人工湖补注地下水之力学分析-朝阳科技大学.PDF

2014 Taiwan Rock Engineering Symposium (2014 TRES) October 23-24, 20 14 CYUT, Wufeng, Taichung, Taiwan 人工湖補注地下水之力學分析 1 1 1 蔡佩勳 林建翰 邱勢棠 1 朝陽科技大學營建工程系 摘要 本研究使用FLAC 5.0模擬人工湖湖水下滲地下之過程，改變土壤初始飽和度及討論標準 砂、壤土、粉質壤土等三種土壤對人工湖附近地表高程變化及對地下水補注量進行探討。由 本研究之結果顯示，以較高的初始飽和度使地表 隆起量越大，初始飽和度對最終地下水補注 量之影響不大。砂 土飽和滲透係數高，其最終地下水補注量越多，但地表最終的隆起量卻較 小。 關鍵字 ：非飽和土壤、地下水補注 、人工湖。 一 、前言 鑿井抽取地下水之使用率逐年提高 ，然而地下水超抽可能發生地下水位降低、水質惡化、 海水入侵、地下水鹽化及地層下陷等問題。地下水之主要來源來自地表水的補注，當地下水 的抽取量超過地表水的補注量時，則會造成蓄水層中儲水量減少，地層中孔隙水壓的降低， 因而發生地層下陷。 James et al. (1987)[1]提出人工湖地點的選擇會明顯地影響到人工湖之地表水滯留量及補 注能力。倪春發等人 (1999)[2]以2D-FEMFAT 來模擬砂土、粉土、黏土三種均勻土壤之定水頭 補注模擬，其結果顯示在地下水補注之影響區域以及補注量的多寡主要決定於土層飽和的滲 透係數。曾建璋等人 (1999)[3]針對嘉義東石鄉鱉鼓地區進行人工湖補注砂槽實驗，其結果顯 示地下水位的升降會影響補注水入滲的進行。當地下水位越高時，則湖水入滲越慢 ，當地下 水位等於或高於人工湖湖底時，入滲作用即停止。周湘俊等人 (2000)[4 ]以2D-FEMFAT模擬人 工湖補注地下水，模擬結果顯示人工湖在同一水深的情況下，寬度越大補注效益越好；而在 同一寬度的情況下，湖水越深補注效益越佳。劉建榮 (2001) [5]之研究指出水分特徵曲線參數 之 VG模式 α與n 參數對砂箱模型實驗之暫態補注量有極大的影響，且參數 α對入滲量之影響 較 參數n 大。翁琮哲(2001)[6]利用 MODFLOW 三維地下水流模式進行不同人工湖補注方案， 由 其結果顯示，當地表坡度越陡和地下水位越高時，其補注的水會越早流出地表，而無法完 全補注到下游部分。劉致翔(2011)[7]探討地下水補注對防止海水入侵拘限含水層的影響，當 補注量提高時，能有效阻擋海水往內陸推進 ，較高的水力傳導係數會使海水入侵現象更為加 劇。 過去有關人工湖補注的文獻中，大多針對人工湖附近的地質條件、人工湖幾何尺寸、淤 泥堵塞湖底的情況、人工湖水位高低、及阻水層位置對地下水補注量之影響分析 。對於湖水 下滲至地下時，湖水在滲流過程中間接影響土壤內部孔隙水壓，因此將會影響到地表 隆起， 這方面的力學分析以室內試驗居多，參數影響分析之研究仍不多，對於欲以人工湖補注地下 水 且兼 具提升地表高程的方案中，人工湖設置地點之選擇有賴各影響參數對補注量與地表提 升量之影響的了解 ，因此本研究以數值方法 進行參數影響分析 ，探討各影響參數對最終地下 蔡佩勳 、林建翰 、邱勢棠 ：人工湖補注地下水之力學分析 水補注量及提升地表高程之影響。 二、數值分析方法 2.1 土壤水分特徵曲線 基質吸力與土壤含水量或飽和度之關係曲線，稱為土壤水分特徵曲線(soil-water characteristic curve) ，Harrison and Blight (2000)[8]指出水分特徵曲線為非飽和土壤之基質吸力 (metric suction)與飽和度的關係