地表量測

(1) 即時動態差分法(Real-Time Kinematic，RTK)

即時動態差分法(Real-Time Kinematic，RTK)，建立在即時處理兩個測 站間的載波相位基礎上，利用動態即時差分方法，將可提供觀測點的三維 座標，並達到公分級的精度(Lambiel and Delaloye, 2004)。但其技術會受限 於主站系統誤差改正參數之有效作用距離，因衛星定位誤差的空間相關性 鄰近的實體基準站觀測資料，建構一個虛擬基準站(Virtual Base Station，VBS) 做為 RTK 主站使用，此時該虛擬基準站的觀測數據將會與移動站衛星定位

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點位上停留數秒至數分鐘，就可即時解算點位坐標，可有效地提昇 GPS 測 量的效率。在施測基線兩端各架設一部衛星定位接收儀，於透空度良好之 情況下，同時接收衛星訊號，連續觀測接收一小時以上，相對定位精度可 達 5 mm＋1ppm＊L（L 為基線長度，單位為公里，即一公里 6mm 的精度）， 此為靜態基線測量。

此次宜蘭梵梵研究區域，藉由 GPS 移動式觀測點位、RTK 靜態測量與 地調所原本架設的單頻 GPS 進行基線測量計算，除了能提供 RTK 基站更精 準的絕對座標外，也能獲得不同期的位移場，若能在同時間內有越多測站 資料與確定不動點的參考站越多，分析出來的資訊將越精準，相信能利用 此方法，提升解算單點計算精度與 RTK 基站的絕對位置。

2. 地下觀測系統建置

坡地之活動性在地表下之主要觀測標的有地體剪動量、地體不飽和帶 含水量以及地下水位，本小節針對地下觀測系統之建置內容與現場工作進 行說明。

(1) TDR 坡地地體剪動監測與現場安裝

時域反射儀(time domain reflectometer, TDR)系統為一上孔式概念之新 式監測系統，透過多工器（multiplexer）以及同軸傳輸纜線，可將多點 TDR 不同監測感測器連接，形成一機多工之功能。時域反射儀(TDR，如圖 4.1.2-1 所示)主要由階躍脈衝產生器(step pulse generator)、取樣器(sampler)與示波器 (oscilloscope)組成，其基本原理與雷達相同，由階躍脈衝產生器發射一電磁 波進入同軸纜線(coaxial cable)及感測器(sensor)所組成之電磁波傳輸系統 (transmission line system)，由取樣器記錄感測器內阻抗(impedance)不連續所 造成之反射並顯示於示波器。感測器可視為同軸纜線延伸，同時作為訊號 傳輸與感測之用，感測器設計主要將感測內材料電學變化轉換成傳輸阻抗 變化，如此可藉由反射訊號得知材料電學特性。

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圖 4.1.2-1 TDR 量測系統示意圖

Figure 4.1.2-1 TDR measurement system schematics

TDR 作為坡地地體剪動監測之原理是在於將同軸纜線埋設於有滑動之 現象的岩石或土壤邊坡中(如圖 4.1.2-2、圖 4.1.2-3 所示)，當地層相對錯動 而改變同軸纜線幾何形狀時，TDR 儀器所發出脈衝電磁方波將在同軸纜線 變形處發生訊號反射尖峰(reflection spike)，利用走時進行分析可以定位阻抗 不連續的位置。其優點在於監測變形之同軸纜線為一空間連續分佈之感測 器，相較於傳統的測傾管技術（非空間連續分佈），具有空間解析優勢。

圖 4.1.2-2 TDR 量測系統與訊號傳遞接收示意圖

Figure 4.1.2-2 TDR measurement system and signal transceiving schematics

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圖 4.1.2-3 TDR 變形監測之反射訊號與原理

Figure 4.1.2-3 TDR deformation monitoring reflection signals and working principle

