美國華盛頓州的重要含水層補注區(Critical Aquifer Recharge Area,CARA)

美國華盛頓州「重要含水層補注區」(Critical Aquifer Recharge Area, CARA) 的劃設，為保護地下水飲用水源之水質與水量而設。法源依據為「成長管理法」

(Growth Management Act)，理由為事前的保育比污染事後的清除省錢，美國環保 署估計事後的清除費比事前的保育費用高達 5 至 200 倍(USEPA, 1995)。

「成長管理法」明訂各地方政府必需劃設「重要保護區」(Critical Areas)，

其對「重要含水層補注區」(Critical Aquifer Recharge Area, CARA)的定義為：該 地為飲用水源之含水層之補注區域(areas with a critical recharging effect on aquifers used for potable water)。

該含水層及補注區的劃設可經由水文地質調查為之。保護的標的不只是水 質，尚包括補注水量，例如水泥鋪面的禁止，以免減少雨水入滲量。保護的優 先次序考慮使用現況及未來使用，主事者需親自調查該區的現有水井，並衡量 未來的開發需求，以訂出保護的優先次序。

圖 2.4-1 辨別標示出井頭保護帶(圖中紅點為水井、綠圈為井頭保護帶)

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步驟：共有 8 個步驟(Morgan, 2005)。

(1)辨別(Identify)：地下水資源在哪裡？水井的分布？井的使用現況？水資 源的現況及含水層的分布。針對飲用水水井，標出井頭保護帶(圖 2.4-1)。「安全飲用水法」(Safe Drinking Water Act, SDWA)也提供飲 用水水井之保護法源依據。該法規定需調查飲用水源附近之潛在的污 染源(potential contamination sources)。除了公有井列為第一順位保護，

私有井(家戶使用)也應加以保護。

井頭保護帶(Wellhead Protection Zones)：為一緩衝帶，在該水井為中 心之某半徑範圍內設立保護帶。依水井之重要性，以半年、一年、五 年、十年的緩衝時間設立保護範圍。即在保護帶外之污染進入含水層 後，需夠長的時間才會進到水井中，以保護水源(USEPA, 1989)。

(2)污染敏感度(Susceptibility)：指自然條件是否容易受到污染，例如地下水 面、土壤層、含水層、不透水層的分布及水文參數等。區域性的地下 水污染敏感圖通常可用 Drastic 方法產生(圖 2.4-2 及圖 2.4-3)。

(3)調查(Inventory)已知的可能污染源： 例如油槽、工廠、洗衣店、農業活 動等。

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圖 2.4-2 美國 Georgia 州之污染敏感圖

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圖 2.4-3 美國 Georgia 州之污染敏感圖局部放大

圖 2.4-4 重要地下水補注保護區的劃設，美國華盛頓州 Issaquah 市，分成三類：

第一區為 1-5 年的井頭保護區、第二區為 10 年的井頭保護區、第三區為高補注 區。

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地方政府的執行層面，圖 2.4-4 為美國華盛頓州 Issaquah 市「重要地下水補 注保護區的劃設」，分成三類：第一區為 1-5 年的井頭保護區、第二區為 10 年 的井頭保護區、第三區為高補注區。圖 2.4-5 及圖 2.4-6 為華盛頓州 King County

「重要地下水補注保護區」的分布圖(King County, 2010)。所有位於第一區及第 二 區 的 工 商 業 ， 持 有 一 定 數 量 以 上 的 危 害 化 學 物 質 ， 需 擬 定 BMP(Best Management Practice)計畫，載明化學物質的清單、處理方法、儲存方法、廢棄 方法等(City of Issaquah, 2009)。

圖 2.4-5 重要地下水補注保護區的劃設，美國華盛頓州 King County，也是分成 三類。

資料來源：http://www.kingcounty.gov/environment/waterandland/groundwater/maps-reports/maps.aspx

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圖 2.4-6 重要地下水補注保護區的劃設，美國華盛頓州 King County，局部放大。

(資料來源：

http://www.kingcounty.gov/environment/waterandland/groundwater/maps-reports/ma ps.aspx)

2.4.2 喬治亞州的地下水補注區(GRAD, Groundwater Recharge Area District)

美國喬治亞州的地下水補注區屬於水資源保護區(Water Resource Districts) 的一部份。該州的水資源保護區分為四類：地下水補注區、濕地、水源集水區、

