荷蘭景觀的海綿效應
荷蘭景觀的海綿效應 個案研究 Chaamse Beken
荷蘭景觀的海綿效應
案例研究 Chaamse Beken
| 客戶 | DGWB (SITO-PS 2023 KAM 13 洪水知識計劃 ) |
| 聯絡人 | Marieke Hofstra |
| 參考資料 | |
| 關鍵字 | 海綿效應、內涝、缺水、水文、系統功能、高沙質土壤 |
| 文件詳細資訊 | ||
| Versie | 0.1 | |
| 日期 | 31-01-2024 | |
| 專案編號 | 11208012-000 | |
| 文件 ID | 11208012-000-ZWS-0005 | |
| 頁面 | 41 | |
| 分類 | ||
| 狀態 | 最後 | |
| 作者 | ||
Eva Schoonderwoerd Vera Kingma Ruben Dahm Perry de Louw Mitali Uke Ellis Penning |
||
摘要
在「荷蘭景觀的海綿效應」專案（Penning 等人，2024 年）中，針對兩項特定案例研究進行了詳細計算，以深入瞭解特定景觀的海綿效應。本技術附件包含 Chaamse Beken 旱災措施對海綿效應（旱災與洪災情況）影響的案例研究說明。
Chaamse Beken 的案例研究是在 KLIMAP 專案（實踐中的氣候適應）中啟動的（另見 Schoonderwoerd 等人，2023 年）。在 KLIMAP 專案的案例研究中，利用地下水模型進行了初步探索，以研究如何設計該區，使水系統能發揮領導作用，以及這對不同功能（著重於自然和農業）的意義。
通過建立地下水模型與水力模型的耦合，可以更深入地了解由於乾旱措施而引起的洪水。本研究初步探索了 MODFLOW6-MetaSWAP 地下水和非飽和帶模型與 DHYDRO 1D2D 地表水模型之間離線模型耦合的可能性。目的是對抗旱措施對洪水的影響進行簡單快速的初步估算。因此，目前的研究是對這種耦合在技術上是否可行的初步評估，並能更深入地了解措施對乾旱和洪水的影響。
從案例研究中可以得出以下主要結論：
乾旱措施會導致地下水位上升，局部滲透流量增加，因此對濕地的脫水控制有正面影響。這種地下水位和滲透通量的增加對於此區域內的大自然而言是否足夠，仍有待觀察。
調整區域內的排水系統 (藉由抬高溪流底部並在依賴地下水的自然環境周圍緩衝區內填平溝渠) 可將更多的水保留在底土中。因此，夏季經由地表水排放的水量較少，減少了基本徑流。需要進行更多研究，以瞭解不同的水系統設計是否可能增加基本排水量。在冬季，排水量實際上會增加。造成這種效應的原因是地下水位升高，導致土壤中可用的存水量減少。此外，提高溪底也會導致水位升高。
這些措施還會導致冬季地下水位上升，底土中儲存降水的空間減少（「滿則溢」），地下水位提前達到地面水平。因此，抗旱措施可能會導致降水事件中的洪水增加。
這些措施會增加地面以上的徑流，因為地下水位更有可能上升到地面。在應用的方法中，這會導致洪水表面面積增加。一個主要的問題是，在該方法中，這些地面徑流無法再滲入地下水。實際上，停留在地面且未排入地表水系統的水將再次滲透。
本研究既提出了後續研究的建議，以改善對系統的了解，也提出了進一步改善模型技術方面的建議，以正確量化海綿效應。
內容
摘要 ... 4
1 簡介 ... 7
2 區域描述 ... 9
3 建模方法 ... 12
3.1 地下水模型 ... 12
3.2 水壓模型 ... 14
3.3 連結地下水模型與水力模型...... 14
4 種情況 ... 16
4.2 降雨事件...... 19
4.3 模型的啟動條件...... 20
4.3.1 地下水模型的起始條件... 20
4.3.2 啟動條件液壓模型 ... 21
5 結果 ... 23
5.1 地下水模型結果..........23
5.1.1 長期系列...... 23
5.1.2 旱年：2003年...... 27
5.1.3 增加大型水道排水基礎的影響...... 28
5.1.4 不同降水事件的影響... 30
5.2.1 洪水地圖...... 35
5.2.2 洪水範圍... 36
6 結論與建議...... 38
7 參考資料 ... 40
1 簡介 ... 7
2 區域描述 ... 9
3 建模方法 ... 12
3.1 地下水模型 ... 12
3.2 水壓模型 ... 14
3.3 連結地下水模型與水力模型...... 14
4 種情況 ... 16
4.2 降雨事件...... 19
4.3 模型的啟動條件...... 20
4.3.1 地下水模型的起始條件... 20
4.3.2 啟動條件液壓模型 ... 21
5 結果 ... 23
5.1 地下水模型結果..........23
5.1.1 長期系列...... 23
5.1.2 旱年：2003年...... 27
5.1.3 增加大型水道排水基礎的影響...... 28
5.1.4 不同降水事件的影響... 30