為進行 TDR 剪動量化分析，採用 Lin et al.(2009)之建議，其量化分析 之方法(如圖 4.1.2-4 所示)是將受剪動而產生之負反射訊號之最大值與剪動 量進行線性回歸，其數學式表示為

0 k

ea p /S) ( 

  

... (式 4.1.2-1)

其中 δ 為外部剪動位移量，ρpeak 為反射係數峰值(與初始量測值之差 值)，S 為纜線與周圍束制材料之有效靈敏度； 為使 TDR 波形產生初始反 應 所 需 之 啟 動 位 移 量 ， 經 由 一 次 線 性 迴 歸 求 得 ， 定 義 為 迴 歸 門 檻 值 (regression threshold value)。

圖 4.1.2-4 TDR 錯動變形量化分析方法

Figure 4.1.2-4 Quantitative analysis approach of TDR deformation

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根據現場使用之 RG-8 型纜線配合現場鑽探所得之地層材料與實驗室 室內試驗比對，本計畫所使用之剪動量化估計式為(單位：mm)：

5 ) 0.001071 /

( _peak 

 

 ... (式 4.1.2-2)

此估計式為粗估之位移量，若要取得更為精準之現地位移量供持續位 移監測與門檻預警，需搭配臨近鑽孔或與鑽孔共構之傾斜儀測得位移量標 定有效系統靈敏度 S。

本計畫 TDR 剪動監測纜線安裝於 108-D007-2T 以及 108-D007-3T 孔位 兩處，安裝時根據現場安裝之標準作業流程進行(圖 4.1.2-5)，主要是在鑽探 完成後，將纜線放入孔內並回填水灰比 1:2 之水泥漿，在放置過程中以及回 填完成後皆進行訊號確認，以確保在安裝過程中監測纜線沒有發生損壞之 情形。本計畫配合 SAA (陣列式孔內位移計)之裝設，在 108-D007-2T 孔位 與 1.5 英吋 PVC 管共構安裝, 已於 108 年 8 月 6 日安裝完畢並收錄初始波 形，安裝現況如圖 4.1.2-6 所示；另 108-D007-3T 孔位 TDR 纜線單獨安裝，

已於 108 年 7 月 17 日安裝完畢並收錄初始波形，安裝現況如圖 4.1.2-7 所示。

本計畫為使此監測成效更加卓越，額外規劃於現場安裝交通大學團隊 自主開發之監測主機進行即時監測系統。監測儀器箱已於 108 年 6 月 28 日 於 108-D007-2T 及 108-D007-3T 孔位附近完成裝設，現場安裝實況如圖 4.1.2-8 所示，並於 108 年 7 月 25 日在 108-D007-3T 孔位開始進行自動化監 測，於 108 年 8 月 6 日在 108-D007-2T 孔位開始進行自動化監測。

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圖 4.1.2-5 TDR 剪動監測纜安裝標準流程

Figure 4.1.2-5 Standard installation procedure for TDR deformation monitoring cable

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圖 4.1.2-6 108-D007-2T TDR 監測纜線安裝現況

Figure 4.1.2-6 In-situ installation of TDR deformation monitoring cable in 108-D007-2T

圖 4.1.2-7 108-D007-3T TDR 監測纜線安裝現況 Figure 4.1.2-7 In-situ installation

of TDR deformation monitoring cable in 108-D007-3T

圖 4.1.2-8 108-D007-3T 監 測儀器箱安裝現場配置 Figure 4.1.2-8 In-situ installation

setup of the monitoring system casing in 108-D007-3T

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(2) 淺層含水量監測

淺層含水量監測主要目的是提供做為非飽和土壤層之滑動破壞分析，

甚至達到預警之效益。為使其發揮其功效，並驗證淺層非飽和土壤層破壞 之情形，本計畫目前依現場條件安裝在 108-D007-3T 孔位附近，將其監測 資料透過 108-D007-3T 監測主機即時回傳於室內監測伺服器內。在考量其 含水量量測準確度以及經濟效益後，安裝 Decagon 土壤含水量感測器 GS3 監測淺層土壤含水量 (如圖 4.1.2-9 所示)。GS3 為電容式含水量儀器，目前 已於現場依不同深度安裝 4 支。安裝方法：進行土壤開挖至少 2 公尺深，

