台灣地區由於經濟的發展，水資源的需求大幅增加，由於地下水取用方便，
平原區超抽地下水的情形非常普遍，以致西南沿海以及台北和宜蘭地區，相繼發 生嚴重的地層下陷問題。這些下陷地區所衍生的排洪問題與水土資源永久性損害 等問題，使社會付出巨大成本。
2-1 地層下陷的成因及影響
廣義之地層下陷泛指地層向下移動產生地面及地層沈陷之現象，其發生的原 因可概分為天然因素及人為因素兩種，說明如表2-1；而在台灣地區地層下陷區 域已近全島面積之十分之一，主要發生原因可分類如表2-2。
各項原因肇致地層下陷面積範圍各不相同，而造成之環境衝擊大致可歸類下 列數項：
（1）地下水資源容易耗竭
地下水資源涵蓄能力降低地層發生壓密作用，其厚度減少、孔隙率減 低，所能涵養之地下水水量亦相應減少，造成下陷地區之地下水資源容易耗 竭。
（2）地勢低窪易生洪氾
地層下陷區因為地勢低漥，排水系統功能不彰，逢雨易積水不退。沿海 地區，因地勢低陷地面低於海平面，時有暴潮溢淹、海水倒灌之災損。
（3）建築物、工程結構物與維生系統設施損壞
地下水位下降導致地層有效應力增加，無論淺基礎、深基礎或橋墩與橋 台等，因沈陷率不均而損壞，自來水、瓦斯管陷與下水道等維生管線則因彎 曲損壞而洩漏
（4）海水入侵導致地下水鹹化
地層下陷區地下水水位面低於海水面，導致海水侵入地下含水層，造成 地下水鹹化，使得地下水可利用度降低，間接使得土壤鹽化，影響農作物種 植。
（5）濕地生態之轉變
河流水路受地層下陷區地勢低窪影響而改道，除易造成淹水外，部份土 地長期積水不退逐漸發展形成濕地型態。
（6）海水倒灌或海堤潰決
堤岸保護程度減小，維護費用增加，易引起海水倒灌或海堤潰決。
整體而言，地層下陷所在區域易肇致國土流失，地利降低，生活環境品質下 降，社會成本增加等之負面效果。
表 2-1 地層下陷之成因
天然因素 人為因素
1.地殼變動 1.抽取地下水或石油 2.地層自然壓密 2.深基礎開挖及採礦 3.地震 3.工程排水
4.火山爆發 4.結構物重力壓密 5.地盤本身之上升或下沉 5.淺覆蓋開挖 6.其他 6.其他
表 2-2 台灣地層下陷主要發生原因
原因 說明
地下水水位下降
地下水水位下降的原因主要為地下水天然補助量的減 少及地下水的超量使用，導致土體結構的有效應力增 加，發生壓密作用造成沉陷。
地面構造物興建 當地面承載負荷增加時，土體結構的有效應力也隨之增 加，進而發生壓密作用造成沉陷。
深基礎開挖或採礦 當開挖面支撐強度不足時，會引起一定面積之土體移動 產生地面陷落。
新生填土 包括新生填土自然壓密作用及其填築增加原地面荷重 發生之壓密作用。
其他原因 如地殼變動、車輛載重滾壓或地震等。
2-1.1 地層之抽水壓縮行為
地下水屬於天然循環之資源，當人為不當抽用，超出”安全出水量”(safety yield) ， 則 含 水 層 之 水 位 將 產 生 下 陷 的 現 象 ， 此 時 稱 為 地 下 水 超 抽
（Terzaghi,1948）。
抽水引起之地層下陷是複雜的地質災害，其形成之必要條件包括”超量抽用 地下水”及”地層中具有可壓縮之地質材料”，因此，地層下陷大部分發生在含水 豐富而地質軟弱之現代沖積地層，該類地層組織結構複雜，不易評估其壓縮性（柳 志錫，2004）。Terzaghi (1996)指出超抽地下水引起之地層下陷係來自地質材料間 之壓縮或壓密，並顯現於地表高程之降低，其原理為當地層中之地下水位降低 時，土體承受之有效壓力(effective stress)增大，並導致土壤產生壓縮現象。因此 對於地層下陷之偵測，除了調查地面之變動資訊外，探討地層之變形行為也很重 要，方可釐清確實的地層下陷機制，以輔助修正地層下陷之防治方向。地層下陷 監測井因為直接觀測地層的變形，尤其是分層式監測井之觀測分析資料，更可協 助區分不同地層間之變形。單信瑜（1998）指出西部沿海地區的地層下陷與含水 層砂質土壤的高壓縮性有密切的關係。
超抽地下水引起之地層下陷是水土資源開發失調之後遺症，如何正確評估地 層下陷與地下水開發間之互制行為及模式，是地下水資源開發過程中最重要之基 礎工作（柳志錫，2004）。而隨著全球定位系統 GPS 定位技術成熟及精度提升，
整合無線通訊設備元件之遠端監測系統變為可行(朱伯勛，2004)。
2-2 監測方法之分析
地層下陷監測主要可分為地表下陷監測及地下地層變形監測，其中地表下陷 監測主要包括水準測量及GPS 定位測量，其功能為實際偵測地表之陷落量，此 為瞭解地表沉陷最直接之方法；另外地下地層變形監測則是透過地層下陷監測井 之設置，實際監測地下土層之變形行為，所以透過地表及地下之監測方法將可確 實掌握目前地層下陷之變化與機制（水利署，2006）。
在過去進行地層下陷之監測工作時，大多採用直接水準測量之方法進行，
