地下水壓判定方法 .1 響應時間

在記錄壓力與實際地下水壓達到平衡前，第 20.2 節中的所有方法都需要一些用於 識別流入或流出水流的測量裝置。關於挖掘坑或鑽孔，在水位與地下水壓達到平衡 前，可能出現大量的水流。在另一方面，某些類型的壓力計僅需要非常小的水量變化 即可讀取地下水壓。水流通過土壤的速度取決於滲透率，測量裝置顯示實際地下水壓 所需的時間稱為響應時間，取決於操作設備所需的水量（體積因子; volume factor）

(Brand & Premchitt 1980）或是壓力計的“形狀因子”、多孔元件的滲透性和地面滲透 性，選擇合適的地下水壓測量法主要取決於響應時間（Penman 1986）。

20.2.2 鑽孔和開挖觀察

判定地下水位最粗略的方法是在露天鑽孔或挖掘坑中觀察，除非地面滲透性非常 高，否則此方法可能需要很長的響應時間，應定期進行觀察直到確定水位達到平衡為 止。若容許雨水或地表水進入裸眼井中，將出現誤導的讀數。鑽井後在鑽孔中讀取讀 數應謹慎，因為不太可能重新找到平衡狀態。

如圖 19 所示，安裝立管可改善鑽孔或挖掘坑中的水位觀測的可靠性。立管（不要 與第 20.2.3 節中的立管滲壓計相混淆）由 1 根內徑約 19 mm 的硬端塑膠開口管組成，

此歷管在整個長度或最短 l 至 2 米處穿孔。穿孔部位的表面積至少為原有表面積的 50

％，應使用合適的過濾器加以包裹。管子、鑽孔或挖掘壁間的孔隙通常使用中沙到粗 沙和細砂礫回填，藉此充當過濾器。立管週圍頂部 0.5 米處應密封，藉此防止地表水 進入。雖然立管中的讀數比開放式鑽孔中的讀數更受到控制，但立管響應時間仍然很 慢，若穿透不同滲透率的區域，則可能發生不同土壤層區域間的流通。因此，立管讀 數可能無法代表實際的地下水位，安裝開放式液壓或其他的滲壓計可大幅解決這些缺 點。

20.2.3 立管滲壓計 小於約 10^-7米/秒之前，通常不構成重要因素（Hvorslev 1951）。在這種滲透率下，當 滲壓計安裝在 150 mm 直徑 × 400mm 長的沙袋內，響應時間不應超過數小時。

否則自動排氣功能可能受損（Vaughan 1974）。

開放式液壓滲壓計的主要優點是簡單可靠，此外，可將水抽送送到管道中用於洗堵 塞物。再者，可用於判定尖端嵌入式地面的滲透率（見第 21.4 節），其主要缺點是在 低滲透性土壤中響應時間慢。

20.2.4 液壓式滲壓計

液壓滲壓計也稱為密閉式液壓滲壓計，地下水壓在多孔壁的小型滲壓計上檢測，並 藉由小直徑的塑膠管傳送到遠處，在該遠處測量壓力通常使用水銀壓力計、Bourdon 測量儀或壓力傳感器，管中的空氣將導致出現錯誤的讀數，因此，管子通常需充滿水 並去除空氣。

可提供各種液壓滲壓計，最常見的是圖 20 中的雙管類型。在這些滲壓計中，尖端 藉由雙管接到測量點，即可使用循環水沖洗掉任何氣泡，此作業的進行應讓尖端的壓 力大致保持在運作壓力的水準下。

為能夠避免氣蝕，測量點和連接管不應超過測量滲壓計水平高度 7 米以上

（Penman，1978）。液壓滲壓計不能自動排氣，需要定期檢查才能夠發揮令人滿意的 性能。液壓引線便於遠程讀取，測量點可與滲壓計尖端橫向隔開很長的距離。

密閉式液壓滲壓計具有較小的響應時間，可用於測量降雨滲入引起的孔隙水壓力快 速變化，因爲潮汐變化引起的壓力變化或疊加載荷或挖掘引起的應力變化。也可用於 進行滲透率的原位測量，在高滲透性區域，應注意觀察多孔隙尖端的極限滲透性。

