書籍介紹
摘 要
台灣地區由於水資源分配不均，加上產業成長且競相開發地下水資源，造成部份地區地下水位下降而引發嚴重地層下陷問題；政府為遏制此問題之繼續惡化，自民國84年至民國97年即陸續推動第一期與第二期地層下陷防治執行方案，而本計畫為延續第二期地層下陷防治執行方案，主要為配合地層下陷之調查結果及政策施行，設置監測設施並進行地層下陷機制分析研判，提供政府地層下陷防治措施擬訂之參考，並為相關國土保育復育措施或工程、防災因應及管理措施執行之重要依據。
本計畫已於雲林縣土庫鎮及北港鎮、嘉義縣太保市、屏東縣林邊鄉等四鄉鎮各建置1口磁環分層式地層下陷監測井，同時針對監測井設置地點進行地表至深度100公尺鑽探取樣及室內土壤力學試驗，建立地層土壤力學特性，提供地層下陷相關研究之重要土壤參數。此外，依據水利署98年度「台北及彰雲地層下陷區基礎資料監測與調查計畫」分析結果，為釐清彰化地區深層壓縮情形，亦於彰化縣溪州鄉及二林鎮分別設置一座GPS固定站，以加強地層下陷監測網之有效性。
本計畫於執行過程中所完成之工作摘要說明如下：
(1)地層下陷監測井選址
監測井設置地點選址時，分為室內初步選址及現場踏勘選址兩階段進行。室內初步選址主要以地層下陷狀況(包含年平均下陷速率及累積下陷量)、鄰近水位或高程資料收集站及產經重要建設等資料作為評選之條件，並由上述條件於各鄉鎮之國小進行評比，選出二至三所候選之學校。而現場踏勘主要對象為室內初選之候選井址，此階段考量之因子的先後次序，分別為設站意願、施工空間、進出通道、週遭環境、水電及復舊等條件作為評選之參考，最後根據室內初步選址及現場踏勘選址兩階段之結果決定地層下陷監測井設置地點。
綜合室內初步選址及現場踏勘選址結果，最後設站地點分別為雲林縣土庫鎮宏崙國小及北港鎮北辰國小、嘉義縣太保市新埤國小、屏東縣林邊鄉林邊國中。
(2)現場鑽探與取樣
鑽探取樣方面，主要就地表至地下100公尺地層間採旋鑽全取岩心(HQ)作業，且每1公尺取500公克土樣進行土壤物性試驗。此外，若於取樣過程中遇到黏性土層(如泥層)，則取薄管岩心提供進行土壤力學試驗。
4口地陷監測井皆完成現場100公尺鑽探取樣作業，各站經根據中央地調所之岩心判釋準則，顯示地層皆為未固結之堆積層，且多以細砂、粉砂及泥為主。
(3)土壤試驗及分析
針對地表至地下100公尺鑽探取樣之土壤樣品進行室內土壤力學試驗，包含一般物性試驗431組、單向度壓密試驗40組及三軸透水試驗20組。
(a) 一般物性試驗
一般物性試驗在建立地層基本性質，本次施作之4處地點分別為宏崙國小站及北辰國小站屬分布於濁水溪沖積扇之扇央，試驗結果顯示宏崙國小站以不良級配砂(SP)、粉土質砂(SM)、及含粉土之不良級配砂(SP-SM)為主，而北辰國小站以低塑性黏土(CL)、粉土質砂(SM)、及含粉土之不良級配砂(SP-SM)為主。新埤國小站位於嘉南平原以粉土(ML)、粉土質砂(SM)、及低塑性黏土(CL)為主。林邊國中位於屏東平原之扇尾地帶，地層以粉土質砂(SM)含量最高，其次為低塑性黏土(CL)、粉土(ML)及含粉土之不良級配砂(SP-SM)。此外，經比對各站地層判釋與物性試驗結果大致相同，無異常變化。
(b) 單向度壓密試驗
根據壓密試驗結果，4站址土樣之預壓密壓力大致隨深度愈深而有愈大之趨勢，且整體之預壓密壓力與現有覆土壓力約相近，研判4站址地層應接近正常壓密狀態之土壤。
(c) 三軸透水試驗
4站址透水試驗結果，試驗之土樣大致區分為粉質砂(SM) 及粉土(ML)，其透水係數粉質砂介於10-2~10-4公分/秒，粉土介於10-4~10-6公分/秒。一般來說顆粒性土壤透水係數較高，細粒料土壤透水性則較差，且一般土壤內細粒料含量愈高，透水性也愈差。
(4)監測井安裝及週邊相關監測設備
4口磁環分層式地層下陷監測井，於民國100年2月完成施設及安裝作業，包括周邊設施如井座、井口保護設施、井座上之不銹鋼圓頂鋼釘及GPS監測樁等，並於民國100年3月15及16日完成現場驗收。
此外，亦以宏崙國小地陷監測井深度約340公尺，進行量測不確定度評估，其結果為，顯示監測功能及量測誤差上均符合應用之精度要求。
