臺灣地區地下水區水文地質調查及地下水資源評估－地下水補注潛勢評估與地下水模式建置(4/4)

計畫編號：101-5926901000-03-01

臺灣地區地下水區水文地質調查及地下水資源評估

地下水補注潛勢評估與地下水模式建置 (4/4)

Hydrogeology investigation and groundwater resource assessment for Taiwan：

Groundwater recharge estimation and model simulation (4/4)

期末報告

委託機關：經濟部中央地質調查所 執行單位：國立交通大學土木工程系 中華民國一○一年十二月

II

計畫編號：101-5926901000-03-01

臺灣地區地下水區水文地質調查及地下水資源評估

地下水補注潛勢評估與地下水模式建置 (4/4)

Hydrogeology investigation and groundwater resource assessment for Taiwan：

Groundwater recharge estimation and model simulation (4/4)

期末報告

委託機關：經濟部中央地質調查所 執行單位：國立交通大學土木工程系 計畫主持人：張良正

III

摘要

經濟部自民國 81 年起執行「臺灣地區地下水觀測網整體計畫」，於臺灣地

區九個地下水區及恒春和澎湖地區，進行地下水觀測井網建置及水文地質調查

研究，執行期程分三期共十七年。此計畫之執行除了建立臺灣地區之地下水觀

測系統以及水文地質資料庫外，並進一步釐清了臺灣地區重要地下水區之水文

地質架構，且據此初步釐訂濁水溪沖積扇和屏東平原之地下水補注區，惟後者

仍有待進一步評估確認。本計畫係依據「臺灣地區地下水區水文地質調查及地

下水資源評估計畫」(98 年至 101 年)實施進度之規劃，分別進行濁水溪沖積扇及

屏東平原地下水區之地下水補注潛勢評估與地下水模式建置，本年度為全程計

畫之第四年，完成屏東平原之現地補充調查、建置分散型地下水歷線法、建置

暫態數值模式，並綜合前述兩項結果於屏東平原區域抽水量與補注量等地下水

水平衡評估，以及確認地下水主要補注區範圍等五大項目，並以主要補注區範

圍建議與屏東平原區域抽水量與補注量推估等為本計畫最重要成果。

地下水主要補注區範圍之建議部分，本計畫綜合高補注潛勢區、高地電阻

區與高溶氧區三者，並搭配岩心鑽探柱狀圖與數位地表高程(DTM)等資訊，得出

屏東平原主要補注區分布。其主要範圍包含屏東平原北區與南區，北區包含旗

山鄉、美濃鄉、高樹鄉、里港鎮、鹽埔鄉、長治鎮及內埔鄉，南區部分包含萬

巒鄉、潮洲鄉與新埤鄉。

屏東平原區域抽水量與補注量之推估部分，本計畫綜合分散型地下水歷線

法與數值模式之結果，推估得屏東平原全區之垂向補注量為 17.65 億噸，上游山

邊側向流入量為 3.13 億噸，下游海岸側向流入量為 0.23 億噸，三項總合之系統

總流入量為 21.01 億噸。於系統流出量方面：含水層一抽水量 1.33 億噸，含水

層二抽水量 4.40 億噸，含水層三抽水量 4.12 億噸，流失量 11.11 億噸，四項總

合之系統總流出量為 20.96 億噸。

在現地補充調查試驗部分，可區分為地電阻調查與水質調查兩項，本年度

已完成 6620 公尺二維地電阻現地量測，並以其為基礎判識高電阻區域之分部布，

屏東平原的高電阻區域邊界與沖積扇的扇緣雷同，大致分為南、北兩個分區，

北側為荖濃-隘寮溪沖積扇補注區邊界，自吉洋觀測井之西側與里港觀測井之東

邊，往南至九如觀測井之東側、海豐觀測井東側，向東南延續至建興觀測井西

