分析震前地下水位變化的可能性必須考慮地震、降雨、氣壓等因素。回顧仁 愛地震發生前，並沒有規模大於 4 的地震，發生時間最接近 6 月 11 日且規模大於 4 的地震為 6 月 6 日 9 時 49 分在宜蘭蘇澳地震站南方 13.6 公里規模 4.8 的地震；
震央最接近且規模大於 4 的地震，則是發生在 5 月 30 日 8 時 58 分在南投名間地 震站北偏東方 4.0 公里規模 4.1 的地震，因此我們可以排除為仁愛地震前一小時的 異常水位變化是前震造成的。
日月潭雨量站的降雨記錄顯示震前兩天僅有零星的降雨量，6 月 9 日 17 時至 18 時兩小時內分別累積 1.9 及 1.3 公釐雨量、6 月 10 日 14 時至 15 時兩小時內分 別累積 0.4 及 0.8 公釐雨量，比對雨量與水位記錄，我們發現震前零星降雨並無明 顯的水位變化；反而是震後 6 月 12 日 13 時、18 時兩次分別達 22.7 公釐、42.5 公 釐的降雨，造成水位於三小時內逐漸緩慢上升了 5 公分的變化，可知較大量的雨 量會影響水位，出現緩慢上升的變化型態。
4-2. 2000 年地下水位變化分析
2000 年 6 月 9 日至 13 日坪頂一號井的水位變化，震前異常水位變化的原因 初步排除是由前震、降雨等因素造成，然而在未檢視長時間水位歷線圖之前，並 無法確認此一現象是否在水位記錄中重複出現過。檢視仁愛地震發生當年的全年 地下水位記錄，與 BATS 系統中芮氏規模大於 5.0 的地震、日月潭站之雨量及大 氣壓力記錄以及水位記錄之一小時水位變化進行比較分析（圖 4.2），釐清是否有 任何與仁愛地震類似的震前水位變化記錄。
坪頂一號井 2000 年的水位記錄品質良好，連續性頗佳（圖 4.2(d)），除了 6 月 11 日仁愛地震的同震水位變化外，仍有一些較為異常之水位變化。水位記錄於 二月、三月、八月、十月各出現了一次水位突然上升或下降，這些現象發生的時 間具有一致性，均為各月一日凌晨零時，經查證乃是每月人為調整水位誤差之故。
-10.0
920 大氣壓力 (millibar)
(c)
2000 年的芮氏規模大於 5.0 的地震如圖 4.2(a)，平均每月至少發生一次。規模 大於 6.0 的地震共發生了三次，其中仁愛地震規模 6.7 為所有地震中最大的一個，
造成同震水位上升 22 公分的變化，其他兩次地震分為是 2000 年 7 月 29 日 4 時 28 分規模 6.1 之地震，造成同震水位上升 2 公分的變化，以及 2000 年 9 月 10 日規模 6.2 之地震，此地震並未造成同震水位變化。
日月潭雨量站的記錄顯示，全年的降雨量在三月底至四月的梅雨季及夏季六 至八月較多，其餘月份的降雨零星（圖 4.2(b)）。與地下水位變化比較，短期豪雨 不會立刻對地下水位造成明顯的影響，而是以每小時 1 至 2 公分（圖 4.1）漸近式 的上升變化型態為主。季節性的累積雨量則會造成地下水位隨乾溼季出現趨勢性 之波動，夏季降雨較多時地下水位呈上升變化趨勢，而冬季降雨較少時，水位呈 現下降變化，可能是因為含水層較深，降雨經由地層進入井管的過程緩慢，因此 延遲了地下水位變化時間。
檢視 2000 年日月潭氣壓站的小時記錄，除了幾次颱風伴隨的低氣壓外，全 年氣壓值大約維持在 900 至 910 毫巴的範圍內（圖 4.2(c)）。八月的強颱碧利斯 在水位記錄上留下影響痕跡，圖 4.3 顯示碧利斯颱風經過台灣前後所帶來的雨量、
氣壓及水位記錄，颱風帶來低氣壓時尚未下雨，因此可知 8 月 22 日之水位緩慢上 升為氣壓降低所致，當颱風離開、氣壓回升後水位開始下降，然而卻高於原本水 位變化趨勢，這是由於颱風所帶來之降雨逐漸下滲所造成的。
將地下水位記錄中濾除人為調整的變化後，我們發現在一小時水位變化的分 析上，全年背景值的變動幅度為 1 公分，因此能突顯其他一小時內水位變化大於 3 公分的數值；其中最大的水位上升變化即為仁愛地震的同震 22 公分變化，颱風 伴隨低氣壓引發的水位上升與下降的變化相對而言較小，最大值約為 7 公分，而 仁愛地震震前 5 公分下降也十分突出。
