在砂箱試驗的乾燥過程中佈設三維地電阻測線，以調查及監測砂箱土 壤之電阻率分布隨時間的變化情形，而經由砂箱試驗模擬現場佈設之 TDR 感測器與張力計所得體積含水量、導電度以及土壤基質吸力，可模擬於現 地土層直接率定地電阻所需場址參數及土水特徵曲線關係。本章節則利用 前述所得砂箱模擬之現地土層電學性質與各含水特性的率定結果，對地電 阻監測砂箱乾燥過程中，各時間點之地電阻率剖面變化作相關含水特性影 像詮釋，以探討地電阻法調查與監測地層含水特性的可行性。
砂箱試驗過程中，三維地電阻監測所得資料經相關反算軟體進行分 析，以獲得砂箱土壤真實的電阻率分佈，而透過時間序列反算法以第一筆
初始反算結果為後續各時間點量測結果的反算基準，可比較後續各監測結
面上看不出明顯的改變，但深度4cm 以下的右側土層在 48 小時以後電阻率 便開始有顯著的正成長，顯示電探剖面中下半部土壤的水分流失速度較表 層土壤來得快速，研判可能因施做砂箱試驗的地點為室內實驗室，表層土 壤並不若現地表土易受風吹日曬等因素影響，故乾燥的速度相對較為緩 慢，另一方面，由於電探所探測範圍僅佔砂箱表面約10cm 深的土層，下方 仍有40cm 深的乾燥土壤提供上方水份的入滲路徑，因此在表面土層乾燥速 率緩慢的前提下，若下方土壤的入滲速率相對較為快速，便有可能造成上 述砂箱試驗中土壤水分於乾燥階段中的變化結果，而比對各試驗時間點之 砂箱側視照，如圖4- 31 所示，各乾燥過程中，水份明顯向 10cm 以下土層 入滲，且表面約 5cm 內的土壤則持續相對的濕潤，與上述所得推論具有一 致性。
圖4- 28 地電阻法反算結果剖面位置示意圖
圖 4- 30 x=10cm 處電阻率差異百分比剖面
圖4- 31 砂箱試驗乾燥過程各時間點側視照
透過時間序列反算法所得各時間點監測結果之電阻率差異百分比剖 面，以x=10cm 處的整體電阻率剖面分佈隨砂箱試驗時間有較為明顯的電阻 率變化，因此嘗試以該位置的地電阻監測反算結果，如圖4- 32 所示，利用 前述章節於砂箱直接率定之地電阻場址參數與土水特徵曲線，將各地電阻 剖面轉換為體積含水量剖面與土壤基質吸力剖面，以對砂箱土壤做進一步 的含水特性影像詮釋。
式所定義的電場分佈並不相同，地電阻法是假設電流於半無限域的地層中 流動，且電流流動方向與等勢能線相互垂直，而TDR 脈衝電磁波具有量測 方向性，因此欲利用TDR 量測系統所率定關係進行地電阻剖面轉換之前，
必須先對兩套量測系統所得土壤導電性質做相關的比對工作。
由圖4- 33 顯示，兩 TDR cone 感測器所埋設深度為 5cm，因此取各監 測時間點的三處電阻率平均值與兩TDR cone 所得導電度倒數後之電阻率平 均值來做比較，分別為：1.x=0cm、y=25~30cm、z=5cm 剖面與 x=15cm、
y=25~30cm、z=5cm 剖面之電阻率平均值，2. x=0cm、y=0~55cm、z=5cm 剖 面與x=15cm、y=0~55cm、z=5cm 剖面之電阻率平均值，3.總體電阻率平均 值。比較結果如圖4- 34 所示，各曲線皆呈現非常一致的變化趨勢，且由最 接近兩TDR 感測器的電阻率剖面，即 x=0cm、y=25~30cm、z=5cm 剖面與 x=15cm、y=25~30cm、z=5cm 剖面之電阻率平均值，皆與 TDR 感測器所得 電阻率值相當接近，誤差約在 50（ohm-m）以內，約略顯示兩種方法所得 到的電阻率值差異性並不大，因此嘗試直接以地電阻法所得各電阻率剖面 進行含水特性剖面之轉換。
圖4- 32 x=10cm 處地電阻剖面
0
0 5000 10000 15000 20000 Time (min)
電阻率 量不大，各時間點皆呈現濕潤的狀態，但在剖面深度 2~5cm、y=40~50cm 處，以及5cm 以下、y=25cm~40cm 左右的含水量值則有明顯降低的趨勢，
顯示土壤逐漸呈現乾燥的狀態，故此含水量剖面於砂箱試驗乾燥過程中隨 時間的變化趨勢，與經由電阻率剖面所研判砂箱土壤水分的整體變化結果 具有相當的一致性。
接著經由含水量剖面分佈，再利用該砂箱土樣土水特徵曲線關係，進 一步將含水量剖面轉換為土壤基質吸力剖面，如圖4- 36 所示，與含水量剖 面的結果相似，隨乾燥時間逐漸增加，大部分表層 5cm 內土層的基質吸力 並 無 顯 著 變 化 ， 但 在 深 度 2~5cm、y=40~50cm 處，以及 5cm 以下、
y=25cm~40cm 左右的位置，則隨著乾燥時間越長，土壤水分向下入滲而導 致該處基質吸力明顯上升，與各時間點經轉換後所得含水量剖面有相對應 的變化行為。
而上述經由各率定關係所得體積含水量剖面與基質吸力剖面的剖面 值，則受到TDR cone 感測器於砂箱試驗乾燥階段的率定過程中，TDR 感測 器對導電度與含水量的感應空間範圍（sample volume）大小不同而產生延 遲效應，且砂箱試體無法達到與率定模相對較為均質的分布，因而對砂箱 的率定結果產生一定程度的影響，因此連帶影響率定關系轉換後的剖面 值，不過以整體的變化趨勢而言，仍與地電阻剖面的監測結果有相當程度 的一致性，因此初步由以上結果顯示，本研究中所提出利用TDR 與張力計 於現場率定現地土樣之電學性質與含水特性的關係，再利用地電阻法透過 上述關係對地電阻監測剖面進行含水特性詮釋的研究概念，應可對於地層 的含水特性分佈變化較為直接而明確的掌握。
表4- 6 砂箱試驗乾燥階段各率定關係參數值
Model 待定參數值
廣義 Archie’s Law σ= A⋅θm A=0.0207、m=0.7669
SWCC θ=θr +
(
θs −θr)
/(
1+( )
αψ n)
mset θs =0.4、θr =0、m=1-1/n α=1.2691、n=1.3248
圖 4- 35 轉換後體積含水量剖面
圖4- 36 轉換後土壤基質吸力剖面