民國115年 高考三級 地質 水文與工程地質學
第2題
一般地下水流場分析模擬，有所謂的等總水頭邊界與固定流量邊界，而 不透水邊界為固定流量邊界其中一種特殊情況（垂直該邊界流量為零）， 請說明那些地質、地形、工程設計…
題目
一般地下水流場分析模擬，有所謂的等總水頭邊界與固定流量邊界，而 不透水邊界為固定流量邊界其中一種特殊情況（垂直該邊界流量為零）， 請說明那些地質、地形、工程設計條件分別適合採用等總水頭邊界、固 定流量邊界與不透水邊界？（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、等總水頭邊界（specified head boundary，Dirichlet 條件）係給定邊界上水頭 h；固定流量邊界（specified flux boundary，Neumann 條件）係給定垂直邊界之流量 q；不透水邊界則為 q = 0 之特例。三者分別對應現地水頭受控制、流量受控制與無流量交換之情況。邊界選定須配合地質構造、地形與工程構造物，並注意邊界應設於足夠遠處，避免過度指定（over-specification）造成模式偏差。
- 二、等總水頭邊界適用之地質條件為：透水層與湖泊、水庫、河川、海洋等地表水體直接連通，或滲漏層連通具固定水頭之含水層、斷層破碎帶出露地表者。地形條件為河谷谷底、地形低窪處之泉水出露、水庫庫岸與海岸線。工程設計則包括壩上游面、隧道洞口或豎井連通地表水、開挖面長期積水或鄰近固定水位水體、抽水井定水位試驗；此類邊界水頭隨時間變化小，適合以定水頭模擬。
- 三、固定流量邊界適用之地質條件為均勻入滲之廣大集水區、已知補注量之含水層。地形條件為坡面降雨入滲、山麓側向補注、遠場補注。工程設計包括已知抽水量之抽水井、注水井、排水廊道或排水管之已知排水量、渠道滲漏量、灌漿或回填之定量注水。此類邊界適用於流量可量測或可估計、而水頭受地層與他處控制者；暫態分析時入滲量常隨時間改變，須以時間序列給定。
- 四、不透水邊界適用之地質條件為完整堅硬岩盤、低滲透之頁岩或泥岩層、斷層泥與糜嶺岩帶、岩體之弱透水界面。地形條件為地下水分水嶺、山脊線、對稱邊界（以對稱軸簡化）。工程設計包括混凝土連續壁、止水帷幕、截水牆、隧道襯砌、基礎版、地盤改良體。此類邊界垂直流量為零，屬固定流量之特例；實務上低滲透層並非完全無流量，宜以極低滲透係數或等效流量邊界處理，並作敏感度分析。
- 五、選定原則為：一、邊界性質應與現地物理機制相符，並以現地水位、抽水試驗與滲漏量率定；二、邊界宜設於距工程影響範圍足夠遠處（一般為影響半徑數倍），避免人為邊界干擾；三、同一邊界可能隨時間由定水頭轉為定流量（如水庫水位下降），暫態模擬宜分段設定；四、模式應作邊界位置與參數之敏感度分析，並以獨立觀測井檢核；五、地下水與地表水交互作用宜以 coupled 或 leakance 邊界處理。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。