雲林地區地下水抽取對分層地下水位影響機制之探討水文技術組

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  發刊期數:第0321期/ 發布日期:2019/03/08

圖1 試驗及評析流程圖_pic

由雲林縣土庫鎮秀潭國小設置之地陷監測井於100年至106年累積下陷量分布顯示,主要下陷區域較集中100公尺深度以下土層。惟經現地水井複查結果顯示,鄰近秀潭國小33口水井多屬淺水井,其中僅有一口水井之深度大於100公尺,且附近亦無農業以外之相關產業。爰此,擬進一步評析淺層抽水行為對地下水位地層下陷之影響機制,以釐清地層下陷可能成因。相關試驗及評析流程如圖1所示,初步成果概要說明如下。

  • 圖1 試驗及評析流程圖

一、抽水對分層地下水位變化之影響機制:

雲林地區均屬濁水溪沖積扇地下水分區。水文地質分層可概分為4個含水層與3個阻水層(經濟部中央地質調查所,1999),代表300公尺地層內之四次海進與海退歷程。本區域之深水井多屬分層開篩,抽取地下水後直接造成開篩處含水層地下水位變化(圖2(a))。淺水井多抽取含水層1之地下水,惟本區域之阻水層係以透水係數低於9.9×10-7公尺/秒之粉、泥及黏土層為主,土層具弱透水之特性。若於淺層大量集中超抽地下水,亦可能造成深層水位洩降(圖2(b))。另部分地區之阻水層可能因連續性不佳(圖2(c)),產生上下含水層連通情形,淺層抽水亦可能影響深層地下水位。此外,沖積扇於扇頂各含水層間並無明顯阻水層分隔,降雨及灌溉水源可直接補注含水層,若於特定含水層大量抽取地下水地下水補注於該含水層之比例將增加,亦可能造成其它含水層地下水位洩降(圖2(d))。

二、現地抽水試驗流程:

配合水利署既有地下水位觀測井分布、現地抽水井數量及排水路分布現況,茲選擇雲林縣土庫鎮秀潭國小進行現地抽水試驗(圖3)。秀潭國小設置有兩口地下水位觀測井(秀潭1、秀潭2),可觀測65公尺(含水層1)及134公尺(含水層2)深度之地下水位變化。另觀測井方圓200公尺範圍內計有33口納管抽水井。試驗方法乃於水位觀測井安裝自記式水位計,選擇最接近水位觀測井之六口淺層抽水井(井深均小於40公尺)同時進行定頻抽水(抽水頻率為3次/小時,即抽水10min、停抽10min),並紀錄分層地下水位變化(圖4)。試驗期間秀潭1及秀潭2之地下水位變化,如圖5所示。

三、地下水位訊號分析:

現地試驗之地下水位變化分成長週期與高頻率兩部分。長週期代表地下水位變化之長期趨勢,而高頻率則代表水位因水井抽水之影響。採用快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform, FFT)進行訊號分析,秀潭1及秀潭2觀測井分析結果(參見圖6)顯示,秀潭1主頻水位變化週期約為20min;秀潭2主頻水位變化週期約為21min。水位變化週期均與現地水井抽水設計頻率為3次/小時(週期為20min)相同。訊號分析結果顯示,觀測井鄰近之六口淺層水井同時進行抽水,均會影響含水層1(深度65公尺)及含水層2(深度134公尺)之地下水位

現地試驗之地下水位進一步拆解為長期趨勢與高頻變化兩部分,針對高頻地下水位變化進行快速傅立葉轉換分析,可呈現淺層抽水對深層地下水位變化之影響。初步結果顯示淺層抽水行為除對同一含水層地下水位影響顯著外,亦可能對深層地下水位變化之產生影響,而進一步引致深層之下陷。處置深水井可有效減緩雲林地區地層下陷,惟淺水井大量且集中抽水對地層下陷之影響亦不可完全忽略。

本研究結果顯示淺層抽水行為確實會對深層含水層之水位產生干擾,惟干擾程度受半滲漏層阻水能力之影響,未來欲進行定量影響分析尚需結合更細部之地質調查資料加以探討。

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