應用經驗正交函數結合簡易水筒模式於補注量的推估－以濁水溪沖積扇為例

Application of Empirical Orthogonal Function and Simply Tank Model for Groundwater Recharge Estimation

10.6937/TWC.202212_70(4).0006

曾華廷(HUA-TING TSENG)；余化龍(HWA-LUNG YU)

地下水補注量推估 ； 經驗正交函數 ； 水筒模式 ； Groundwater recharge estimation ； Empirical orthogonal function ； Tank model

台灣水利

70卷4期（2022 / 12 / 01）

74 - 86

繁體中文;英文

對於地下水補注量的掌握對於地下水資源管理有很大的幫助，尤其是在缺水的地區，然而使用一些模型如MODFLOW or SWAT來估計補注量需要對研究區的邊界條件或土壤狀況有一定掌握，因此本研究嘗試開發一種簡易模型，利用水筒模式的概念，搭配水位與雨量資料即可以推估補注量。以臺灣中西部的濁水溪沖積扇為例，本研究首先以經驗正交函數（Empirical orthogonal function, EOF）分析水位資料，擷取水位主要變動的時間特徵與空間趨勢，搭配雨量資料可判釋主要補注區。結果顯示補注區位於濁水溪沖積扇扇頂以及其上游－名竹盆地。將其分別視為下方與上方的水筒，再以EOF萃取之兩區域的水位趨勢，作為兩水筒的水位時間序列，接者以質量守恆可以將上下游水筒水量改變與之間的流動寫作一未知係數的方程式，最後以普通最小平方法求解方程式中各項參數，即推估出濁水溪沖積扇的補注量。結果顯示濁水溪沖積扇扇頂平均年直接補注量為7,880萬頓，從名竹盆地側向流入濁水溪沖積扇的入流量平均一年為1億310萬噸，總補注量平均一年則為1億8,190萬噸。

The understanding of groundwater recharge in an area could be very helpful for groundwater management especially in the region having water shortage problem. However, it needs to have well known knowledge of boundary condition or soil types if using digital model to estimate groundwater recharge, e.g. MODFLOW, SWAT. Therefore, this research tried to develop a simply model that can estimate groundwater recharge by only groundwater level observed data and rainfall data based on the concept of tank model. This study took Choushi river alluvial fan where located at middle-west of Taiwan as an example. The Empirical Orthogonal Function (EOF) was used to analyze waterlevel observed data first. EOF can reveal the primary spatial and temporal pattern of a spa-temporal data set. The result of EOF and rainfall observed data was used together to identify recharge area. We found that recharge area in the study area at top of alluvial fan and its upstream-Minzu basin. These two areas could be considered as the lower tank and upper tank respectively in the tank model structure. The temporal patterns reveal by EOF method is the waterlevel of the tanks. Both of tanks have rainfall to be the water source. The storage changes of tanks, the flux of tanks and rainfall can be expressed an equation based on mass balance. Finally This research used ordinary least square(OLS) method to estimate the coefficients of this equation and getting the value of each items. The result shows, there are about 78.8 million tons direct recharge at the top alluvial fan and 103.1 million tons lateral recharge from Minzu basin per year. The total amount recharge of Choshui river alluvial fan is 181.9 million per year.

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