河流(Georgia Department of Natural Resources, 2010)。其中地下水補注區的劃設，

主要依 據喬 治亞 自然 資源 部的 第 18 號水文 圖(Hydrological Atlas 18, 1989 Edition)，根據圖上的補注範圍(圖 2.4-7)，再依據第 20 號水文圖－地下水污染敏 感圖(groundwater pollution susceptibility map)(圖 2.4-8)，將地下水補注區分成三 類：高危險、中危險及低危險。

第 18 號及第 20 號水文圖的原始比例尺為 50 萬分之一，此兩幅圖已數值化，

可 上 網 查 詢 喬 治 亞 理 工 學 院 和 美 國 地 質 調 查 所 合 作 數 值 地 圖 ， 網 址 http://csat.er.usgs.gov/statewide/。但因比例尺太小，實際上地方政府在執行時，

有時邊界並不清楚，州政府建議有疑問時(引起爭議時)，地方政府應尋求專業水

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文地質師進行補查。

地下水補注區之土地使用法規(Georgia Department of Natural Resources, 2010)：

(1) 地上油槽及化學槽，超過 660 加侖，需有預備的空槽(萬一偵測到洩漏時、

可緊急接替)。

(2) 農業廢棄物掩埋場需有不透水材料襯墊。

(3) 社區需設污水道及污水處理設施。

(4) 社區若沒有自設污水處理設施，需將污水送至公有污水廠處理。

(5) 污水處理若不合規定，不得核發建照。

(6) 持有危害物(hazardous materials)超過一萬磅，危害物的定義根據 Resource Conservation and Recovery Act 第 312 條，需鋪設不透水材料襯墊，並通 過防洩漏及防火之法規。

(7) 新設污水廠需鋪設不透水材料襯墊。

圖 2.4-7 美國喬治亞州的地下水補注區(數值圖來源：美國地質調查所之地

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圖資料庫 http://csat.er.usgs.gov/statewide/layers/recharge.html)

圖 2.4-8 美國喬治亞州的地下水補注區局部放大圖及圖例(數值圖來源：美 國地質調查所之地圖資料庫 http://csat.er.usgs.gov/statewide/layers/recharge.html)

2.4.3 台灣的地下水保護

台灣的水源保護以環保署公告之「飲用水水源水質保護區」為之，目前只 有公告地面水之保護區，並沒有保護地下水之水源(圖 2.4-9)。

根 據 環 保 署 土 壤 及 地 下 水 污 染 整 治 網 的 公 告 http://sgw.epa.gov.tw/public/index.asp，屏東縣共有 10 處污染列管場址(表 2.4-1)，

其中位於內埔鄉的場址，即屬於主要補注區的範圍。

為保護珍貴的地下水資源，特別是飲用水的水源，應儘速公告「地下水補 注區」或「地下水飲用水水源水質保護區」，並管制其土地利用，防範污染，

國外的案例顯示，事後的清理除了曠日費時，其費用也比事前管制高出許多。

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428、 429、430、

431、432-6(部分) 地號

非法棄

置場址 2005/11/28 砷;鉻;銅;汞;

鎳;鉛;鋅/無

65 至淺層之非侷限含水層(Unconfined aquifer)，甚至是較深層之受壓侷限含水層 (Confined aquifer)；而漸至沖積扇尾地區，近地表之沉積物則逐漸轉變為厚層之 泥層，形成良好之難透水層(Aquitard)。由沉積物之導電特性來看，飽和之礫石 層與泥層具有截然不同的反應，一般而言，礫石層具有較高之視電阻率(約 10~100 Ohm-m)，而泥層視電阻率則極低(約 1~10 Ohm-m)，依上述礫石層與泥

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層之電阻特性，因此可由地電阻剖面上辨識出沖積層之礫石與泥層分布之情況，

配合已有之鑽井資料，即可快速的協助判斷及確定厚層礫石所形成的補注區域 的範圍。預期在測線完成後，配合該區域的鑽井資料，能建立一套快速且經濟 的補注區範圍判釋做法標準，並且提供本地區之基礎地下探測資料，協助未來 繼續進行補注區域範圍劃設之作業。(圖 3.1-1)

圖 3.1-1 利用地電阻方法補充調查地下水補注區邊界之作業流程示意圖

3.1.1 二維地電阻調查原理

(一) 地電阻率測勘原理

ㄧ般影響地下地層電阻的因素有岩性、礦物組成、含水量、孔隙率、孔隙 水組成及溫度等，當地層層序變化造成明顯的層間電阻率對比，或是欲探測地 下不同電阻率目標之存在，例如隧道、埋藏金屬物、未爆彈(UXO)等，就適合用

