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　　為能有效評估台灣地區多含水層系統(黏、砂土互層)之地層下陷變化潛勢，據以研擬相關地層下陷防治措施，水利署已建置完成綜合考量現地土層變形機制之黏彈塑性地層下陷數值模式。除藉由案例分析進行模式功能測試外，並配合現地實測地下水位及地層下陷資料，以驗證模式正確性。測試驗證結果顯示，本模式可有效模擬不同地下水位及水文地質條件下之地層下陷變化。
　　水利署自民國84年推動地層下陷防治執行方案以來，已累積多年地下水位及地層下陷實測資料，且建置多口下陷分層監測井，以協助釐清不同時空範圍之地層下陷機制。近年來部分測站呈現地下水位未明顯下降之週期性變化，惟地層下陷卻仍緩慢增加，顯示地下水位變化與地層下陷存在複雜之交互關係。為能有效解析多含水層條件下，地下水位變化對地層下陷之影響，以確實掌握地層下陷發展潛勢。本研究以Veruijt三維彈性壓密理論結合Vgiot黏彈性理論為基礎，根據黏土與砂土透水性差異甚大之概念及一維垂向土體變形之假設，利用土體於正常壓密與過壓密狀態具有不同變形參數特性，建立多含水層系統一維耦合黏彈塑性地層下陷數值模式。
　　分別採用地下水位持續下降(方案1)、下降後回升(方案2)及週期性升降(方案3)等三種不同水位變化為設計條件(圖1)，進一步模擬彈性、黏彈性、彈塑性及黏彈塑性等四種土體變形機制下之地層下陷變化，以測試本耦合地層下陷模式之功能。案例1之地層下陷模擬結果顯示(圖2)，因本案例之地下水位隨時間持續洩降6個月後即維持定值，因此塑性效應並不會顯現，且四種機制具有相同之穩態下陷量。惟若考量土壤之黏性效應，則土壤之初始下陷量較小，且需要更長時間才能達到穩定狀態。

圖2 案例1累積下陷量模擬結果	圖3 案例2累積下陷量模擬結果

　　案例1中，地下水位持續洩降至定值而無水位回升情況，並無法呈現土層之塑性變形，因此藉由設計案例2，來說明地下水位回升時塑性變形之影響。案例2下陷量模擬結果顯示(圖3)，因為地下水位隨時間持續洩降6個月後開始回升，並於6個月時間內回升至原處，若不考量土壤塑性變形，土體會先下陷後再回漲至初始狀態。另與彈性變形比較，黏彈性變形因考量黏性效應，需花費更長時間才能達到穩定狀態。然而，若考量土體塑性變形，則土體先下陷後再回漲，由於回漲之變形參數大於下陷之變形參數，導致土體不會回漲至初始狀態，使土體產生塑性變形。此外，有考慮塑性變形下陷更快達到穩定狀態，另進一步比較彈塑性變形與黏彈塑性變形可知，考量黏性效應會具有較小之下陷量。
　　案例3進一步將水位歷線擴展至具有週期性之變化，下陷模擬結果顯示(圖4)，不同變形機制下陷量皆會隨時間做振幅相同之週期性變化，惟彈塑性變形與黏彈塑變形較晚發生此現象。此外，雖然土體呈現壓密後再回漲之週期性變化，惟即使彈性及黏彈性變形，土體並不會回漲至初始狀態，此結果與案例2有所不同。

圖4 案例3累積下陷量模擬結果	圖5 土庫國中下陷量模擬值與監測值比較圖

　　另參考台灣雲林彰化地區之水文地質分層方式，茲將地層下陷模式之計算分層，概分為含水層1、阻水層1、含水層2、阻水層2、含水層3、阻水層3及含水層4等七層模式計算分層。另依據地調所水文地質鑽探資料與工研院地層下陷分層監測井之地層柱狀圖，計算雲林彰化地區地層下陷分層監測井所屬各計算分層之實際土層厚度及分布範圍，以提供模式計算所需之各分層資料。採用已建置完成之一維地層下陷模式計算阻水層之壓密行為，至於含水層中砂土層部分，理論上因砂土之排水較快，受力後短期內即完成土層壓縮行為，因此一般於地層下陷計算上，常以彈性理論計算之，惟經地層下陷分層監測資料顯示，含水層中之下陷變化非傳統所認知之彈性壓縮，因此亦採用黏彈塑變形理論計算砂土層中之下陷量，以更精確掌握地層下陷時空間變化。雲林土庫國中及彰化湖南國小之地層下陷計算結果分別如圖5及圖6所示，顯示本模式可擬合不錯之現地地層下陷變化。

　　水利署目前已建罝完成因地下水位洩降，引致土體變化之多含水層下黏彈塑性數值模式，並已完成模式案例分析與現地驗證。模式可同時耦合求解孔隙水壓及土體位移。經由分析結果顯示，考慮土體黏彈塑性之變形機制，可更準確地模擬出現地之地層下陷變化。後續可配合大區域之參數率定，進行大區域之地層下陷模擬，以進一步預測地層下陷之發展潛勢，除掌握地層下陷問題癥結外並可提供警示訊息。

圖6 湖南國小下陷量模擬值與監測值比較圖