本 節 利 用 台 灣 地 區 之 地 層 下 陷 井 實 測 分 層 壓 縮 資 料 及 分 層 地 下 水 位 資 料 進 行 測 試 ， 分 别 針 對 單 一 地 層 及 複 合 地 層 進 行 測 試 。
(1) 單一礫石含水層
在 各 地 層 下 陷 區 中，屏 東 地 區 擁 有 最 厚 之 礫 石 質 含 水 層，尤 其 枋 寮 附 近 地 層 中 已 絕 大 部 份 屬 於 礫 石 層 ， 因 為 透 水 係 數 相 當 高，地 下 水 位 變 化 瞬 間 轉 化 為 地 層 中 之 效 應 力 變 化，因 此 無 時 間 效 應 及 應 力 歷 史 問 題 ， 需 篩 選 之 參 數 只 有 一 個Sk e g。測 試 例 位 於 屏 東 縣 佳 冬 國 小 深 度 117~185 公 尺 之 地 層 ， 及 枋 寮 國 中 67~129 公 尺 之 地 層，兩 地 層 均 以 礫 石 質 為 主，參 數 (Sk e g)之最 佳 化 搜 尋 範 圍 限 制 在 0.0000001~0.00001 m- 1之 間，透 過 遺 傳 演 算 法 而 得 之 礫 石 層 架 構 彈 性 參 數 最 佳 化 值 分 別 約 為 0.0000157 m- 1 及 0.00000673 m- 1。 兩 地 點 礫 石 層 之 架 構 彈 性 壓 縮 參 數 換 算 成 體 積 壓 縮 係 數 分 別 約 1.57×10- 9 m2/N及 6.73×10- 1 0 m2/N， 這 與 第 三 章 由 現 場 實 測 資 料 估 算 之 體 積 彈 性 壓 縮 係 數 (1~1.3×10- 9 m2/N)相 當 接 近 ， 顯 示 參 數 評 選 結 果 相 當 合 理 。
圖 5-9 及 5-10 為 枋 寮 國 中 及 佳 冬 國 小 測 試 含 水 層 民 國 85 年 10 月 至 92 年 10 月 之 實 測 及 模 擬 預 測 歷 線 比 較 圖 ， 其 間 之 吻 合 程 度 佳 ， 平 均 誤 差 約 5%。
枋寮礫石層(58~113m)
84/10/28 86/3/11 87/7/24 88/12/6 90/4/19 91/9/1 93/1/14
地層壓縮量(cm)
85/5/15 86/9/27 88/2/9 89/6/23 90/11/5 92/3/20 93/8/1
地層壓縮量(cm)
下 層 之 土 壤 屬 於 砂 土 層，所 以 視 為 雙 向 排 水 狀 態。兩 黏 土 層 因 地 點 及 深 度 相 近，推 測 其 基 本 壓 密 性 質 亦 應 相 近，但 因 其 所 處 之 含 水 層 次 (含 水 層 二 )在 兩 地 之 抽 用 型 態 相 差 很 大 ， 彰 化 西 港 地 區 之 現 況 為 地 下 水 持 續 受 超 量 使 用，水 位 頻 創 歷 史 新 低，因 此 地 層 處 於 正 常 壓 密 狀 態 而 發 生 較 明 顯 之 壓 縮；但 豐 安 國 小 近 五 年 來 水 位 持 續 呈 現 上 升 趨 勢，地 層 可 能 已 有 部 份 處 於 過 壓 密 狀 態，導 致 壓 縮 量 逐 漸 變 小 (圖 5-11)。
含水層二水位
y = 0.0018x - 80.647
y = -0.0026x + 63.877
-40.00 -35.00 -30.00 -25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00
82/1 83/6 84/10 86/3 87/7 88/12 90/4 91/9 93/1
地下水位高程(m)
西港國小 豐安國小
圖 5-11 西港國小與豐安國小之含水層二水位歷線圖
西 港 國 小 之 主 要 壓 縮 地 層 因 為 推 測 屬 於 正 常 壓 密 狀 態，且 觀 測 起 始 點 之 地 下 水 位 高 程 約 -20 公 尺 ， 因 此 對 於 前 期 最 低 水 位 之 範 圍 設 定 介 於 零 與 起 始 模 擬 水 位 值 (約 -20m)之 間，其 他 參 數 之 限 制 範 圍 則 合 理 設 定 如 下 :0.00001 ＜ kv c＜ 0.01( 單 位 :m/year) ； 0.000001＜Sk e c＜ 0.01(單 位 :m- 1)；0.00001＜Sk i c＜ 0.01(單 位 :m- 1)；