(5)現有地層下陷監測井維護及更新
過去水利署於台灣地區已建置完成45口磁環分層式地層下陷監測井網，但部份監測井因設置年代較久，其原保護設施恐難以因應未來受颱風豪雨災害之影響，本計畫完成20口監測井之保護設施，含監測井井台及保護蓋之更新作業。
(6)GPS固定站設置
本計畫於彰化縣二林鎮與溪洲鄉分別設置一座24小時連續觀測之GPS固定站，選址過程依下陷情形、附近是否有地陷監測井、地下水位井、水準樁等進行站址初步遴選，再經現場踏勘（包括位置的永久性與透空度）及設站意願調查後，於合適場址設置GPS固定站。
經評選及現勘調查後，選定彰化縣二林鎮新生國小與溪洲鄉溪洲國小為設置地點，並於民國99年9月底前完成固定站主體興建，及於民國99年11月初開始進行GPS衛星接收儀安裝測試。
測試階段之資料經與地陷監測井之資料比對(期距為民國99年11月至民國100年3月)，顯示新生國小兩種監測系統之下陷趨勢及下陷量相近，但溪州國小由於GPS固定站之資料遠大於地陷監測井之資料，顯示有深層(>300公尺)壓縮之現象。
(7)地層下陷監測井設置規範
近期政府投入大量資金發展高科技園區(如中科虎尾園區、中科二林園區)，且民間企業亦投入大量資金發展相關重大建設(台塑六輕工業區、國光石化園區等)，然而目前均設於有地層下陷發生之處，因此為避免地層下陷引起之災害造成經濟損失，本計畫已擬定一套地陷監測井施設規範及流程，提供相關單位在發展產經建設且有地層下陷疑慮時，作為施設地陷監測井之參考。
(8)地球物理井測結果
地球物理井測結果顯示，濁水溪沖積扇岩層皆以粗顆粒及細粒料交互沉積，越接近底部則出現泥層富集，厚度也增加。綜觀四口監測井，泥質材料比例均超過40%，顯示本年度各鑽井區淺層皆有相當高的地陷潛勢。
依據過去水準測量及磁環監測結果，濁水溪沖積扇除扇頂外，其餘地區皆為下陷區。將濁水溪沖積扇區地表至200公尺深泥質沉積物等厚圖套入92-98年累積下陷圖，泥層厚度與下陷量呈現正比關係，且壓縮範圍已超過200公尺深地層。
地球物理井測參數與統一土壤分類標準分析結果，所有數值分佈皆呈現高自然加馬值低電阻率及低自然加馬值高電阻率之反比關係。此對比試驗尚在資料累積期(第二年)，實際試驗結果，標準分類與物理參數值已逐漸收斂，趨勢走向大致穩合理論值，CL自然加馬範圍(92~148cps)、ML(83~133cps)，電阻率分佈於20~45Ω-m，SP-SM（82~105cps）、SM（﹤105cps），數值交集過渡帶範圍（83-106cps；32-50Ωm），因此細粒料及砂質材料可依此結果做初步分類。
(9)地層壓縮模式分析
濁水溪沖積扇之含水層的壓縮量對該區之地層下陷有顯著之影響，本計畫應用地層下陷與地下水位觀測井資料繪製各含水層之應力-應變關係圖，除了觀察其變形模式外，亦可計算地層之體積壓縮係數。經初步分析歸納，含水層壓縮模式在抽水條件不變下，壓縮初期會偏塑性變形，然後隨著壓縮時間增長緊密程度增加，變形會轉為彈塑性，最終進入彈性變形狀態。根據實測資料分析，現階段濁水溪沖積扇含水層1之壓縮模式較接近彈性，含水層2及3則較接近彈塑性。
另分析體積壓縮係數(mv)之變化，亦可發現其隨壓縮時間增長而逐漸變小，最終會達到一定值(約小於2*10-9 N/m2)，此時地層可能已進入彈性變形狀態，若地下水位無特別劇烈變化，則地層之壓縮潛能已達到極低之狀態。
分類
其他詳細資訊
- 英文題名：The installation of multi-layer land subsidencemonitoring wells and data analysis of laboratory tests in 2010
- 出版品網址（線上版或試閱版)：連結
- 適用對象：成人(學術性)
- 關鍵詞：地層下陷分層監測井、GPS分層監測站
- 附件：CD-ROM
- 頁/張/片數：370
授權資訊
- 著作財產權管理機關或擁有者：經濟部水利署
- 取得授權資訊：聯絡處室：水文技術組
姓名：黃俊仁
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