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水文學. 導論 集水區地文與水文特性 降水 蒸發散 入滲 地下水與水井力學 集水區降雨逕流演算 水文與環境. 第一章 導論. 水文學 水文循環 水文模擬方法 台灣之水資源. 一 、 水文學. 舉凡上至積雲落雨，下至百川匯流，皆屬之範疇。 為研究地球水圈的存在與運動的科學。主要研究地球上水的形成、循環、時空分布、化學和物理性質以及水與環境的相互關係，為人類防洪、抗旱、充分合理開發和利用水資源，不斷改善人類生存和發展的環境條件，提供科學依據。 應用 工程水文學 氣象水文學 森林水文學.
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水文學 • 導論 • 集水區地文與水文特性 • 降水 • 蒸發散 • 入滲 • 地下水與水井力學 • 集水區降雨逕流演算 • 水文與環境
第一章 導論 水文學 水文循環 水文模擬方法 台灣之水資源
一、水文學 • 舉凡上至積雲落雨，下至百川匯流，皆屬之範疇。 • 為研究地球水圈的存在與運動的科學。主要研究地球上水的形成、循環、時空分布、化學和物理性質以及水與環境的相互關係，為人類防洪、抗旱、充分合理開發和利用水資源，不斷改善人類生存和發展的環境條件，提供科學依據。 • 應用 • 工程水文學 • 氣象水文學 • 森林水文學 工程水文學(engineering hydrology)屬於應用地球科學之學門，是利用水文學原理解決人類在地球上，水資源開發所面臨的工程問題。針對水在時間與空間上之變化特性，工程水文學試圖模擬水文循環過程中，水體總量與時間分佈之關係，以作為水資源工程設計之標準，並進一步瞭解工程設施所面臨的風險。
----水文學 • 一滴水在大氣圈中形成，即在地球表面上尚未落地前，屬於氣象的範疇；水滴落至地球表面上，便屬於地上水圈的範圍，它可能發生在地表上河川湖泊內甚至冰雪、冰河及海洋中。水分降至地面上，由於受重力作用，部分水會入滲至地表下的地下岩石圈中，形成伏流或地下水流。 • 又一地區的水文特性會隨周遭環境、生態的改變而發生漸進的水文效應，如一處人口聚居的都會區，可能在前後數十年間由於都市化演變致使水文反應更形彰顯。 • 「水文」與「氣象」為垂直串聯，其與「地文」屬互動關係，又與「人文」係因果演變，所以包羅萬象、集銖會萃的一門應用科學。
地球上有多少的水? 陸地水有多少?海水有多少?
水的分佈----- 資料來源:水環境教育講義-單信瑜老師
二、水文循環 • 地球上的水，由於自然界之能量作用， 在大氣、土壤、海洋間連續循環過程。
海面蒸發 大氣中水蒸氣 留於低窪地面 截留(樹木、花草、建物) 窪蓄、入滲、地表逕流 形成漫地流 至地表下 大海 河川 滲漏至地下水 由土壤上移地面 由土壤上移植物 ---水文循環 • 以集水區或流域為主之系統而言，水文循環之主要input為降水，主要形式為降雨，output為逕流。
---水文方程 • 依照質量守恆定律，系統之平衡方程式可表示為 • 若將水流分為地表水與地表下水，則 • 地表水 • 地表下水 • 式中I為系統輸入量；O為系統輸出量；P為降水量；E為蒸發量；T為蒸散量；INF為入滲量；Q為地表逕流量；ΔSs/Δt為單位時間內集水區地表之蓄水改變量；INT為中間流出流量，G為地下水出流量；ΔSg/Δt為單位時間內集水區地表下之蓄水改變量。 將上兩式合併，可得
三、水文模擬方法 • 可以物理模式及數學模式模擬水文循環中任一過程。 • 數學模式區分 • 定率模式：以水流連續方程及動量方程為基礎而建立，以PDE描述水流機制。 *簡化成ODE或代數求解，概念化模式。 *由試驗或水文紀錄資料分析，得集水區之水文及地文特性參數，即參數型模式。 • 機率模式：由或然率主控水文量的發生過程。 * 統計模式-著重於處理觀測時距內某一事件發生機率。 * 序率模式-著重於分析水文時間序列之隨機性質。
-----水文模擬方法 • 集塊模式：視集水區之水文及地文特性為均勻，所用之參數一致。 如：單位歷線 • 分布模式：考慮水文及地文之非均勻性，採空間上變異的模式參數。 如：動力波模式，有能力描述水流於時間與空間上之變化。
河川坡陡–河川坡度大，上游都超過1/100，下游為1/200～ 1/500，緩於1/1,000者僅5條。河川坡陡–河川坡度大，上游都超過1/100，下游為1/200～ 1/500，緩於1/1,000者僅5條。 資料來源:水環境教育講義-單信瑜老師
河川流急 –河川流域面積小，超過1,000km2者僅9條。 –台灣河川均甚短，超過100km者僅6條。 資料來源:水環境教育講義-單信瑜老師
