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研究生: 陳昀萱
Chen, Yun-Hsuan
論文名稱: 屏東平原沿海地區鹽化問題之模擬及整治策略研究
A numerical analysis on sea water intrusions in the Pingtung Plain and its remediation strategy
指導教授: 羅偉誠
Lo, Wei-Cheng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 水利及海洋工程學系
Department of Hydraulic & Ocean Engineering
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 102
中文關鍵詞: MODFLOWMT3D屏東平原地下水鹽化
外文關鍵詞: MODFLOW, MT3D, Pingtung Plain, sea water intrusion
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  • 屏東平原為台灣第二大地下水區,其廣大之沖積岩層蘊藏豐沛地下水量,為當地主要水源之一,然隨沿海及內陸養殖漁業發展,需水量大增,地下水抽用量亦大幅提升,已超過屏東平原地下水自然補注量。近年來,超抽地下水之負面影響頻頻發生,除海水入侵汙染沿海地下水,更造成地層下陷,每逢豪雨颱風便發生水災,對當地居民生命財產產生極大威脅。
    為了解屏東平原地下水鹽化污染情形,並建立整治方案以控制汙染範圍及改善水質,本研究使用PMWIN套裝軟體之MODFLOW及MT3D模式分別建立屏東平原地下水概念模式及氯鹽濃度傳輸模擬,並以模式預測未來5年、10年及20年鹽化污染之發展情形。結果顯示在無補注情況下,屏東平原三含水層在未來之鹽化污染皆逐年增加,因此,本研究針對各含水層之汙染分布範圍,分別研擬三整治方案,進行沿海地區人工井補注,並以模式模擬了解各方案補注之成效。
    結果顯示在屏東平原沿海進行人工井補注,對此區地下水整治長時間而言具顯著成效。而本研究分析比較研擬之整治成果,得最佳整治成效於屏東平原三含水層共設置54口補注井,每口每日補注2600至6920立方公尺不等之水量,對於未來5年、10年、20年之鹽化污染整治皆有良好成果。

    Coastal and inland aquaculture fisheries flourish in the Pingtung Plain result in groundwater salinization pollution problems in coastal areas. To improve the phenomenon, MODFLOW groundwater model is used in this study with its sub-modes MT3D to simulate Pingtung Plain groundwater environments and to predict the future development of salinization pollution in this region. Then the draft remediation programs are proposed to determine a better solution of the problems. Our study shows that in coastal areas, artificial recharge wells is an effective and feasible method to inhibit the salinization pollution of groundwater. There is a great explore space of the locations of recharge wells and the amount of recharge water.

