第五章 飽和土層場址監測成果及時間域水壓推估
5.2 台 20 線監測場址
5.2.4 台20線水壓推估模式擬合成果
本計畫飽和土層土壤邊坡共有台 20 線 52k+150 處與台南市市道 175 線 50K+500 地滑區兩處場址，但考量市道 175 線為 109 年 2 月裝 設，截至109 年 10 月尚無颱風侵台或強降雨事件，降雨量少的情況下，
市道175 線地下孔隙水壓上升幅度有限，因此選擇以台 20 線 52k+150 處邊坡之雨量與水位監測成果來應用 5.1 節建立之時間域孔隙水壓推 估模式來評估台20 線崩積層依時水力反應。
擬合主要採用台 20 線場址 107 年 7 月至 10 月之雨量與 ID 05 水 位井觀測資料進行一維入滲數值模型率定，主要降雨事件發生於夏季，
而11、12 月無明顯降雨事件，期間可歸納出共 14 場降雨事件。並選定 期間五場有效水位抬升事件(event A to E)來率定數值模型，如圖 5.16 所 示，五場短降雨延時水位抬升事件整理如表 5.3 所示(相關降雨特徵定 義請參考圖 5.9)。其中 2018/8/13 至 2018/9/18 因現場雨量計故障，因 此期間雨量資料採用鄰近甲仙雨量站資料作為替代。
圖
5.16 場址崩積層地下含水層水位觀測結果(2018年7月至12月)
表
5-3 場址短降雨延時之有效水位上升事件整理
有效降雨事件(event) A B C D E 降雨開始時間 t0 2018/7/18
11:00
2018/7/20 12:00
2018/7/22 09:00
2018/8/9 17:00
2018/10/7 11:00 水位上升時間 t1 2018/7/19
11:00
2018/7/21 11:00
2018/7/22 16:00
2018/8/10 13:00
2018/10/8 13:00
Event A一維垂直入滲FDM模型如圖5.17所示，地表面節點編 號為i=1代表實際高程為292 m，考量各有效降雨事件最低水位高 程約為281.5 m，模型底部設置於高程280 m處，以保留模型入滲與 滲漏致使水位變化時，保留足夠之模型空間，其節點編號為i=N+1，
依據試誤法模型將分割為60等份(N=60)，其節點間隔(Δz)為20 cm，
並以時階(Δt)為4 sec之間隔進行有限差分，此配置可達最佳運算效 率並且不影響模擬結果。而Event A最佳擬合參數整理如表5-4所示，
擬合求得之VG模式SWCC參數為一擬參數(pseudo parameters)，為 統整三維地形影響、崩積層均質性不佳、土層非飽和性質等效應之 結果。
圖
5.17 深層場址 event A 一維垂直入滲 FDM 模型
表5-4 Event A最佳擬合參數
降雨事件(Event A)下短期水位模擬成果請參考圖5.18，在水位 上升前(時間t0→t1)，地下水位變化僅由滲漏量Q控制，Q值之計算
圖5.18 降雨事件下短期水位模擬成果(Event A)
所得率定後之台20線一維入滲數值模型可用於推估不同降雨 特徵下，時間域上孔隙水壓依時反應，對於降雨引致飽和土層滑動 破壞之類型，降雨事件開始後，需特定時間才能由地表入滲與上游 水位補注至地下水層，降雨開始到孔隙水壓抬升至臨界狀態(破壞) 所需時間差可作為預警時間，研究發展之時間域孔隙水壓推估模 式，可於現地雨量監測值回傳降雨特徵後，即時完成滾動分析推估 未來坡體地下孔隙水壓變化，如此，可爭取到孔隙水壓達臨界值前 之預警時間發布警報，以利相關單位進行防災反應。
此處，將所得之孔隙水壓依時反應結合傳統無限邊坡深層滑 動分析，其安全係數之計算如式2.14所示，對於同一邊坡場址而言，
其邊坡剪力強度參數不變，其坡體安全係數變化關鍵在於孔隙水 壓比(u h /w dcr)，其中hw可改為一依時因子，即未來特定時間區間 內之孔隙水壓反應hw(t)，可由時間域孔隙水壓推估模式輸入降雨 特徵求得，並以極限平衡評估未來特定時間內的安全係數變化，則 台20線 場 址 坡 體 依 時 安 全 係 數 評 估 結 果 如 圖 5.19所 示 ， 圖 中 以
event A依時水位結果作為範例，可預測坡體對應之安全係數變化，
依時水位預測為未來60小時水位變化，最高水位將發生於目前時 間後33.6小時，最高水位為285.67 m，對應之安全係數為1.04。
圖
5.19 無限邊坡下場址坡體依時安全係數評估結果
水位進行一次性分析，或是以一均佈降雨(uniform rainfall)施加於 數值模型坡面上，探討持續入滲造成之坡體應力應變關係，上述方 式無法帶入真實降雨模式(rainfall pattern)與實際地下水壓依時變 化。對於台20線52k處場址而言，每場降雨事件開始至引發水位開 始抬升之所需時間約在24小時左右，透過已率定模型，在降雨事件 發生時，可立即評估水位抬升引致邊坡安全係數小於1之降雨事件，並提前預知水位抬升至最高點所需時間，如此，可爭取足夠預警時 間，讓相關責成單位進行疏散、禁行等措施。
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