其過程費時費力。GPS定位系統經過二十多年的發展，其技術日臻成熟，並已成 為當前最具便利性、精密性與實用性之衛星定位測量技術。對於地層下陷的監測 工作也已廣泛採用（蔡明達，1998）。洪偉嘉(2002)指出GPS不僅具備測量快速 且利用GPS固定站監測地層下陷更可獲得主要下陷區的日變化量、週變化量及月 變化量，因此在台灣地區利用GPS監測地層下陷為確實可行的方法。
彭淼祥等（2001）施測範圍800平方公里，水準高程的測量精度達1 cm以內；
由同一時期兩個完全重複觀測的GPS網比較，內部精度高程達15 mm、平面精度 達5 mm、基線精度達1.6 mm。由兩個時期GPS網所得到之下陷量與兩個時期水 準所獲得之下陷量驗證精度，由8個驗證數據顯示，GPS與水準作業最大差值 11 mm，平均 4 mm。
郭隆晨（2001）的研究中，台灣 GPS 連續觀測站高程的精度依年份分析的 結果，顯示出精度有逐年提高的趨勢，參見圖2-4。這與 GPS 衛星分布、固定站 數增多及國際參考框架趨於完整與穩定有關。以在台灣基線長平均為200 公里估 算， 1995-2000 年的水平向平均精度約為± 2.5~5.7 ㎜，高程向平均精度約為 7
~15 ㎜；而 2000 年的每週解精度水平向更可達約
±
± 2 ㎜，高程向約 7~9 ㎜。 ±
圖2-1 1995~2000 各年 GPS 連續觀測站基線分量座標高程向之平均精度 下標1 表示每日解，下標 7 表示每週解；
a,b 則是代表精度係數之迴歸值（郭隆晨，2001）
2-3 預測模式之相關研究
預測技術在各領域皆扮演相當重要的角色，而精確的預測成果可以提供決策 者更多的資訊（王成財等，2002）。在高程方面，王德盛（1997）以卡門濾波法
（Kalman Filter）用於水準點位垂直變動情形之預測。
歷年來有不少學者專家就地層下陷總量與速率加以預估，多就地下水抽出後 孔隙水減壓，使有效應力增大導致地盤經力學上之彈性變形與壓密考量（單信 瑜，1997）。
柳志錫（2004）將超抽地下水引起之地層下陷的預測方法大致可分為經驗法
（empirical method）、半理論法（semi-theoretical method）以及理論法（theoretical method）等三類。
(1) 經驗法即是直接推求地層下陷與時間之迴歸關係，並利用外插方式預測未 來可能之下陷量（曹以松，1969）（Vega，1984）（鐘明松等，1997），一般 常用的迴歸關係有二次函數、指數函數及對數函數等。
(2) 半理論法利用地層下陷與相關現象之關係進行預測，例如 Kumai（1969）
與Yamamoto（1984）以抽水量多寡來預測地層下陷量；Lofgren（1969）、
Huang and Wu（1969）及廖日昇等（1990）則直接利用下陷量對地下水位 變化量之比值進行預測；Gabrysch（1969）認為下陷量對地下水位變化量之 比值與黏土之含量有關，因此近一步推導下陷量與黏土含量百分比之關係。
(3) 理論法則根據土壤的力學行為進行解析及預測，因超抽地下水產生之地層 下陷過程涵蓋地下水流動與土壤受壓變形兩步驟；耿慶志等(1994)曾對雲嘉 平原及離島工業區地下水與地層下陷，利用MODFLOW 地下水程式建立水 流模式，並利用Terzaghi 一維壓密理論解沉陷。杜富麗和歐陽湘(1995)利用 COMPAC 模式模擬預測雲林地區地層下陷，可能由於輸入參數部份再壓縮 係數有誤，導致部份模擬結果回彈量過高有違常理。洪明瑞等(1997)認為地 層中土壤分佈複雜，且黏土並非為主要壓縮層，遂以歷時為參數，用雙曲 線法預測下陷量。劉志純等(1997)以 MODFLOW 模擬水流，以 USGS 發展 出之INTERBED 模擬地層下陷量。劉等對砂土層下陷量採線性彈性計算，
認為此模式適合用在如雲林地區黏土層不連續之狀況。徐享崑等(1997)依據
改良之Terzaghi 單向度壓密公式，發展多層土壤壓密沈陷程式。其模擬預 測結果與觀測值比對沈陷量的急速增大與回彈反映模式可能有誤。賈儀平 和陳鴻泉(1997)利用 ABAQUS 程式分析台西地層下陷，土壤部份利用 Biot 三維壓密理論，利用試誤法調整模型致滿意後，進行預測。蘇苗彬等(1997) 利用Terzaghi 壓密理論，將土層以黏土層當量觀念分層分析，但用試誤法 求得參數。
台灣沿海地層下陷問題的嚴重後果正漸漸浮現。近年來許多研究者均致力於 了解地層下陷的現況、成因與補救方法，但往往無法確認引起地層下陷的因素，
而使的預測成效有限。就以往沿海地層下陷區之狀況判斷，在過去二十年中，地 下水位下降高達 10 ~ 20 m，對淺層土壤而言就可能已造成了約 2 m 以上大幅的 沉陷；然而這部份的下陷隨地下水位的停止下降而停止。目前沿海地區抽水深度
而使的預測成效有限。就以往沿海地層下陷區之狀況判斷，在過去二十年中，地 下水位下降高達 10 ~ 20 m，對淺層土壤而言就可能已造成了約 2 m 以上大幅的 沉陷；然而這部份的下陷隨地下水位的停止下降而停止。目前沿海地區抽水深度