    摘要 I Extended Abstract II 誌謝 VII 目錄 VIII 表目錄 XI 圖目錄 XIII 符號說明 XV 第一章 前言 1 1.1研究動機與目的 1 1.2文獻回顧 3 1.3本文架構 6 1.4研究方法及流程 7 第二章 研究區域 9 2.1屏東平原區域概述 10 2.2屏東平原氣候概述 10 2.3屏東平原水文地質 11 2.3.1屏東平原地質概述 11 2.3.2屏東平原水文概述 14 2.4屏東平原地下水 15 2.4.1含水層分層 15 2.4.2地下水補注 21 第三章 三維地下水數值模式 23 3.1 模式介紹 23 3.1.1 MODFLOW地下水模式 23 3.1.2 地下水流方程式與有限差分法 24 3.1.3 MT3D溶質傳輸模式 31 3.2屏東平原數值模式建立 32 3.2.1範圍劃分、含水層分層及邊界條件 32 3.2.2水文地質參數設定 35 3.2.3其他參數輸入設定 38 3.3地下水流模式率定與結果討論 42 3.3.1參數敏感度分析 42 3.3.2模式率定與驗證 42 3.3.3模擬結果與討論 44 3.4 MT3D溶質傳輸模式 59 3.4.1溶質傳輸模式之建立 59 3.4.2氯鹽濃度模擬結果 60 3.4.3未整治之鹽化預測 63 第四章 地下水鹽化整治 68 4.1人工補注工程 68 4.2整治方案研擬 70 4.3整治方案結果效益 74 4.3.1整治方案成效比較 74 4.3.2整治結果與討論 80 第五章 結論與建議 85 5.1結論 85 5.2建議 86 參考文獻 87 附錄 91 表目錄 表2.2以氫氧穩定同位素質量平衡評估屏東平原地下水補注量在空間上之分配比率 21 表3.1 屏東平原含水層特性分區表 36 表3.2 比儲水率(SS)及比出水量(SY)數值範圍 37 表3.3 各地質材料之孔隙率值 37 表3.4 屏東平原各鄉鎮降雨灌溉入滲表 39 表3.5 民國八十五年屏東平原各鄉鎮地下水抽用量 39 表3.6 效率係數範圍與模式結果對照 52 表3. 7 屏東平原地下水年補注量模式計算結果 52 表3.8 第一含水層水位率定結果及誤差分析表 53 表3.9 第二含水層水位率定結果及誤差分析表 54 表3.10 第三含水層水位率定結果及誤差分析表 55 表3.11 第一含水層水位驗證結果及誤差分析表 56 表3.12 第二含水層水位驗證結果及誤差分析表 57 表3.13 第三含水層水位驗證結果及誤差分析表 58 表3.14 屏東平原2008年氯鹽濃度率定結果 61 表3.15 屏東平原觀測井鹽化整理 61 表4.1 整治方案各項目比較整理 73 表4.2 屏東平原含水層各方案整治之鹽化面積比較 75 表4.3 屏東平原第一含水層各整治方案結果比較圖 76 表4.4 屏東平原第二含水層各整治方案結果比較圖 77 表4.5 屏東平原第三含水層各整治方案結果比較圖 78 表4.6 屏東平原含水層各方案整治之觀測井濃度比較 79 表4.7 屏東平原未整治及整治結果氯鹽濃度預測面積比較 81 附錄表一 屏東平原含水層分層高程資料 91 附錄表二 屏東平原含水層水力傳導係數資料 92 附錄表三 屏東平原起始水位輸入值 93 附錄表四 屏東平原模式率定觀測水位及月平均水位 94 附錄表五 屏東平原模式驗證觀測水位及月平均水位 97 附錄表六 屏東平原2008年各月日平均雨量紀錄 100 附錄表七 屏東平原地下水流淨補注量率定結果 101 附錄表八 屏東平原水質監測鹽度資料 102 圖目錄 圖1.1研究流程圖 8 圖2.1 屏東平原地下水分區位置圖 9 圖2.2 屏東平原地質略圖 12 圖2.3 屏東平原沖積扇分區圖 13 圖2.4 屏東平原鑽探站址位置圖 18 圖2.5 屏東平原崎峰至老埤鑽探井水文地質剖面圖 19 圖2.6 屏東平原阻水層位置分布圖 20 圖2.7 屏東平原地下水層一地下水觀測站之徐昇網格及受壓與非受壓區之分布 22 圖3.1 三維空間中網格單元相對位置示意圖 26 圖3.2 兩網格單元間水流關係示意圖 27 圖3.3 後向差分法時間及水頭示意圖 30 圖3.4 屏東平原數值模式範圍及邊界設定 33 圖3.5 屏東平原地下水層概念化示意圖 35 圖3.6 徐昇網法規劃之雨量測站控制面積圖 40 圖3.7 屏東平原阻水層與山麓補注區域分佈圖 41 圖3.8 屏東平原含水層觀測及模擬水位等水位圖 45 圖3.9 第一含水層各觀測井水位與模擬比較圖 46 圖3.10 第二含水層各觀測井水位與模擬比較圖 48 圖3.11 第三含水層各觀測井水位與模擬比較圖 50 圖3.12 屏東平原2008年枯水期氯鹽濃度分佈 62 圖3. 13 屏東平原第一含水層未來5、10、20年之氯鹽濃度分佈情形 64 圖3. 14 屏東平原第二含水層未來5、10、20年之氯鹽濃度分佈情形 65 圖3. 15 屏東平原第三含水層未來5、10、20年之氯鹽濃度分佈情形 66 圖3. 16 屏東平原水質觀側井位置分佈 67 圖4. 1 屏東平原土地利用圖 72 圖4. 2 屏東平原第一含水層整治前後濃度分布情形 82 圖4. 3 屏東平原第二含水層整治前後濃度分布情形 83 圖4. 4 屏東平原第三含水層整治前後濃度分布情形 84

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