徐年盛臺灣大學：土木工程學研究所黃浩烈Huang, Hau-LieHau-LieHuang2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50165本研究之目的在建立一深水灌溉最佳田埂高度之優選模式，在考量水稻田由傳統灌溉轉為深水灌溉所增加之效益與成本下，找出深水灌溉最適合之田埂高度與起灌水深打折係數；模式中考慮的效益與成本包括補注地下水源、調洪蓄水、增加有效雨量之利用、品質改良、增加產量、減少勞力成本、田埂加高工程和增加之農業灌溉用水成本。 本研究建立水稻田滲漏模擬模式以計算水稻種植期間傳統灌溉與深水灌溉之地下水補注量、調洪蓄水量、有效雨量、灌溉期距與灌溉用水量，在此模式中，耕層與犁底層為決定滲漏量的重要關鍵，本研究為了找出模式中最合適之耕層厚度與犁底層水力傳導係數，乃建立水稻田滲漏模式參數檢定之優選模式，並選定台南新化一處田區進行現場量測灌溉水深、入口流量、尾水流量、降雨量及蒸發量資料，並利用禁忌演算法優選出模式之參數。 本研究選定台南新化鎮之田區作為示範場址，將深水灌溉最佳田埂高度之優選模式應用於該田區，模式優選時間為1997~2004年，在計算傳統灌溉轉為深水灌溉之各項效益與成本後，代入遺傳演算法優選出最佳之田埂高度與起灌水深打折係數； (1) 優選結果為最佳田埂高度27.7公分、起灌水深打折係數0.008時，淨效益N = 77674元為最大，顯示在考量效益與成本的情形下，淹水災害較為頻繁的地區可以提高深水灌溉的田埂高度，以降低豪雨發生時的尖峰流量。計算結果顯示深水灌溉在降低勞力成本、補注地下水、調蓄洪水、蓄留有效雨量與增加稻米收益方面皆優於傳統灌溉； (2) 本研究對調洪蓄水效益進行敏感度分析，結果顯示在考慮增高田埂以調蓄洪水為目標的情形下，因水稻田可蓄留水量受限於降雨量，故提升水稻田調蓄洪水效益所增加的田埂高度差異將會逐漸減小。摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．. i 目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ii 表目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．. iv 圖目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．v 第一章 緒論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1 1.1研究動機．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1.2文獻回顧．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.3研究目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.4研究方法及分析步驟．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 第二章 深水灌溉田埂高度及起灌水深之優選模式建立．．．．．．．．．．7 2.1優選模式之建立．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2.2參數優選之方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 第三章 水田滲漏模式之建立．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 3.1文獻回顧．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 3.2水田特徵．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20 3.3模式建立．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22 3.4模式計算流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32 第四章 水田滲漏模式之參數檢定．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 36 4.1 模式參數檢定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36 4.2 模式參數檢定之方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38 4.2.1 正向模擬．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 38 4.2.2 逆推演算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 49 4.3 實驗位址與觀測數據．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40 4.4 現地觀測數據參數檢定之結果．．．．．．．．．．．．．．．．．44 第五章 優選模式之應用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45 5.1 區域概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 45 5.2 優選模式建立過程與求解．．．．．．．．．．．．．．．． 46 5.2.1 水稻田滲漏模式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 46 5.2.2 優選模式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 47 5.3優選模式之分析結果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．49 5.3.1 優選結果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．49 5.3.2 敏感度分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53 第六章 結論與建議．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 56 6.1 結論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．56 6.2 建議．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．58 參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 62 表目錄 表3-1 傳統灌溉一期作水深管理 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 表3-2 傳統灌溉二期作水深管理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 表3-3 深水灌溉一期作水深管理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 表3-4 深水灌溉二期作水深管理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28 表3-5 水稻各生育階段別之作物係數 值．．．．．．．．．．．．．．．29 表4-1 正向模擬所計算之數據．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39 表4-2 現地觀測數據．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43 表5-1 傳統灌溉與深水灌溉生產之稻米比較．．．．．．．．．．．．．．49 表5-2傳統灌溉之各項效益與成本/期作．．．．．．．．．．．．．．．．51 表5-3深水灌溉之各項效益與成本/期作．．．．．．．．．．．．．．．．51 表5-4敏感度分析之優選結果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．54 表5-5不同起灌水深打折係數之計算結果．．．．．．．．．．．．．．．54 圖目錄 圖 1-1 分析步驟流程圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 圖 2-1 將問題轉換為演化程序流程圖．．．．．．．．．．．．．．．．．13 圖2-2 遺傳演算法流程圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 圖3-1 水稻田水平衡示意圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 圖3-2 水深上下限與起灌水深圖示意圖．．．．．．．．．．．．．．．．29 圖3-3 溢流示意圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30 圖3-4田埂側滲示意圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32 圖3-5 滲漏模式計算流程圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34 圖3-6 水深高於缺口高度示意圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35 圖3-7 水深等於缺口高度示意圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35 圖4-1 禁忌演算法求解流程圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38 圖4-2 第一組數據演算之誤差變化．．．．．．．．．．．．．．．．．．40 圖4-3 現地場址圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41 圖4-4 現場田區圖 (一)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41 圖4-5 現場田區圖 (二)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42 圖4-6 田區配置示意圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43 圖 4-7 參數估計之誤差結果圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44 圖5-1曾文-烏山頭灌區位置圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46 圖5-2淨效益、田埂高度與起灌水深打折係數關係圖．．．．．．．．．．51圖5-3傳統灌溉與深水灌溉一期作之效益比較圖．．．．．．．．．．．52 圖5-4傳統灌溉與深水灌溉二期作之效益比較圖．．．．．．．．．．．52 圖5-5淨效益、田埂高度與調洪蓄水效益關係圖．．．．．．．．．．．．55 圖5-6調洪蓄水量、田埂高度與起灌水深打折係數關係圖．．．．．．．．55en-US水稻田滲漏深水灌溉田埂高度起灌水深paddy rice fieldseepagedeep pondingridge heightreirrigation depththesis