側，最後經老埤觀測井西側至東側大武山區；南側林邊-力力溪沖積扇補注區邊

界則由萬巒觀測井之南側往西南，至潮州觀測井之東側後，從萬隆觀測井與新

埤觀測井中繼續往南，最後經大響二觀測井之西方至屏東平原最南側。在水質

調查方面，101 年調查屏東平原南部—林邊溪及力力溪扇頂至扇尾地區，共進行

IV

地面水 12 處、地下水 29 站 65 口井採樣與化驗。完成了溶氧帶及硝酸鹽帶的範

圍，以利補注區的判斷。並於調查得知地面水及扇頂地下水大都以碳酸氫鈣水

質為主，只有少數地下水偏碳酸氫鈉。地下水歷年導電度與濁水溪扇頂比較，

屏東地區扇頂地下水並沒有增加的趨勢。

關鍵字：分散型地下水歷線法、地下水模式、地下水補注潛勢與地電阻調查

V

結論與建議

一、結論

(一) 主要補注區劃定

本計畫綜合高補注潛勢區、高地電阻區與高溶氧區三者，並搭配岩心鑽探

柱狀圖與數位地表高程(DTM)等資訊，得出屏東平原主要補注區分布。其主要範

圍包含屏東平原北區與南區，北區包含旗山鄉、美濃鄉、高樹鄉、里港鎮、鹽

埔鄉、長治鎮及內埔鄉，南區部分包含萬巒鄉、潮洲鄉與新埤鄉。

(二) 補注量及抽水量推估

本計畫應用分散型地下水歷線法進行評估，綜合屏東平原淺層與深層觀測

井，分析取 1999~2010 年之水平衡。此外，分散型地下水歷線法亦針對事件降

雨量與補注量進行線性回歸，如有 100(mm)之累積降雨降於屏東平原，約可貢

獻將近 62 百萬噸之補注量。而於數值模式方面，則應用 MODFLOW 建立地下

水數值模式，以 1999~2010 年地下水位資料進行淨補注量之檢定，平均檢定誤

差約 0.4 公尺。

本計畫綜合分散型地下水歷線法與數值模式之結果，推估得屏東平原全區之

垂向補注量為 17.65 億噸，上游山邊側向流入量為 3.13 億噸，下游海岸側向流

入量為 0.23 億噸，三項總合之系統總流入量為 21.01 億噸。於系統流出量方面：

含水層一抽水量 1.33 億噸，含水層二抽水量 4.40 億噸，含水層三抽水量 4.12 億

噸，流失量 11.11 億噸，四項總合之系統總流出量為 20.96 億噸。

(三) 主要補注區對全區地下水系統水量、水質之影響

本計畫建置之數值模式，除可用於推估抽水量與補注量外，亦可用於探討

主要補注區管制與否對地下水系統之影響，本計畫分別從水量與水質方面來進

行分析。

在水量方面，分別統計屏東平原與主要補注區之面積與垂向補注量，統計

結果為屏東平原面積為 1231.26 平方公里，整體之垂向補注量為 17.65 億噸，主

要補注區面積為 367.57 平方公里(約佔平原面積三成)，主要補注區內之垂向補注

VI

量為 12.19 億噸(約佔整體垂向補注量七成)。因此若主要補注區內未妥善管理開

發行為，而導致區域內透水面積大減，將大幅降低整體補注量，影響系統水平

衡甚劇。

在水質方面，搭配水質模式(MODPATH)進行評估，假設無妥善管理主要補

注區內的污染行為，在 200 年內污染物質已傳輸至第一含水層(F1)之下游沿海處，

部分污染物質則進一步滲透至深層含水層(F2 與 F3)，顯現主要補注區除可提供

大量補注量外，對深層地下水之水質影響亦極為重大。

(四) 資料之檢視與補遺

本計畫全面檢視屏東平原地下水觀測網，自 1999 年至 2010 年間之地下水

位資料，發現少數水井存在一定程度之誤差與缺漏，若直接應用將產生相當之

誤導，故需進行資料校正與補遺。資料之缺漏部分，本計畫係以人工方式配合

統計相關分析進行補遺，並逐站進行之。資料之誤差部分，疑似有一定程度之

儀器校正誤差，此種誤差雖然可由資料明確顯示出，惟卻難以程式自動校正，

故以人工方式逐站修正之。

(五) 現地補充調查試驗

1. 地電阻調查分析:

