水平分區、垂直分層之三維地下水計算

Abstract

爾來三維地下水流模式發展日新月異，但全三維計算之垂向深度與水平距離尺度比例差異懸殊，造成計算量隨然龐大但精確度卻偏低之問題產生。因此，本研究使用垂向二次內插函數及水平有限解析法以建立擬三维地下水流模式，如此可將問題簡化，亦能模擬三維水頭變化。

本研究延續並改善蔡東霖(2001)所開發之地下水流模式，進一步在處理非拘限含水層時，引入自由液面方程式(見Eagleson(1970))，處理自由液面之非線性問題。 本文以具備有數學解析解之簡單案例進行模式驗證，並針對入滲置入源流項或自由液面上邊界之不同情況進行探討，模擬結果與解析解相當吻合，顯示本模式之合理性。此外，由於開發水利設施，結構物往往因貫穿地下含水層，嚴重影響地下水流況。例如，近期政府興建高速鐵路大幅縮減南北運輸時間，增加交通便利性，但沿線高鐵基樁埋入地下水層卻也阻礙地下水流動，間接影響地下水流下游側之水井抽水；又如海堤道路角狀溝槽因颱風暴潮壓力波作用產生管湧現象，使路面遭受破壞。因此，本研究亦特設計上述兩案例之概念模型以模擬之並提出有效改善對策，以供日後規劃設計之參考使用。 本文建議路面邊溝設置排水孔提高透水性，以減少管湧效應，防止破壞的發生。模擬結果顯示這項對策為有效之防治手段且可望節省大量公帑；本文建議基樁提高透水性，減緩地下水流受到阻礙。模擬結果顯示高透水性基樁防止束縮段水頭驟降，此改善方案或可供日後基樁規劃設計之參考使用。