論文集（上），國立交通大學，第82-93頁（1992）。
7. 吳瑞賢，「工程水文學」，科技圖書股份有限公司，台北，第31-56頁（2001）。
8. 吳東雄，「石門水庫永續指標之建立與研究」，碩士論文，國立中央大學土木工程研究所，桃園（2002）。
9. 范純志，「氣候變遷對台灣地區地下水補注量之影響」，碩士論文，國立台灣大學農業工程研究所，台北（1998）。
10. 徐森雄、宋義達，「從氣象資料估算蒸發量」，中華水土保持學報，第十八卷，第二期，第83-89頁（1987）。
11. 夏禹九（譯），「蒸發散 —Penman公式的推演」，中華水土保持學報，第十三卷，第一、二期，第193-201頁（1982）。
12. 許銘熙、鄧慰先、黃成甲，「八掌溪流域洪水及淹水預報模式之研究（二）」，行政院國科會報告，台北（1996）。
13. 許少華、倪春發，「以理查氏方程式數值解比較常用入滲公式」，中國土木水利工程學刊，第十一卷，第二期，第327-336頁（1999）。
14. 黃裕群，「關刀溪森林集水區之蒸發散推估」，碩士論文，國立中興大學水土保持研究所，台中（1999）。
15. 黃誌川，「集水區降雨逕流時空分佈之模擬 —結合地文參數之不確定性分析」，博士論文，國立台灣大學地理環境資源研究所，台北（2002）。
16. 黃巧雲，「台灣地區重要水庫集水區永續指標建立與評量」，碩士論文，國立中央大學土木工程研究所，桃園（2002）。
17. 葉宗泰，「石門水庫集水區降雨逕流模擬」，碩士論文，國立中央大學土木工程研究所，桃園（2003）。
18. 經濟部水利署網站（www.wra.gov.tw），（2004）。
19. 經濟部水利署北區水資源局網站（www.wranb.gov.tw），（2004）。
20. 簡名毅，「鹽水溪流域洪水與淹水演算模式」，碩士論文，國立台灣大學農業工程研究所，台北（1999）。
21. 謝兆申、王明果，「台灣地區主要土類圖輯」，國立中興大學土壤調查試驗中心，台中，第224-259頁（1991）。
22. 顏清連，「防洪科技之研發與落實」，第九屆水利工程研討會論文集，中央大學，第21-30頁(1998)。
23. Akan, A.O., and Yen, B.C. , “Diffusion-wave flood routing in channel networks,” Journal of the Hydraulic Division , ASCE ,Vol.107, N0.HY6 , pp.719-731(1981).
24. Beven, K.J., and Wood, E.F., “Catchment geomorphology and dynamics of runoff contributing areas,” Journal of Hydrology, Vol. 65, pp. 139-158（1983）.
25. Beven, K.J., and Moore, I.D., “Terrain analysis and distributed modeling in hydrology, ”Chichester:John Wiley & Sons Ltd , pp.7-34(1992).
26. Chow, V.T. , Maidment, D.R., and Mays, L.W. , “Applied hydrology ,” Singapore:McGraw-hill,pp.99-126(1988).
27. Campbell, C.W., and Sullivan, S.M., “Simulating time-varying cave flow and water levels using the Storm Water Management Model,” Engineering Geology, Vol 65 , pp 133-139(2002).
28. Diskin, M. H., and Pegram, G. G. S. , “A Study of Cell Models, 3. A Pilot Study on the Calibration of Manifold Cell Models in the Time Domain and in the Laplace Domain,” Water Resources Research, Vol. 23, No. 4, pp. 663-673 (1987).
29. Dolciné, L., Andrieu, h., Sempere-Torres, D., and Creutin, D., “Flash flood forecasting with coupled precipitation model in mountainous Mediterranean basin,” Journal of Hydrologic Engineering ASCE, Vol.6, No.1, pp.1-10 (2001).
30. Dutta, D. , Herath, S., and Musiake, K., “Flood inundation simulatiom in river basin using a physically based distributed hydrological model,” Hydrological Processes , Vol.14, pp. 497-519(2000).
31. Dingman, S.L., “Physical hydrology(2nd edition)” USA: Prentice Hall, pp.586-600(2002).
32. Freeze, R.A., and Harian, R. L., “Biueprint for a physically-based digitally-simulated hydrologic response model,” Journal of Hydrology, Vol. 9, pp. 237-258(1969).
33. Fread, D. L., “Discussion of ‘Implicit flood routing in natural channels.’ By M. Amein and C. S. Fang.,” Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 97, No. 7, pp. 1156-1159 (1971).
34. Fennema, R. J., and Chaudhry, M. H., “Explicit numerical schemes for unsteady free-surface flows with shocks,” Water Resources Research, Vol. 22, No. 13, pp. 1923-1930 (1986).
35. Fennema, RJ., and Chaudhry, MH., “Implicit methods for two-dimesional unsteady free-surface flows,” Journal of the Hydraulic Research, Vol.27, pp. 321-332 (1989).
36. Freeman, T. G., “Calculating catchment areas with divergent flow based on a regular grid,” Computers and Geosciences, Vol. 17, No.3, pp. 413-422 (1991).
37. Hromadka Ⅱ, T. V., and Whitley, R.J.,” On formalization of unit-hydrograph and link-node hydrograph-routing systems,” Journal of Hydrology, Vol.223, pp. 66–84(1999).