二維地電阻調查分析部分，本計畫 100 年度完成屏東平原地區共 7240 公尺

二維地電阻現地量測，並進行一維地電阻半施蘭卜吉(Half-Schlumberger)探測結

果之反演，地電阻量測之高電阻區域，與ㄧ維反演深度 30 公尺資料相符，除了

在美濃與內埔測線有些微不同之外，其他段測線並沒有太大爭議。101 年度完成

屏東平原地區共 6620 公尺二維地電阻現地量測，因屏東平原的沖積由大塊礫石

快速轉變為砂泥互層，而非轉為砂層再轉為泥層，故屏東平原二維地電阻量測

結果顯示，高電阻區域邊界與沖積扇的扇緣雷同，並可作為主要補注區判視之

參考。剖面影像解析亦大致上反映了地質分佈之狀況，因此印證先前本計畫認

為可以利用地電阻剖面影像描繪阻水層分佈之假設。

2. 水質調查分析:

地下水之高溶氧帶由高樹、新南至大響及枋寮等。硝酸鹽帶的分布再往西、

分布更廣。扇頂地下水水大都以碳酸氫鈣水質為主，只有少數地下水偏碳酸氫

鈉，此現象應為陽離子交換的結果。只有一口井導電度有偏高，有 2 口井的導

VII

電度有增加的趨勢，與濁水溪扇頂比較，屏東地區扇頂地下水並沒有鹹化現象。

屏東地區扇頂區的硝態氮濃度皆小於 10mg/l(環保署飲用水源水質標準)。統計沿

海含水層共 27 口觀測井，87-101 年之導電度，前幾年有變鹹、但近年有變淡的

趨勢。地下水氨態氮以西南靠海側較高，為泥質地層較多的中下游，可能由地

層中的有機物溶解/降解。

VIII

二、建議

(一) 地下水位資料時間上之延續性與空間上之完整性，將大為影響後續資料之

應用與加值，因此地下水位觀測資料品質之好壞，乃是觀測站網能否發揮

其預期效益之關鍵，應持續加強站網之維護與資料蒐集之改善。

(二) 比流出率及儲水係數為地下水歷線法及相關研究之重要參數，建議在經費

充足情況下，應增加複井抽水試驗數量，以提高地下水相關分析之可靠度。

其中尤以非受壓含水層儲蓄水量之變化量佔整體變化量之絕大部分，因此

應優先進行複井抽水試驗

(三) 本年度已完成屏東平原地下水主要補注區劃設，惟在二維地電阻調查部分，

因內埔觀測井至老埤觀測井附近場地不佳，因此無法取得最佳位置施測，

故內埔老埤地區測線分布較為不足，參考中央地質調查所鑽鑿之屏科大 1

號井及 2 號井岩心紀錄後，本計畫研判此一地區屬於隆起之礫石台地，因

此初步建議排除在補注區範圍之外，惟建議就此一地區未來可能增加地質

鑽井以協助補注區劃設研判。

(四) 由於屏東地區為由數個發源於潮州斷層以西之山區沖積扇所共同組合而成，

部分聯合幾個沖積扇之補注區，在各個沖積扇靠斷層之側向扇緣交接區域，

也可能有厚層泥質地層存在，但因地電阻施測耗時較多，侑於期程之限制，

因此無法就扇頂其餘部分進行普測，因此易忽略局部的扇緣泥層部分，建

議將來對於扇頂部分進行更詳細之地電阻施測，以釐清局部泥層之延伸情

況。

(五) 未來應針地下水補注區之降雨垂向入滲、扇頂區農牧及土地利用、化糞池、

工商業(例如工業區、加油站)可能的影響進行調查研究與評估，以有效保護

珍貴的地下水資源。

IX

目錄

摘要 ... III 結論與建議 ... V 目錄 ... IX 圖目錄 ... XI 表目錄 ... XVI 第一章 前言 ... 1 1.1 計畫緣起及目的 ... 1 1.2 計畫區域概述 ... 2 1.3 計畫工作項目及內容 ... 7 1.4 計畫研究流程 ... 12 第二章 資料收集及彙整 ... 15 2.1 前期相關研究 ... 15 2.2 研究資料蒐集 ... 29 2.3 地下水位資料品保及品管 ... 41 2.3.1 地下水位資料缺漏及補遺 ... 41 2.3.2 地下水位資料異常及處理 ... 54 2.4 國內外地下水水資源保護現況 ... 55

