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論文中文名稱:以HHT及FFT解構地下水位影響之因子 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Application of HHT and FFT to Decompose Factors Affecting Groundwater Levels [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:土木與防災研究所
畢業學年度:103
畢業學期:第一學期
中文姓名:陳盈伶
英文姓名:Yin-Ling Chen
研究生學號:101428093
學位類別:碩士
語文別:中文
指導教授中文名:陳彥璋 博士
指導教授英文名:Yen-Chang Chen Ph.D
口試委員中文名:高蘇白;廖翊鈞;謝政道
中文關鍵詞:地下水位希爾伯特黃轉換快速傅立葉轉換
英文關鍵詞:Groundwater LevelHilbert-Huang TransformHHTFFT
論文中文摘要:全國共有十個地下水分區,其中蘭陽平原地下水區位於臺灣東北部,面積約359平方公里,由於宜蘭地區無具有庫容之蓄水設施,主要水源為抽用地下水及引取河川水,較大的水利設施僅有引取川流水之羅東攔河堰及粗坑堰,所以地下水資源對於宜蘭地區則相形重要。
地下水是宜蘭地區取水源之一,地下水水位常受到各種因素之影響,如人為抽補注、降雨、地潮、大氣壓力、地震…等,造成地下水位變化並非單一原因,多為各種因子之綜合結果。本研究係利用希爾伯特黃轉換法( Hilbert-Huang Transform,簡稱HHT ) 及快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform,簡稱FFT)之訊號分析之特性,做為本研究分析地下水位影響因子工具,並以蘭陽平原公館地下水位觀測井為例,將地下水位訊號分解成12個 IMF (Intrinsic Mode Functions) 和1個剩餘訊號 ( Residual ) ,並蒐集同時期鄰近雨量、颱風…資料,輔以解釋影響地下水位變化之構成因素,研究結果顯示本區地下水位變動主要為降雨所引起致諸元影響,但不是每場降雨都會影響到地下水位變化,與每場降雨事件之降雨型態、降雨強度及降雨間隔時間有關。由於地下水具有明顯的空間特性,對各地的區域發展亦有所差異,本研究將提供相關單位作為水資源開發、利用、管理、保育之參考。
論文英文摘要:Taiwan has ten groundwater areas. Among them, the Lanyang Plain groundwater area, which covers an area of about 359 square kilometers, is located in the northeast part of Taiwan. There is no appropriate water storage facility in the Yilan area, whose only large-scale water conservancy facilities are Luodong Weir and Cukeng Weir, both of which are for river water. Nevertheless, groundwater is an even more important water source in the Yilan area when compared with river water.

Groundwater is one of the main water sources in the Yilan area. The groundwater level is often influenced by various factors, such as artificial recharge, rainfall, earth tide, atmospheric pressure, and earthquakes. A change in the water table is rarely caused by a single factor, but rather usually by a combination of factors. This study uses the Hilbert-Huang Transform (HHT) and the Fast Fourier Transform (FFT) to break down the signals into various components in order to analyze the factors that affect groundwater levels. Our study was conducted at the Kungkuan groundwater level observation wells in Lanyang Plain. The groundwater level signals were separated into 12 Intrinsic Mode Functions (IMF) and one residual signal (Residual); information such as rainfall and typhoon of the same period was collected as supplementary data to explain the changes in the water table. The study results show that changes in the water table in the area are mainly caused by rain-induced factors. However, not every rainfall causes the groundwater level to change. Other factors, such as the pattern, the intensity and the interval of a rain fall event, are all also related. As groundwater has an obvious spatial characteristic and its development varies in different regions, we will present this study to relevant units as a reference for their development, utilization, management and conservation of water resources.
論文目次:摘 要 i
ABSTRACT iii
誌  謝 v
圖目錄 viii
表目錄 x
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機與目的 2
1.3論文架構簡介 2
第二章 文獻回顧 4
2.1地下水位影響因子 4
2.2國內外之相關研究 7
2.3時頻分析概述 14
2.3.1傅立葉轉換 14
2.3.2 小波轉換 15
2.3.3 希爾伯特黃轉換 16
第三章 研究方法 18
3.1 HHT理論介紹 18
3.2 經驗模式解構法 20
3.3 本質模態函數 23
3.4 希爾伯特轉換 24
3.5 快速傅立葉轉換 26
第四章 研究區域 29
4.1 研究區域概述 29
4.1.1 地理環境 29
4.1.2 氣候 31
4.1.3 水文地質 32
4.1.4 地下水管制 34
4.2 資料蒐集與彙整 35
第五章 結果與討論 39
5.1 研究結果 39
5.2 分析及討論 42
5.2.1 IMF分量分析 42
5.2.2 綜合分析 61
第六章 結論與建議 63
6.1 結論 63
6.2 建議 64
參考文獻 65


圖目錄

圖1.1 研究流程 3
圖3.1 希爾伯特-黃轉換流程圖 19
圖3.2 EMD篩選程序圖 22
圖3.2 典型本質模態函數 24
圖4.1 研究區域 30
圖4.2 蘭陽平原之水系分佈圖 31
圖4.3 蘭陽平原地質概況 32
圖4.4 蘭陽平原水文地質剖面圖(南北向) 33
圖4.5 蘭陽平原水文地質剖面圖(東西向) 33
圖4.6 蘭陽平原之地下水管制區分佈圖 34
圖4.7 蘭陽平原水井位置圖 36
圖4.8 蘭陽平原公館水井水位及宜蘭壯圍雨量站歷線圖 37
圖5.1 宜蘭公館水井之水位經EMD拆解結果 40
圖5.2 公館站地下水位希爾伯特頻譜圖 41
圖5.3 公館站地下水位希爾伯特頻譜圖(取log) 41
圖5.4 EMD之IMF1分量及其希爾伯特頻譜圖 42
圖5.5 EMD之IMF2分量及其希爾伯特頻譜圖 44
圖5.6 IMF2分量之展開圖(2013年4月22日至4月30日) 44
圖5.7 EMD之IMF2分量FFT頻譜圖 45
圖5.8 EMD之IMF3分量及其希爾伯特頻譜圖 46
圖5.9 IMF3分量之展開圖(2012年6月20日至6月29) 46
圖5.10 EMD之IMF3分量FFT頻譜圖 47
圖5.11 EMD之IMF4分量及其希爾伯特頻譜圖與邊際時間頻譜 48
圖5.12 EMD之IMF5分量及其希爾伯特頻譜圖與邊際時間頻譜 50
圖5.13 EMD之IMF6分量及其希爾伯特頻譜圖與邊際時間頻譜 52
圖5.14 EMD之IMF7分量及其希爾伯特頻譜圖與邊際時間頻譜 54
圖5.15 EMD之IMF8分量及其希爾伯特頻譜圖與邊際時間頻譜 56
圖5.16 EMD之IMF 9分量及其希爾伯特頻譜圖與邊際時間頻譜 57
圖5.17 EMD之IMF 10分量及其希爾伯特頻譜圖與邊際時間頻譜 58
圖5.18 EMD之IMF 11分量及其希爾伯特頻譜圖與邊際時間頻譜 59
圖5.19 EMD之IMF 12分量及其希爾伯特頻譜圖與邊際時間頻譜 60
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