台灣地區與世界各地降雨量比較圖 台灣地區人均分配雨水量約4,074立方公尺，不及世界平均1/5。
In recent 106 years398 typhoons and 1000 more storms3～4 typhoons each year 資料來源:水環境教育講義-李鴻源老師
台灣地區氣候分佈 • (1) 東北區 本區在台灣之東北角，分佔台北縣與宜蘭縣各一小部分，面海背山，丘陵與平原相間，地當東北季風之衝，氣候之最大特徵為終年有雨，濕潤指數超過100，屬重濕型。平均年雨量在2,000至3,000公厘之間、山地有超過4,000至5,000公厘者。無乾旱之季節，冬季之雨量較夏季多，濕度大、雲量多、日照少、蒸發弱。最冷月均溫在15℃以上，最熱月均溫28℃左右 • (2) 北部區 本區在台灣北部，氣候之特徵為東北區和西南區的過渡性質，年雨量在1,500至2,500公厘之間，夏季雨量較冬季多，但冬季不很乾旱。本區冬季因當大陸冷氣南下之衝，故最為涼冷與多風。新竹沿海一帶冬季風勢甚強，民間有「新竹風，基隆雨」之諺
台灣地區氣候分佈 • (3) 西岸區 本區位於西部海岸之中段，佔地狹長，約介於大安溪口和北港溪口之間，地勢極為平坦，為台灣本島雨量最少地區，各地平均年雨量大約在1,250公厘以下。冬季風大，非常乾旱，風積沙丘逐漸往內陸移動，威脅農作耕種 • (4) 南部區 本區在島之最南端，其北以最冷月均溫20℃之等溫線為界，年雨量在1,500公厘至2,500公厘之間。恆春半島夏季雨量佔全年雨量90％以上，其集中於夏季之程度較之西南區為甚。冬季有連續之乾旱，兼以多風，故蒸發量高居全省之冠 • (5) 東岸區 本區為中央山脈以東之狹長地帶，年雨量在1,500至2,000公厘之間，較西岸同緯度地區為多，但雨量集中於夏季之現象則不如西岸顯著。最冷月均溫在17~20℃之間，較西岸為高。本區北段之氣候近似於東北區，而南段之氣候則近似於南部區
台灣地區氣候分佈 • (6) 中部山區 本區佔地最廣包括全部中央山地，海拔高度多在一千公尺以上。本區氣候之特徵為雨量較四周平地為多，各地平均年雨量概超出3,000公厘，迎風坡更可高達4,000乃至5,000公厘。氣溫較四周之平地為低，氣溫之垂直遞減率，平均海拔每升高100公尺，溫度約降低0.4至0.5℃。台灣冬季平地絕少霜雪，但高山地區常大雪紛飛。山區之霜期平均每年長達172天 • (7) 西南區 本區在台灣西南，幾乎包括台灣西南所有平原及其東側之丘陵地帶，地形大致平坦。氣候之特徵如下：1.雨量較少，限於1500公厘左右，自山邊向沿海遞減；2.雨量集中於夏季之現象非常顯著，夏季雨量佔全年雨量80％以上；3.冬季乾旱，旱災之頻率甚高，故灌溉在農業上非常重要。最冷月均溫在16~20℃之間 • (8) 澎湖區 澎湖群島之氣候與台灣本島西部海岸平原類似，唯雨量較少，年平均雨量約1,000公厘左右，夏季降雨約佔80％以上。群島多風為其氣候上最大特徵，亦為農業上最大缺點。東北季風期間風速尤大，十二月之平均風速達每秒9.1公尺
地盤下陷與 窪地淹水 –台灣地層下陷區多集中於烏溪以南之西南沿海、蘭陽平原沿海或台北盆地。 • 持續下陷面積：年下陷速率達3cm/yr以上之範圍 • 桃園、高雄及屏東地區於96年度未辦理地層下陷檢測調查作業
台灣各地區地層下陷面積 資料來源:水環境教育講義-單信瑜老師
台灣各地區累積下陷量 資料來源:水環境教育講義-單信瑜老師
地下水鹽化情形日趨嚴重 資料來源:水環境教育講義-單信瑜老師
-----台灣之水資源特性 • 台灣本島總面積3.6萬平方公里，南北狹長，標高1000m以上之山區面積佔全島31.5%；100m~1000m之丘陵與台地約佔31.3%；100m以下沖積平原約佔37.2%。 • 台灣山脈多屬沉積岩及變質岩，岩層脆易斷裂且高度風化，降雨強度與流速快，造成嚴重沖蝕，又地震頻繁，影響山坡地穩定性。 • 台灣全島年平均降雨量高達2510mm，為世界平均值2.5倍，且集中於5月~10月，多為颱風所帶來之豪雨。 • 台灣河川共有129條水系，中央管河川計24水系及跨省市河川計2水系，台灣河川，短而急，且流域面積小，洪枯流量明顯差異，集水區地質不佳，洪流過程挾帶大量泥砂，造成淤積氾濫成災。 • 台灣地區河川之比流量為世界之最，如濁水溪之比流量為7.7m3/s-km2。
-----台灣之水資源特性 • 台灣島為岩層脆且坡陡流急，降雨豊沛且集中；乾旱季節，有水源供給不足之現象，故以水庫蓄水備用。 • 臺灣地區現有大小型水庫共40餘座，有效容量約19億立方公尺，每年調蓄供應水源量隨雨量多寡而異，平均每年調蓄約40億噸水源。