2.4.1 美國華盛頓州的重要含水層補注區(Critical Aquifer Recharge Area,CARA) .... 55

2.4.2 喬治亞州的地下水補注區(Groundwater Recharge Area District,GRAD) ... 60

2.4.3 台灣的地下水保護 ... 62 第三章 現地補充調查試驗與主要補注區綜合分析 ... 65 3.1 屏東地區扇頂地電阻測勘 ... 65 3.1.1 二維地電阻調查原理 ... 66 3.1.2 二維地電阻現地施測方式 ... 71 3.1.3 二維地電阻現地施測結果 ... 78 3.1.5 應用地電阻於補注區初步分析 ... 97 3.2 屏東平原扇頂地面水及地下水水質調查分析 ... 99 3.2.1 研究方法與步驟 ... 105 3.2.2 資料分析結果 ... 114 3.2.3 地下水水質調查成果彙整 ... 152 3.3 主要補注區範圍綜合分析 ... 153 第四章地下水歷線法分析 ... 166 4.1 分散型地下水歷線法理論概述 ... 166 4.1.1 地下水位內插 ... 167 4.1.2 蓄水量計算 ... 169

X

4.1.3 以蓄水量歷線分析主要退水線(Master Recession Curve, MRC) ... 169

4.2 地下水歷線法綜合分析... 172 第五章 地下水數值模擬與應用分析 ... 176 5.1 地下水數值模式建置與應用流程 ... 176 5.2 地下水暫態數值模式建置 ... 178 5.2.1 MODFLOW 簡介 ... 178 5.2.2 邊界條件與格網劃分 ... 179 5.2.3 模式資料輸入 ... 182 5.2.4 參數檢定方法 ... 185 5.2.5 檢定誤差統計分析 ... 190 5.3 地下水補注量與抽水量分析 ... 193 5.4 主要補注區對地下水資源影響分析 ... 202 參考文獻 ... 205 附錄 A 屏東平原觀測水位 ... A-1 附錄 B 本年度工作會議 ... B-1 附錄 C 期中報告審查意見及辦理情形 ... C-1 附錄 D 期末報告審查意見及辦理情形 ... D-1 附錄 E 本年度計畫出國研習訪查報告 ... E-1

XI

圖目錄

圖 1.2-1 林園-枋山水文地質剖面 ... 3 圖 1.2-2 阻水層分布區示意圖 ... 4 圖 1.2-3 屏東平原地下水觀測網站井分布圖 ... 6 圖 1.4-1 主要補注區範圍建議評估流程 ... 13 圖 1.4-2 各工作項目之相互關係圖 ... 14 圖 2.1-1 在受壓含水層及非受壓含水層之地下水位深度 ... 16 圖 2.1-2 地下水補注潛勢相互影響因子概念圖 ... 23 圖 2.1-3 屏東平原入滲潛勢分級區域圖 ... 25 圖 2.1-4 屏東平原區域補注分級區域圖 ... 25 圖 2.2-1 含水層 1(F1)43 口地下水觀測井分布圖 ... 33 圖 2.2-2 含水層 2(F2)28 口地下水觀測井分布圖 ... 34 圖 2.2-3 含水層 3(F3)35 口地下水觀測井分布圖 ... 35 圖 2.2-4 吉洋站與吉洋工作站地下水位關係圖 ... 36 圖 2.2-5 中央氣象局屏東平原雨量站位置圖 ... 39 圖 2.3-1 地下水位缺漏資料年代分佈圖 ... 48 圖 2.3-2 地下水位資料缺漏未達 10 天以缺漏段兩端點為準以線性內插進行補遺 ... 49 圖 2.3-3 地下水位資料連續缺漏超過 10 天之補遺標準作業程序 ... 50 圖 2.3-4 篩選可信度較低的資料點後再以線性迴歸進行補遺 ... 51 圖 2.3-5 依標準作業流程之水井補遺結果 ... 51 圖 2.3-6 昭明(1)井因儀器校調偏差之水位異常資料：(a)處理前；(b)處理後 ... 54 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) ... 55 圖 2.4-2 美國 Georgia 州之污染敏感圖 ... 57 圖 2.4-3 美國 Georgia 州之污染敏感圖局部放大 ... 58 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。 ... 58 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。 ... 59 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。 ... 60 圖 2.4-7 美國喬治亞州的地下水補注區 ... 61 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 ... 62 圖 2.4-9 環保署公告之飲用水水源水質保護區，目前並不含地下水水源， ... 63 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 ... 66 圖 3.1-2 地電阻探測儀器示意圖 ... 67 圖 3.1-3 電流流動示意圖 ... 68 圖 3.1-4 溫奈排列(Wenner Array)排列方式示意圖 ... 69 圖 3.1-5 施蘭卜吉排列(Schlumberger Array)排列方式示意圖 ... 70

