博碩士論文 91322063 詳細資訊




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姓名 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)
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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
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指導教授 吳瑞賢(Ray-Shyan Wu) 審核日期 2004-7-9
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