坪頂一號井對於大氣壓力的反應較雨量敏感，低氣壓可以立即造成較大幅度 的水位上升變化；降雨則需於短時間累積較多雨量，才能逐漸造成水位小幅上升 的變化。將氣壓、降雨與同震上升前的異常下降相比，在水位變化方向與幅度上 並不符合，且持續的時間較氣壓及降雨造成的變化短，因此可以排除此兩項因素 是造成震前水位異常的原因。
201.90
8/19 8/20 8/21 8/22 8/23 8/24 8/25 8/26
810 線式的不鏽鋼管，分別設於地面下 144-150 公尺、156-162 公尺、168-174 公尺、
180-186 公尺及 192-198 公尺處，總長為 30 公尺。觀測井之水位記錄起始時間為
-黃色泥及細砂互層，可視為隔水層，中段含水層在地下 144-205 公尺，沉積物為 黃-灰黃色粗礫，間隔 205-260 公尺為淡灰-黃色泥礫及細砂互層，亦可視為隔水 層，下段含水層在地下 237-260 公尺，沉積物為灰-暗灰色粗砂。雖然鑽鑿至 260 公尺深，但由於第三層含水層尚未鑿穿，因此觀測井僅設至 204 公尺處。綜合地 層岩心、井測記錄可建立當地之地層柱狀圖（圖 4.4）。且由沉積物分析得知，各 含水層含泥量頗高。水力試驗的結果顯示，坪頂一號井的靜水位深度為 95.77 公 尺，單位洩降出水量（Q/s）為每公尺每小時 0.154 立方公尺（cmh/m），由於水 位對大氣壓力反應敏感，推測係屬受壓之礫石含水層（水利局，1996）。
圖 4.4 坪頂一號井地層柱（中央地質調查所，1996）
坪頂一號井位於為斗六丘陵北端，濁水溪沿其北側從東向西流入沖積扇、清 水溪則於其東側由南向北流入濁水溪，所在之處正好劃分了西部沖積平原及東側 山麓地區。斗六丘陵以頭嵙山層為主，西側平原為現生沖積層，東側山麓地區出 露的地層包括卓蘭層、錦水頁岩、桂竹林層及階地堆積。觀測井位在的斗六丘陵 的林內背斜軸軸部，鄰近的南北向斷層包括彰化斷層、車籠埔斷層及大茅埔—雙 冬斷層（圖 4.5）。
圖 4.5 坪頂一號井附近區域地質圖（中央地質調查所，2004）
4-4. 地下水位對 1997 年至 2005 年芮氏規模 5.5 地震之反應
為瞭解坪頂一號井對於其他地震的同震水位反應，本研究蒐集 1997 年至 2005 年在東經 119°10´至 122°10´、北緯 21°10´至 25°10´之間、深度小於 300 公里內發 生芮氏規模大於 5.5 的地震，分析井水位對這些地震的反應，結果指出在坪頂一 號井引發同震水位變化的地震規模多大於 6.0，僅有兩次地震規模小於 6.0（表 4.1）。從水平方向分析，引發坪頂一號井出現同震反應的多為中部地區、震央距 離在 100 公里以內的地震，引發同震反應的比例大於 50%（表 4.2，圖 4.6）；從
垂直向分析，得知坪頂一號井的水位對於深度在 20 公里以內的地震較有反應（圖 4.7），而對深度超過 20 公里的地震未曾出現同震反應（表 4.3）。
在這 78 次地震中，規模大於 6.0 的地震較易造成坪頂一號井出現同震反應；
由震央距離及深度進行區分，可以看出震央距小於 100 公里、深度小於 20 公里發 生的地震較易引發同震反應。造成同震反應的地震震央多位在台灣中部地區的陸 地上，外海發生的地震則不易對井水位產生影響。
表 4.1 1997 年至 2005 年坪頂一號井同震水位變化 日期 時間 芮氏
規模
同震 反應
水位變化 (cm)
震源距 (km)
地震深度 (km)
1998/07/17 12:51 6.2 上升 3 28.5 2.8 1999/09/21 01:47 7.3 下降 -87 22.8 8.0 1999/09/21 02:03 6.6 下降 -217 25.6 9.8 1999/09/22 09:04 6.8 上升 3 45.6 15.6 1999/09/26 07:52 6.8 下降 -14 41.0 12.1 1999/10/22 10:19 6.4 上升 6 38.0 16.6 2000/05/17 11:25 5.6 上升 4 68.3 9.7 2000/06/11 02:23 6.7 上升 22 53.6 16.2 2000/07/29 04:28 6.1 上升 2 49.7 7.4 2001/03/02 12:37 5.8 上升 5 39.7 10.9 2001/12/18 12:03 6.7 上升 2 206.5 12.0 2002/03/31 14:52 6.8 上升 10 164.8 13.8 2003/12/10 12:38 6.4 上升 3 110.9 17.7