XII 圖 3.1-6 雙偶極排列(Dipole-dipole Array)排列方式示意圖 ... 70 圖 3.1-7 雙極排列(Pole-Pole Array)排列方式示意圖 ... 70 圖 3.1-8 二維地電阻剖面影像探測示意圖 ... 71 圖 3.1-9 地電阻輪替式(Roll-along)陣列施測方式示意圖 ... 72 圖 3.1-10 地電阻平移式陣列施測方式示意圖 ... 72 圖 3.1-11 屏東平原 50 公尺半展距一維地電阻分布圖 ... 74 圖 3.1-12 屏東平原 100 年度高電阻區域邊界 ... 75 圖 3.1-13 屏東平原 100 年度地高電阻區域初估邊界... 77 圖 3.1-14 萬巒邊界測線之佈設位置圖... 78 圖 3.1-15 萬巒邊界二維地電阻影像剖面與萬巒觀測井岩心資料 ... 79 圖 3.1-16 赤山測線之佈設位置圖 ... 79 圖 3.1-17 赤山二維地電阻影像剖面與赤山觀測井岩心資料 ... 79 圖 3.1-18 老埤邊界測線之佈設位置圖。 ... 80 圖 3.1-19 老埤邊界二維地電阻影像剖面與老埤觀測井岩心資料 ... 80 圖 3.1-20 屏科 A 測線之佈設位置圖... 81 圖 3.1-21 屏科 A 測線二維地電阻影像剖面 ... 81 圖 3.1-22 屏科 B 測線之佈設位置圖 ... 82 圖 3.1-23 屏科 B 測線二維地電阻影像剖面 ... 82 圖 3.1-24 吉洋 B 測線之佈設位置圖 ... 83 圖 3.1-25 吉洋 B 二維地電阻影像剖面與吉洋觀測井岩心資料 ... 83 圖 3.1-26 美濃 A 測線之佈設位置圖... 84 圖 3.1-27 美濃 A 二維地電阻影像剖面與吉洋觀測井岩心資料 ... 84 圖 3.1-28 美濃 B 測線之佈設位置圖 ... 84 圖 3.1-29 美濃 B 二維地電阻影像剖面與吉洋觀測井岩心資料 ... 85 圖 3.1-30 美濃 C 測線之佈設位置圖 ... 85 圖 3.1-31 美濃 C 二維地電阻影像剖面與吉洋觀測井岩心資料 ... 86 圖 3.1-32 美濃 D 測線之佈設位置圖... 86 圖 3.1-33 美濃 D 二維地電阻影像剖面與吉洋觀測井岩心資料 ... 86 圖 3.1-34 瑪家 A 測線之佈設位置圖... 87 圖 3.1-35 瑪家 A 枯水期二維地電阻影像剖面與瑪家觀測井岩心資料 ... 88 圖 3.1-36 瑪家 A 豐水期二維地電阻影像剖面與瑪家觀測井岩心資料 ... 88 圖 3.1-37 瑪家 B 測線之佈設位置圖 ... 88 圖 3.1-38 瑪家 B 枯水期二維地電阻影像剖面與瑪家觀測井岩心資料 ... 89 圖 3.1-39 瑪家 B 豐水期二維地電阻影像剖面與瑪家觀測井岩心資料 ... 89 圖 3.1-40 隘寮溪南岸測線之佈設位置圖 ... 90 圖 3.1-41 隘寮溪南岸枯水期二維地電阻影像剖面 ... 90 圖 3.1-42 隘寮溪南岸豐水期二維地電阻影像剖面 ... 90 圖 3.1-43 隘寮溪北岸測線之佈設位置圖 ... 91