5.2.1 洪水地圖...... 35
5.2.2 洪水範圍... 36
6 結論與建議...... 38
7 參考資料 ... 40
在「荷蘭景觀的海綿效應」專案（Penning 等人，2024 年）中，針對兩項具體案例研究進行了詳細計算，以深入瞭解具體景觀的海綿效應。本報告載有 Chaamse Beken 抗旱措施案例研究的說明，以及這些措施對乾旱與內涝情況的影響。
Chaamse Beken 的個案研究是在氣候適應實務專案 (KLIMAP, see also Schoonderwoerd et al., 2023) 中展開的。在 KLIMAP 專案的案例研究中，我們進行了初步探索，目的是探討如何使該地區不受氣候影響，以及這對不同功能的意義。為了量化各項措施對地下水水位及滲流的影響，我們使用了地下水模型。研究了水系統設計的兩種變體，旨在增強該區域的自然性。在選擇設計變體時，起點是了解水系中可能進行的調整，例如排水溝、加高水道和停止抽取地下水。沒有考慮實際實施所有措施的可行程度。本報告採用了 KLIMAP 早期研究中的一種設計變式，該變式被專案小組認為是最實際的變式。在此變體中，溝渠和管道排水被移除，在溪流和依賴地下水的自然環境周圍的緩衝區內停止了灌溉取水，此外，溪流的排水基底被抬高。
在實踐中，通常通過地下水建模和較長時期的乾旱模擬來測試乾旱緩解措施。鑒於氣候變化，測試這些措施對潛在涝害情況的影響也很重要。本研究在景觀的海綿性 (Sponginess of Landscapes) 專案中，探討評估 KLIMAP 研究中提出的抗旱措施對極端降水事件造成的內涝影響的方法。
荷蘭的區域洪水使用 NBW 標準進行測試。這些標準以 KNMI 2050 年氣候情境的中間變異為基礎。使用水文和水力模型，可以模擬極端降水事件對洪水的影響，然後根據既定標準進行測試。Brabantse Delta 水務局使用基於綜合水文圖的標準排水量。這涉及到透過統計分析計算不同重現時間的排水量大小和持續時間（Mondeel 等人，2014 年）。
通過建立地下水模型與水力模型的耦合，可以更深入地了解由於乾旱措施而引起的洪水。本研究首次探索了 MODFLOW6-MetaSWAP 地下水和非飽和帶模型與 DHYDRO 1D2D 地表水模型之間離線模型耦合的可能性。目的是對抗旱措施對洪水的影響進行簡單快速的初步估算。目前的研究是對這種耦合在技術上是否可行的初步評估，並可提供更多關於措施對乾旱和洪水影響的深入瞭解。
本報告書第 2 章說明了茶庵溪流的集水區。接著第 3 章介紹所使用的模型。第一節解釋地下水模型，接著討論地表水模型的規格，最後描述水流在模型中的耦合方式。第四章節說明計算方案。這裡區分了不同的設計變式、降水事件和初始（地下）水位。第 5 章介紹結果，最後，第 6 章討論結論與建議。
作者感謝 Marjolein Mens 在草擬乾旱-洪水耦合系統學方法的討論中所做的貢獻。此外，我們也要感謝 Waterschap Brabantse Delta 的 Kees Peerdeman 使用地下水模型，以及 Dimmie Hendriks 和 Frans Roelofsen 在 KLIMAP 個案研究 Chaamse Beken 中的協助與思考。
2 區域描述
Chaamse Beken 集水區（圖 2-1）位於 Breda 東南約 4.5 公里、Tilburg 西南約 10 公里處。西南方幾乎與比利時邊界接壤。該區域的中間是 Chaam 鄉村，那裡也有一座污水處理廠 (RWZI)。Chaamse Beken 的集水區面積約為
圖 2-1 Chaamse Beken 集水區（黑色，中間多邊形）。黑色正方形表示本案例研究中使用的模型區域。藍色線為具有 WFD 目標的水道。
地面水平（圖 2-2）顯示出從東南到西北的強烈坡度。在集水區東南端，地下水位高達 27 公尺 NAP，而在 Chaam 河流入上馬克河的地方，地下水位為 2 公尺 NAP。在集水區的較高處，地下水位深於地面以下（圖 2-3），地下水位在地面以下 3 到 6 公尺之間。集水區中部是許多溪流匯流的地方，地下水位淺得多，GHG (平均最高地下水位) 低於地面數十公分，GLG 約為 1.5 mv。
在集水區西北端的 Chaamse beken 河下游周圍，由於都市區的存在，地下水又較深一些，導致水的滲透量較少。
圖 2-2 地面高程 (m NAP)
圖 2-3 1994-2004 年間在當前氣候條件下使用地下水模型計算的 GHG（左）和 GLG（右）（m-mv）。黑線：集水區，藍線：
主要水道。
自然與農業在集水區內交織在一起（圖 2-4）。該地區的東部主要由森林組成。農業區的土地使用主要由草地和玉米組成。在集水區外，Chaamse Beek 下游以北是 Natura2000 地點 Ulvenhoutse Bos。
圖 2-4 地下水模型中包含的模型區土地利用。矮小植被和木本植被（森林）的細分是基於 2022 年自然管理計劃 (BIJ12, 2022) 。