20.2.5 電子滲壓計

電子滲壓計靠近多孔元件安裝有壓力傳感器，若尖端被去除空氣讓響應時間非常快 速。在需要長期穩定性或長距離傳輸訊號的情況下，換能器通常採用振弦式。電子滲 壓計的主要缺點是需要校準，安裝後檢查困難，應該注意到某些傳感器具有溫度敏感 元件，因此檢查校準應在相當於地下水溫度的環境下進行。再者，通常難以檢查儀器 是否可靠運作。安裝後無法脫氣可能出現誤導性的結果，特別是在不飽和的土壤或含 有氣體的土壤中，如含有甲烷的有機土壤。電子滲壓計不能用於原位滲透率的測量作 業（Penman I960）。

電子滲壓計尚未在香港廣泛使用。

20.2.6 氣壓式滲壓計

氣動系統包括兩個充氣管，將測量點接到靠近多孔元件的閥門上。當輸入管線中的 氣壓等於多孔元件中的水壓時，閥門開始運作保持迴流管線或供應管線的壓力恆定 性。閥門的運作需多孔元件出現小型的體積變化，在不可滲透的黏土讓作業難以執 行。此外，進入管道的污垢可能阻礙閥門的運作，氣壓式滲壓計價格便宜，安裝容易 響應速度快，無法用於原位滲透率的測量（Marsland，1973）。氣壓式滲壓計具有與 電子滲壓計相同的限制，因為進行檢查，安裝後多孔尖端部位無法脫氣。

Handfelt 等人（1987）說明在香港使用氣動滲壓計的狀況。 有驅動期間可用於覆蓋元件的可移除式套筒（Parry ，1971）。在黏土中，推動或驅動 衝擊的滲壓計可剪切並重塑黏土，破壞與多孔元件相鄰的黏土構造，可能導致原位滲

滲壓計密封不良會讓水份深入不同的土壤層中，可能讓讀數變得無意義。通常不推

（McNicholl ＆ Cho，1985）。此技術有賴於地下水的電導率來完成電路設計，在某些 情況下，直到水電導率增加才出現固着，例如添加普通的鹽晶（氯化鈉），直徑測量

另一種使用開放式液壓滲壓計或立管記錄瞬態水位的方法是自動起泡的記錄儀或

「起泡器」系統。在本系統中，小直徑空氣管路安裝在滲壓計尖端下方，氣流小但足 以每分鐘產生幾個氣泡，釋放氣泡所需的空氣壓力等於立管中水位高度產生的水壓。

電子壓力傳感器和 Scanivalve 已用於許多滲壓計的自動記錄作業中（Pope 等人，

1982），系統功能可由微處理器控制，容許讀取的壓力值和每個滲壓計上的停留時間 及讀數間隔時間出現變化。

20.2.9 土壤吸力

測量土壤吸力或負孔隙水壓是在 0 到-80 kPa 的範圍內，可以在工地張力計測量。

高進氣壓力值的陶瓷尖端可在土壤濕度和張力計內的受限儲水值之間達成平衡，真空 計位於張力計頂端，在大於-80kPa 的吸力下，張力計內的水份會氣化並藉由陶瓷尖端 流失，平板 6C 中即爲張力計的實例。

還需考慮張力計內的水柱施加壓力，例如，尖端垂直位於測量儀下方 1.5 米處，可 測量得知最大土壤吸力將降至-65 kPa。當需要在更深的深度抽吸測量時，可挖掘沉箱 並在沉箱的側面安裝張力計（Sweeney，1982）。張力計的可靠性取決於土壤與陶瓷尖 端間的良好接觸及張力計管子與土壤間的良好密封。

為能夠測量超出張力計範圍的土壤吸力，可使用濕度計（Richards，1971）進行測 量，但準確性讓人懷疑，Anderson（1984）對香港邊坡土壤吸力測量加以討論。