38. Hsu, S.M., Ni, C.F., and Hung, P.F., ” Assessment of Three Infiltration Formulas based on Model Fitting on Richards Equation,” Journal of Hydrologic Engineering, ASCE,Vo7 , Number 5, pp.373-379(2002).
39. Jasper, K., Gurtz,J., and Lang, H., “Advanced flood forecasting in Alpine watersheds by coupling meteorological observations and forecasts with a distributed hrdrological model,” Journal of Hydrology ,Vol. 267 , pp.40-52 (2002).
40. Jayatilaka, C.J., and Storm, B., Mudgway, L.B., “Simulation of water flow on irrigation bay scale with MIKE-SHE,” Journal of Hydrology ,Vol. 208 , pp.108-130 (1998).
41. Jia, Y. , Ni,G. , Yoshitani,J. , Kawahara,Y., and Kinouchi,T. ,“Coupling simulation of water and energy budgets and analysis of urban development impact,” Journal of Hydrologic Engineering ASCE, Vol.7 , pp.302-311(2002).
42. Leconte, R., and Brissette, F.P. , “Soil moisture profile model for two-layer soil based on sharp wetting front approach,” Journal of hydrologic engineering ASCE, Vol.6 , No. 2, pp.141-149(2001).
43. Li, L., Lockington, D. A., Parlange, J. Y., and Perrochet, P., “Confined-unconfined flow in a horizontal confined aquifer,” Journal of hydrology, Vol.271, pp.150-155(2003).
44. Molnár, D.K., and Julien , P.Y. , “Grid-size effects on surface runoff modeling,”Journal of Hydrologic Engineering ASCE, Vol.5, No.1, pp.8-16 (2000).
45. O’Callaghan, J. G., and Mark, D. M., “The extraction of drainage networks from digital elevation data,” Computer Vision, Graphic and Image Processing, Vol. 28, pp. 323-344 (1984).
46. Pegram, G. G. S. and M. H. Diskin, “ A Study of Cell Models, 1. A Manifold Cell Model for Distributed Surface Runoff Systems,” Water Resources Research, Vol. 23, No. 4, pp. 646-654 (1987).
47. Pegram, G. G. S. and M. H. Diskin, “ A Study of Cell Models, 2. The Effect of Time Delay on the Limiting Forms OF Cascade and Manifold Cell Model Response Functions,” Water Resources Research, Vol. 23, No. 4, pp. 655-622 (1987).
48. Quinn, JP. F., Beven, K. J., Chevallier, P., and Planchon, O., “The prediction of hillslope flow paths for distributed hydrological modeling using digital terrain model,” Hydrological Processes, Vol. 5, pp. 59-79 (1991).
49. Viessman, W., and Lewis,G.L., “Introduction to hydrology(6th edition),” USA: Prentice Hall, pp.181-194(2003).
50. Xu, Z.X., and Li, J.Y., “Estimating basin evaportranspiration using distributed hydrologic model,” Journal of hydrologic engineering ASCE, Vol.8 , pp.74-80(2003).
51. Sun, H., Comish, P. S., and Daniell, T. M., “Spatial variability in hydrologic modeling using rainfall-runoff model and digital elevation model,” Journal of hydrologic engineering ASCE, Vol.7, No.6, pp.404-412(2002).
52. Syed, K. H., Goodrich, D. C., Myers, D. E., and Sorooshian, S., “Spitial characteristics of thunderstorm rainfall fields and their relation to runoff,” Journal of hydrology, Vol.271, pp.1-21(2003).
53. Tracy, F. T., “1-D, 2-D, and 3-D analytical solutions of unsaturated flow in groundwater,” Journal of hydrology, Vol.170, pp.199-214(1995).
54. Tribe, A., “Automated recognition of valley lines and drainage networks from grid digital elevation models: a review and a new method,” Journal of Hydrology, Vol. 139, No. 3, pp. 263-293 (1992).
55. Xanthopoulos, TH., and Koutitas, CH., “Numerical Simulation of Two-Dimensional Flood Wave Propagation due to Dam Failure,” Journal of Hydraulic Research, Vol. 14, pp. 321-331 (1976).
56. Zhang, W., and Cundy, TW., “Modeling of two-dimensional overland flow,” Water Resources Research, Vol. 25, No. 9, pp. 2019-2035 (1989).

指導教授

吳瑞賢(Ray-Shyan Wu)

審核日期

2004-7-9

推文