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系統識別號 U0026-2808201217343900
論文名稱(中文) 地下水水位之主成分分析-以濁水溪沖積扇為例
論文名稱(英文) Principle Component Analysis of groundwater level-an example for Choshui River alluvial fan
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 資源工程學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Resources Engineering
學年度 100
學期 2
出版年 101
研究生(中文) 陳聖傑
研究生(英文) Sheng-Chieh Chen
學號 n46991039
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 72頁
口試委員 指導教授-李振誥
口試委員-徐國錦
口試委員-顧承宇
口試委員-李如晃
口試委員-羅偉誠
中文關鍵字 地下水  主成分分析  濁水溪沖積扇  地下水補注 
英文關鍵字 Groundwater  Principle Component Analysis  Choshui River Alluvial fan  Groundwater Recharge 
學科別分類
中文摘要 本研究利用主成分分析方法,來對濁水溪沖積扇2007到2010年地下水監測井長期月平均監測水位,進行萃取第一到第四含水層之主成分。利用所萃取出之前四個主成分,與當地水文現象進行比對,進而由四個主成分推測,研究區域裡地下水位的空間變化影響力。
颱風期間地下水水位分析方面,主要選定2007到2009年間13場不同降雨強度颱風期間,來進行颱風期間地下水水位變化之主成分分析,以了解降雨造成地下水水位上升補注比例,並比較其結果差異。
研究結果指出第一含水層由第一主成分及第二主成分代表雨量對沖積扇的補注,而第三及第四主成分則代表來自下游的下陷潛勢因子。第二含水層由第一主成分及第三主成分代表雨量對沖積扇的補注,而第二及第四主成分則代表來自下游的下陷潛勢因子。第三含水層及第四含水層也是由第一主成分及第三主成分代表雨量對沖積扇的補注,而第二及第四主成分則代表來自下游的下陷潛勢因子。每個含水層之前四主成分皆可解釋原資料影響百分比達到85%以上。以上結果可推估影響濁水溪沖積扇長期地下水位場變化之主因為來自上游補注區的補注,次因則為地下水嚴重抽取。
本研究進一步分析2007至2009年颱風期間地下水位變化,從十三個颱風事件的四個地下水含水層萃取的主成分結果指出,在颱風事件這種短期且具極端影響源的時序資料中,每含水層的第一主成分解釋原資料影響百分比明顯抬昇至70%至80%不等,使得其餘主成分解釋原資料百分比下降,且可能為研究區域內局部地區之不定降雨荷重所影響,導致其餘主成分之歷線均無法顯示明顯趨勢而難以辨識之訊號。
由每含水層的第一主成分可看出,颱風時間實際影響含水層地下水之主成分分數在颱風時間起數小時內開始上昇,而後維持一固定抬昇之趨勢,說明颱風期間實際影響地下水位變化之補注呈一定速度,而主成分分析在短時期的颱風事件內可濾除降雨重量所引起的荷重影響,求出颱風期間水位變化中,由雨量實際補注至含水層所造成的水位變化所佔比例,亦即可由第一主成分來解釋原資料影響百分比。
英文摘要 This research used PCA (Principle Component Analysis) to analyze month average groundwater level from 2007 to 2010 at Choshui River alluvial fan. The four principle components were extracted from the groundwater level of each aquifer of Choshui River alluvial fan. These components were used to compare to the local hydrology phenomenon and to conjecture the driving force of groundwater level change.
The PCA was also applied to analyze the short-term groundwater level change during each typhoon at Choshui River alluvial fan. Thirteen rainfall intense from 2007 to 2009 was selected. The first principle component was extracted from the groundwater level of each aquifer of Choshui River alluvial fan in order to understand groundwater recharge due to rainfall.
Results showed that in first aquifer, the first and second principle components can be represented as the rainfall recharge to aquifer, and third and fourth principle component can be represented as the effect of downstream land subsidence to the groundwater level. In second aquifer, the first and third principle components can be represented as the rainfall recharge to aquifer, and second and forth principle component can be represented as the effect of downstream land subsidence to the groundwater level. In third aquifer and fourth aquifer, also the first and third principle components can be represented as the rainfall recharge to aquifer, and second and forth principle component can be represented as the effect of downstream land subsidence to the groundwater level. The four principle components in every aquifer can be used to explain more than 85 % of influence ratio of the original data. This show that the change of groundwater level in Choshui River alluvial fan is most significant in terms of rainfall recharge to aquifer, and is then in terms of effect of downstream land subsidence.
Moreover, results showed that the first principle component can explain the original data more than 70% to 80% when first principle components were extracted from every aquifer of thirteen typhoons from 2007 to 2009. It makes an implication that except of first principle component, the remain principle components explain less original data, and the trends of remain components become signals hard to identify. The result also indicated that the scores of first principle component in every aquifer had a trend to lift after several hours and then maintained a fixed uplift trend when the typhoon was occurred. This implied that the real effect of rainfall recharge caused groundwater level change maintain a fixed velocity. This research confirmed that PCA analysis using in short-term typhoon episode can filter weight load caused by the rainfall and can find the actual percentage caused by rainfall recharge groundwater level change.
論文目次 摘 要 I
ABSTRACT III
誌 謝 V
目 錄 VI
表 目 錄 IX
圖 目 錄 X
第一章 緒論 1
1.1前言與研究動機 1
1.2文獻回顧 1
1.3研究方法與研究流程 4
第二章 理論模式 8
2.1主成分分析法 8
2.2主成分求解 11
2.3主成分分析法應用於濁水溪沖積扇地下水位之程序 13
2.3.1長期監測資料之主成分分析部分 14
2.3.2 短期的颱風期間資料之主成分分析 15
第三章 濁水溪沖積扇概述 16
3.1 地理環境 16
3.1.1 區域範圍 16
3.1.2 區域地形與地質概況 17
3.1.3 地表水體與河川分佈 19
3.2 水文地質架構 21
3.2.1 水文地質特性概述 21
3.2.2 地下水含水層分層 21
第四章 研究結果與討論 32
4.1地下水長期監測主成分分析 32
4.1.1第一含水層主成分分析 32
4.1.2第二含水層之主成分分析 38
4.1.3第三含水層之主成分分析 44
4.1.4第四含水層之主成分分析 49
4.1.5 2007至2010年長期監測資料分析結果 53
4.2地下水短期監測分析 56
4.2.1颱風事件 56
4.2.2分析流程 57
4.2.3帕布颱風主成分分析 57
4.2.4韋帕颱風主成分分析 60
4.2.5莫拉克颱風主成分分析 62
4.2.6颱風期間主成分分析結果 64
第五章 結論與建議 66
5.1結論 66
5.2建議 68
參考文獻 70
附錄A
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