含水層系統介紹

地 下 水 之 所 以 可 存 在 地 層 中 ， 乃 地 層 中 有 足 夠 的 孔 隙 存 在 ， 其 蓄 水 量 多 寡 與 孔 隙 的 大 小 有 關 ， 一 般 而 言 年 代 較 新 之 現 代 河 川 沖 積 層 或 盆 地 湖 泊 沉 積 層 ， 因 地 層 尚 未 完 全 壓 密 而 組 構 疏 鬆 ， 地 層 較 可 能 具 有 大 的 孔 隙 儲 存 地 下 水 。 這 些 地 層 中 又 以 由 粗 粒 土 壤 (砂 或 礫 石 )構 成 之 土 層 具 有 較 佳 之 導 水 能 力 ， 形 成 可 豐 富 儲 水 之 含 水 層(Aquifer)；另 外 以 細 粒 土 壤 (粉 土 或 黏 土 )為 主 之 地 層，則 因 透 水 性 差 而 形 成 阻 水 層(Aquitard)。

地 層 中 之 含 水 層 及 阻 水 層 架 構 受 地 質 沉 積 環 境 影 響 而 有 很 大 的 差 異 ， 在 一 個 沖 積 扇 之 扇 頂 區 因 為 水 流 淘 選 作 用 ， 地 層 可 能 絕 大 部 份 由 礫 石 或 粗 砂 組 成 而 形 成 一 個 巨 大 完 整 之 含 水 層(如 濁 水 溪 沖 積 扇 上 游)；相 反 的 若 在 一 個 古 盆 地 湖 泊 區 域，則 地 層 可 能 主 要 由 粉 土 或 黏 土 堆 積 而 形 成 厚 的 阻 水 層(如 墨 西 哥 市 及 台 北 市 )。

大 部 份 複 雜 之 地 層 出 現 在 河 川 沖 積 扇 之 扇 尾 及 海 岸 地 區 ， 這 類 型 之 含 水 地 層 相 當 複 雜 ， 其 重 要 特 徴 為 地 層 之 變 異 性 很 高 ， 對 於 含 水 層 及 阻 水 層 很 難 純 以 地 層 組 成(砂 土 層 或 黏 土 層 )界 定 ， 而 必 須 依 據 地 質 沉 積 原 理 及 其 整 體 水 力 特 性 來 分 類 ， 因 此 含 水 層 中 可 能 存 在 許 多 薄 的 黏 土 夾 層 ， 或 阻 水 層 夾 有 薄 的 砂 土 層 。 且 因 為 含 水 層 有 許 多 層 所 以 又 可 稱 為 複 雜 多 含 水 層 系 統(如 圖 2-3)。

圖2-3 沖 積 扇 地 區 之 多 含 水 層 地 質 系 統 示 意 圖 (柳 志 錫 ， 2004)

就 多 含 水 層 之 架 構 而 言 ， 又 可 分 為” 自 由 含 水 層 (unconfined aquifer)”與 ”受 壓 含 水 層 (confined aquifer)”。參 考 圖 2-4，若 土 壤 孔 隙 與 大 氣 連 通 稱 為 自 由 含 水 層(unconfined aquifer)；但 若 與 大 氣 阻 隔 ， 則 稱 為 受 壓 含 水 層(confined aquifer)。 圖 2-5(a)為 在 一 均 質 的 受 壓 含 水 層 內 抽 水 之 情 形 ， 其 依 抽 水 井 的 構 造 可 分 為 完 全 貫 穿 水 井 抽 水 及 部 份 貫 穿 水 井 抽 水 兩 種 。 前 者 抽 水 時 所 引 起 之 地 下 水 流 可 視 為 水 平 流 ； 後 者 之 地 下 水 流 狀 況 較 為 複 雜 ， 在 離 水 井 遠 端 可 視 為 水 平 流 ， 隨 著 離 水 井 越 近 ， 其 在 抽 水 井 的 底 部 逐 漸 有 垂 直 流 的 產 生。在 自 由 含 水 層 內 抽 水，如 圖 2-5(b)所 示，其 地 下 水 流 情 形 與 在 受 壓 含 水 層 之 部 份 貫 穿 水 井 抽 水 類 似 ， 其 垂 直 流 發 生 在 地 下 水 位 洩 降 錐 附 近 。

圖2-4 自 由 含 水 層 與 受 壓 含 水 層 (工 研 院 能 資 所 )

(a) (b)

圖2-5 含水層內抽水示意圖(Kruseman and Ridder，1991)

在 自 由 含 水 層 內 抽 水 與 在 受 壓 含 水 層 內 抽 水 之 不 同 點 Kruseman and Ridder(1991)歸 納 如 下 ：

1. 受 壓 含 水 層 在 抽 水 期 間 皆 為 飽 和 狀 態，其 水 位 洩 降 為 水 壓 力 的 下 降，並 不 是 實 際 地 下 水 位 面 的 降 低，而 在 自 由 含 水 層 內 抽 水，則 實 際 降 低 地 下 水 位 面，故 部 份 土 壤 將 由 飽 和

狀 態 進 入 不 飽 和 狀 態 。

2. 因 受 壓 含 水 層 的 抽 水 為 降 低 其 孔 隙 水 壓 力，故 有 滲 流 壓 力 的 產 生 ， 土 壤 的 有 效 壓 力 增 加 ， 將 對 含 水 層 具 壓 縮 的 作 用 ， 而 在 自 由 含 水 層 內 抽 水 並 無 此 種 現 象 。

3. 在 受 壓 含 水 層 內 之 完 全 貫 穿 水 層 抽 水，其 所 形 成 的 地 下 水 流 為 水 平 流，並 無 垂 直 流 的 產 生，而 自 由 含 水 層 內 抽 水 ， 其 水 流 將 有 垂 直 流 產 生 。