地下水補注區劃設

評估分析成果 觀測井柱狀圖

地下水補注區邊界初判 觀測井附近之標準地電阻

測試測線

沿初判邊界現地之地電阻測線施測

修訂地下水補注區邊界

沿不明邊界之地電阻測線補充施測 一維地電阻施測

資料反演算

地下水補注邊界判斷劃設

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地電阻方法作為探測工具。地電阻法之測勘原理，乃利用直流電或低頻交流電 流經由一對電極(A、B)通入地下，於地下建立人工電場，並利用另一對電極(M、

N)測量電場在 M、N 間之電位差(如圖 3.1-2)，根據此計算地層的視地電阻率 (Apparent Resistivity)，進而再運用反推計算方法推求地層真實地電阻率(True Resistivity)。

圖 3.1-2 地電阻探測儀器示意圖

根據歐姆定律，電流(I)與電壓(V)成正比，與電阻(R)成反比

V =I R ... (式 3.1-1) 當電流通過不同的地質材料時會因為電阻性質不同，而測得不同的電位差；

電阻性質的大小則又決定於電流流過地質材料之流線長度和流線之總截面積，

以及物質的內部性質(即電阻率(ρ))有關，可進一步表示為

... (式 3.1-2) ... (式 3.1-3) 上式中，R 為電阻，ρ 為電阻率， l 為電流流線的長度， A 為電流線的總 截面積。在任一均質的地表通入電流強度為 I 之直流電，因為空氣為絕緣體，所 以電流會由導入點呈放射狀向外流出，成為一個半球面(如圖 3.1-2)體。而電流 是等量的分配在每一個地方，故距離通入電流之 r 處，電位(V)也相等，且在均 質的地表定義極薄的殼層為 dr。

68 運用上述原理，可進行地電阻法(Geoelectric Resistivity Method)之測勘，原 理為：假設在均質的地面上任意佈上四根電極(A, M, N, B)，經由一對電極(A, B) 導入直流電或低頻之交流電，於地下建立人工電場；並利用另一對電極(M, N) 測量電場在 M, N 間之電位差如圖 3.1-3，根據此即可計算該地層的視電阻率 (Apparent Resistivity)由式 3.1-5 推出

   

但往往視電阻率並不能代表地下地層的真實電阻率(True Resistivity)，而是 1 1

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表示在對應之電極排列下，所有小於此深度的電性地層的綜合效應，而要求得 地下地層的真實電阻率及深度需經過反演計算(逆推)的軟體處理才可求得，並繪 出地層的電性影像，綜合上述的結果統稱為“地電阻率的剖面影像法”。

(二) 二維地電阻影像剖面

地電阻量測可以藉由改變上述電極排列方式以及施測之位置與順序，以測 得不同解析度、不同測深範圍之地電阻率剖面。常見的地電阻測勘的電極排列 法甚多，各有其探測上的優點與限制，野外施測所選定使用的方法，則視欲探 測目標及施測地點的地形而異。一般基本之常用電極排列有：溫奈排列(Wenner Array)、施蘭卜吉排列(Schlumberger Array)、雙偶極排列(Dipole-dipole Array)及 雙極排列(Pole-pole Array)等。

溫奈排列法優點在於其排列方式為對稱，且排列時電位極位於電流極之間，

可克服大部分之隨機雜訊(random noisy)，以減少實驗造成的誤差，且施測總展 距適當，不會如雙極排列法需將遠端電極拉至施測展距十倍遠，可減少實際在 野外測試時候操作性與避免因電極較遠而造成雜訊過大的情形，整體相較之下 訊號比較其他方式為高，訊號品質較好。

雙偶極排列法優點在於此法較不受到地形限制，且施測容易，但在施測上 相當耗時，主要依加大間距獲取較深層之電性地層資料。一般而言，施蘭卜吉 排列與溫奈排列較常應用於地層平緩區域作垂直探勘(Sounding)；雙極排列與雙

雙偶極排列法優點在於此法較不受到地形限制，且施測容易，但在施測上 相當耗時，主要依加大間距獲取較深層之電性地層資料。一般而言，施蘭卜吉 排列與溫奈排列較常應用於地層平緩區域作垂直探勘(Sounding)；雙極排列與雙