經 由 模 式 執 行 最 佳 化 之 結 果 ， 其 垂 直 向 水 力 滲 透 性 係 數 (kv c) 約
0.00323 m/year, 地 層 架 構 彈 性 壓 縮 參 數 (Sk e c)約 0.000524 m- 1，非
86/3/11 87/7/24 88/12/6 90/4/19 91/9/1 93/1/14
地層壓縮量(cm)
比 較 兩 測 試 例 之 模 擬 結 果，可 以 發 現 豐 安 國 小 之 非 彈 性 及 彈 性 壓 縮 係 數 相 近 ， 且 彈 性 壓 縮 係 數 (Sk e c=0.0007816 m- 1)略 小 於 非 彈 性 壓 縮 係 數 (Sk i c=0.0008934 m- 1)， 此 現 象 類 似 黏 土 之 解 壓 回 脹 指 數 (swelling index)及 再 壓 縮 指 數 (recompression index)；且 與 西 港 國 小 之 彈 性 壓 縮 係 數 (Sk e c=0.000524 m- 1) 相 差 不 大 ， 顯 示 模 擬 之 結 果 與 第 四 章 之 實 測 資 料 分 析 結 果 相 類 似 近 (參 考 圖 3-31)，該 層 黏 土 在 彰 化 地 區 屬 於 正 常 壓 密，但 在 雲 林 地 區 屬 於 輕 微 過 壓 密 狀 態 。
另 外 探 討 最 佳 化 所 選 之 地 質 參 數 的 合 理 性，以 地 層 架 構 非 彈 性 壓 縮 參 數 (Sk i c)而 言，其 除 以γw即 等 於 土 壤 力 學 所 定 義 之 體 積 壓 縮 係 數 (mv)， 所 以 西 港 國 小 mv值 約 6.3×10- 7 m2/N， 此 值 比 現 場 實 測 之 mv值 (參 考 3-2-3 節 mv約 6.38×10- 8 m2/N)約 大 十 倍。另 外 以 垂 直 向 透 水 係 數 (kv c)而 言 ， 西 港 國 小 約 1.02×10- 1 0 m/sec (0.00323 m/year)， 豐 安 國 小 約 5×10- 1 2 m/sec (0.00015 m/year)， 而 一 般 低 塑 性 黏 土 或 粉 土 之 室 內 透 水 試 驗 值 約 介 於 10- 8~10- 1 0 m/sec(水 利 署 ， 2003)， 篩 選 出 之 透 水 係 數 則 有 偏 小 的 現 象 。
(3) 單一厚層砂土層
以 彰 化 西 港 國 小 之 60-90 公 尺 砂 土 層 當 測 試 例，該 層 屬 於 中 細 砂 ， 假 設 地 下 水 位 變 化 超 過 2 公 尺 (降 伏 水 頭 )時 即 產 生 完 全 塑 性 變 形，其 地 層 非 彈 性 壓 縮 參 數 (Sk i c)之 範 圍 限 制 0.000001~0.001 之 間 ， 經 遺 傳 演 算 法 推 求 之 地 層 架 構 非 彈 性 性 壓 縮 參 數 (Sk i c) 約 0.000135 m- 1， 圖 5-14 為 民 國 86 年 8 月 至 92 年 10 月 計 算 值 與 實 測 值 之 比 較 ， 其 平 均 誤 差 僅 5%， 趨 勢 穩 合 程 度 很 高 。 其 架 構 壓 縮 參 數 換 算 成 體 積 壓 縮 參 數 約 1.38×10- 8 m2/N， 此 數 值 約 為 利 用 現 地 實 測 之 日 壓 縮 量 與 日 水 位 變 化 之 互 制 關 係 (圖 3-32)推 求 值 (5.71×10- 9 m2/N)的 二 倍，數 值 雖 然 有 些 差 距 但 整 體 趨 勢 仍 在 可 接 受 之 範 圍 。
雲林豐安國小黏土層(126~156m)
84/10/28 86/3/11 87/7/24 88/12/6 90/4/19 91/9/1 93/1/14
地層壓縮量(cm) 模擬計算值
86/3/11 87/7/24 88/12/6 90/4/19 91/9/1 93/1/14 94/5/28
地層壓縮量(cm)
地 區 之 金 湖 國 小 ( 約 為 概 念 分 層 之 含 水 層 二 的 範 圍 ) 及 屏 東 枋 寮 國 中 地 表 至 深 度 200 公 尺 間 之 地 層 進 行 測 試 ( 地 層 分 布 如 圖 5-15)。
200 m 100 m 0 m
200 m
金湖國小