將感測器水平插入預計深度後，再將原有土壤回填。本計畫淺層含水量感 測器已於 108 年 6 月 28 日安裝完成，安裝實況如圖 4.1.2-10、圖 4.1.2-11 所示，在 108-D007-3T 孔位附近安裝於地表下 0.5m、1.0m、1.5m 以及 2m 等深度。監測主機同時於民國 108 年 6 月 28 日安裝完成，自動化監測於 108 年 7 月 24 日完成測試正式開始運作，每天可有一筆之監測資料自動回傳至 伺服器。

圖 4.1.2-9 Decagon 土壤含水量感測器 GS3

Figure 4.1.2-9 Decagon soil moisture content sensor GS3

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圖 4.1.2-10 108-D007-3T 淺層 含水量監測安裝過程實況 Figure 4.1.2-10 Installation condition

of the shallow layer soil moisture content monitoring system in

108-D007-3T

圖 4.1.2-11 108-D007-3T 淺層 含水量監測安裝完工實況 Figure 4.1.2-11 Completion of the moisture content monitoring system

installation in 108-D007-3T

(3) 水位觀測井與自記式水壓計裝設

水位觀測井之安裝可有助於透過水位之變化間接了解地體活動之狀 況，配合地質調查之鑽孔，進行了水位觀測井安裝，水位觀測井之安裝示 意圖如圖 4.1.2-12 所示，鑽孔內置入適當大小之開孔 PVC 管，開孔處以篩 網綁紮並回填砂或礫石，在孔口處使用混凝土封填管口，並設置保護管與 頂蓋，以進行保護。而為可有效捕抓地下水位之變動狀態，本團隊於水位 觀測儀器選用上，採用了 Heron dipper logger NANO 自記式水壓計(如圖 4.1.2-13 所示)進行水位紀錄，圖 4.1.2-14 則表示自記式水壓計配置示意圖。

本計畫於 108-D007-1W 及 108-D007-4W 孔位安裝自記式水位計，在 井測調查成果研判後決定進行無分層水位觀測，規劃監測頻率為逐時監 測，視實際分析需求將再進行調整。目前已於 108 年 7 月 10 日完成 108-D007-1W 自記式水位計裝設，安裝現況如圖 4.1.2-15 及圖 4.1.2-16。另

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已於 108 年 8 月 2 日完成 108-D007-4W 自記式水位計裝設，安裝現況如圖 4.1.2-17 及圖 4.1.2-18。

圖 4.1.2-12 水位計安裝示意圖

Figure 4.1.2-12 Schematics of automated groundwater data logger installation condition

圖 4.1.2-13 Heron dipper logger NANO 自記式水壓計

Figure 4.1.2-13 Heron dipper logger NANO automated groundwater data logger

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圖 4.1.2-14 Heron dipper logger NANO 自記式水壓計配置示意圖 (改編自 NANO 自記式水壓計使用手冊)

Figure 4.1.2-14 Schematics of Heron dipper logger NANO automated groundwater data logger installation setup (amended from the manufacturer

manual)

圖 4.1.2-15 108-D007-1W 水 位計安裝過程實況

Figure 4.1.2-15 Installation process of automated groundwater data logger in

108-D007-1W

圖 4.1.2-16 108-D007-1W 水位計安裝完工實況 Figure 4.1.2-16 Completion of automated groundwater data logger

installation in 108-D007-1W

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圖 4.1.2-17 108-D007-4W 水位計安 裝過程實況

Figure 4.1.2-17 Installation process of automated groundwater data logger in

108-D007-4W

圖 4.1.2-18 108-D007-4W 水位計 安裝完工實況

Figure 4.1.2-18 Completion of automated groundwater data logger

installation in 108-D007-4W