XIII 圖 3.1-44 隘寮溪北岸枯水期二維地電阻影像剖面 ... 91 圖 3.1-45 隘寮溪北岸豐水期二維地電阻影像剖面 ... 91 圖 3.1-46 瑪家 C 測線之佈設位置圖 ... 92 圖 3.1-47 瑪家 C 豐水期二維地電阻影像剖面 ... 92 圖 3.1-48 一維地電阻測點位置 ... 94 圖 3.1-49 一維地電阻半施蘭卜吉(Half-Schlumberger)測深法... 95 圖 3.1-50 屏東平原電性三維影像。 ... 96 圖 3.1-51 屏東平原高電阻區域邊界 ... 98 圖 3.2-1 研究區域及採樣井位置 ... 101 圖 3.2-2 地下水還原系列示意圖(Chapelle,2001) ... 102 圖 3.2-3 水文地質剖面... 102 圖 3.2-4 地下水導電度分布圖(2001 年) ... 103 圖 3.2-5 地下水硝態氮濃度分布圖(2001 年) ... 104 圖 3.2-6 美國 Hydrolab 水質測棒 ... 105 圖 3.2-7 屏東平原地下水之溶氧與硝態氮濃度分布，綠色線以東為溶氧大於 1mg/l 的區域120 圖 3.2-8 扇頂地下水之主成份三角圖 ... 124 圖 3.2-9 地面水之主要離子分類 ... 125 圖 3.2-10 地面水與地下水之主要離子... 126 圖 3.2-11 隘寮堰 2007-2011 年地面水之導電度 ... 130 圖 3.2-12 隘寮溪-高屏溪流域地面水之導電度 ... 130 圖 3.2-13 隘寮溪流域地面水與地下水之導電度 ... 131 圖 3.2-14 荖濃溪沖積扇地下水歷年導電度 ... 135 圖 3.2-15 隘寮溪沖積扇地下水歷年導電度 ... 135 圖 3.2-16 林邊溪及力力溪沖積扇地下水歷年導電度... 136 圖 3.2-17 荖濃溪及隘寮溪沖積扇觀測井垂向地下水導電度 ... 137 圖 3.2-18 林邊溪及力力溪沖積扇觀測井垂向地下水導電度 ... 138 圖 3.2-19 屏東平原 2012 年地下水之導電度 ... 145 圖 3.2-20 沿海地下水之導電度(1997-2012 年) ... 146 圖 3.2-21 屏東平原 2012 年地下水之氨態氮分布 ... 151 圖 3.3-1 地下水主要補注潛勢分數分布區 ... 154 圖 3.3-2 主要補注區綜合分析圖(里港一帶) ... 156 圖 3.3-3 N3 二維地電阻影像剖面圖 ... 156 圖 3.3-4 里港岩心柱狀圖 ... 157 圖 3.3-5 地表高程變化圖(老埤一帶) ... 158 圖 3.3-6 老埤站岩心柱狀圖 ... 159 圖 3.3-7 N12 老埤二維地電阻影像剖面圖 ... 159 圖 3.3-8 主要補注區綜合分析圖(萬巒一帶) ... 161 圖 3.3-9 S9 測線二維地電阻影像剖面 ... 161