圖 4.6 坪頂一號井對芮氏規模大於 5.5 之同震反應分布圖
表 4.2 1997 年至 2005 年引發坪頂一號井同震水位變化之地震震源距離統計表 震源距(km) 地震次數 反應次數 百分比(%)
0-50 12 8 66.67 50-100 4 2 50.00
100-200 29 2 6.90
200-300 21 1 4.76
>300 5 0 0.00
表 4.3 1997 年至 2005 年引發坪頂一號井同震水位變化之地震深度統計表 深度(km) 地震次數 反應次數 百分比(%)
0-10 15 5 33.33
10-20 24 8 33.33
20-30 6 0 0.00
30-70 9 0 0.00
>700 17 0 0.00
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
0 50 100 150 200 250 300 350
震央距(km)
深度(km)
0-10km 10-20km 20-30km 30-70km
>70km 同震反應
圖 4.7 坪頂一號井水位對 1997 年至 2005 年芮氏規模大於 5.5 地震之反應在縱剖 面上的分布
圖 4.8 為坪頂一號井對 1997 年至 2005 年之間出現同震反應前後 48 小時的水 位歷線圖，地震造成的同震水位反應定義為發生在 0 至 1 小時之間的變化；縱座 標為地下水位的相對變化，除了 1999 年 9 月 21 日的同震水位變化單位為 100 公 分，其餘地震事件的水位變化單位為 20 公分。圖中右側標示了地震事件發生的日 期，同震水位變化處則標示了同震反應的地下水位變化量。
1998 年 7 月 17 日的同震水位反應為上升，於兩小時內分別上升 3 公分及 5 公分，震後水位維持高於震前水位。1999 年 9 月 21 日的同震水位反應為下降，
於兩小時內分別下降 87 公分及 217 公分，水位降至低點後再逐漸回升，穩定後的 水位略高於震前水位；同月 26 日的同震變化也是下降，於一小時內下降 14 公分，
震後與震前水位變化趨勢並無明顯差異；同年 10 月 22 日的同震變化為上升 6 公 分，震後一天左右，水位就回復至原本變化趨勢。2000 年 5 月 17 日的同震水位 反應為上升 4 公分，震後水位同樣僅維持半天略高於震前水位，之後就回復原本 變化趨勢；同年 6 月 11 日的反應為同震上升 22 公分，震前一小時下降 5 公分，
而震後水位明顯高於震前水位；同年 7 月 29 日的同震反應為上升 2 公分。2001 年 3 月 2 日的同震水位反應為上升 5 公分；同年 12 月 18 日的同震反應仍是上升。
2002 年 3 月 31 日的同震水位反應也是上升，於兩小時內分別上升 4 公分及 10 公 分，而震後水位略高於震前水位。2003 年 12 月 10 日的同震水位反應為上升 3 公 分。
綜觀所有同震水位反應，除了 1999 年集集地震及其餘震時出現同震水位下降 之反應外，其他的地震皆引發同震水位上升。集集地震引發的同震水位變化幅度 最大，於兩小時內下降約 3 公尺，其餘地震造成的同震水位反應皆在數公分至數 十公分之間；2000 年 6 月 11 日仁愛地震的同震水位變化幅度是第二大的。坪頂 一號井的水位反應有時需要超過一小時才會完成，反映出其含水層之透水性較低
綜觀所有同震水位反應，除了 1999 年集集地震及其餘震時出現同震水位下降 之反應外，其他的地震皆引發同震水位上升。集集地震引發的同震水位變化幅度 最大，於兩小時內下降約 3 公尺，其餘地震造成的同震水位反應皆在數公分至數 十公分之間；2000 年 6 月 11 日仁愛地震的同震水位變化幅度是第二大的。坪頂 一號井的水位反應有時需要超過一小時才會完成，反映出其含水層之透水性較低