XIV 圖 3.3-10 S4 測線二維地電阻影像剖面 ... 162 圖 3.3-11 S-11 測線二維地電阻影像剖面 ... 162 圖 3.3-12 S3 測線二維地電阻影像剖面 ... 162 圖 3.3-13 萬巒岩心柱狀圖 ... 163 圖 3.3-14 主要補注區綜合分析圖(餉潭一帶) ... 164 圖 3.3-15 餉潭岩心柱狀圖 ... 165 圖 4.1-1 地下水系統分層示意圖 ... 167 圖 4.1-2 原始型或修正型地下水歷線法之地下水系統圖 ... 167 圖 4.1-3 控制點設置示意圖 ... 168 圖 4.1-4 區域降雨歷線與地下水位歷線起伏變化示意圖 ... 169 圖 4.1-5 控制體積進出水量概念模型示意圖 ... 170 圖 4.2-1 屏東平原全系統蓄水量與降雨量歷線圖 ... 172 圖 4.2-2 屏東平原蓄水量與蓄水量退水斜率分布圖 ... 173 圖 4.2-3 屏東平原降雨事件累積降雨量對累積垂向補注量分布圖 ... 175 圖 4.2-4 屏東平原降雨事件平均降雨量對平均垂向補注量分布圖 ... 175 圖 5.1-1 地下水數值模式建置與應用流程示意圖 ... 177 圖 5.2-1 屏東平原概念分層 ... 179 圖 5.2-2 屏東平原地下水模擬區域 ... 180 圖 5.2-3 屏東平原邊界條件格網劃分 ... 181 圖 5.2-4 含水層一徐昇式分區 ... 183 圖 5.2-5 含水層二徐昇式分區 ... 183 圖 5.2-6 含水層三徐昇式分區 ... 183 圖 5.2-7 地下水模式流量計算概念圖 ... 185 圖 5.2-8 地下水參數檢定系統架構圖 ... 187 圖 5.2-9 參數檢定流程... 189 圖 5.2-10 第一分層誤差均方根 ... 190 圖 5.2-11 第三分層誤差均方根 ... 191 圖 5.2-12 第五分層誤差均方根 ... 191 圖 5.2-13 各月份均方根誤差變化圖(1999-2010) ... 191 圖 5.2-14 模擬水位誤差主體圖(1999-2010) ... 192 圖 5.3-1 進出地下水系統各項分量概念圖 ... 195 圖 5.3-2 分散型地下水位歷線法水平衡概念圖 ... 195 圖 5.3-3 數值模式水平衡概念圖 ... 196 圖 5.3-4 屏東平原年系統流出量 ... 197 圖 5.3-5 屏東平原年系統流入量 ... 198 圖 5.3-6 屏東平原年儲蓄改變量 ... 199 圖 5.3-7 屏東平原歷年累積儲蓄量 ... 200 圖 5.3-8 補注量與抽水量變化圖 ... 200

XV

圖 5.3-9 月雨量與垂向補注量關係圖 ... 201

圖 5.4-1 水質影響範圍圖(F1) ... 204

圖 5.4-2 水質影響範圍圖(F2) ... 204

XVI

表目錄

表 2.1-1 D 值之範圍及分數等級 ... 16 表 2.1-2 R 值之範圍及分數等級 ... 16 表 2.1-3 A 值之範圍及分數等級 ... 17 表 2.1-4 S 值之範圍及分數等級 ... 17 表 2.1-5 T 值之範圍及分數等級 ... 18 表 2.1-6 I 值之範圍及分數等級 ... 18 表 2.1-7 C 值之範圍及分數等級 ... 19 表 2.1-8 常用水文地質參數之權重表 ... 19 表 2.1-9 濁水溪沖積扇及屏東平原地區地下水位深度評分表 ... 20 表 2.1-10 濁水溪沖積扇及屏東平原地區淨補注量值之範圍及分數等級 ... 20 表 2.1-11 濁水溪沖積扇及屏東平原地區地形坡度之範圍及分數等級 ... 20 表 2.1-12 濁水溪沖積扇及屏東平原地區含水層介質評分表 ... 20 表 2.1-13 濁水溪沖積扇及屏東平原地區土壤介質評分表 ... 21 表 2.1-14 濁水溪沖積扇及屏東平原地區未飽和層影響評分表 ... 21 表 2.1-15 濁水溪沖積扇及屏東平原地區含水層水力傳導特性評分表 ... 21 表 2.1-16 地下水補注潛勢影響因子之權重表(Shaban et al.,2006) ... 23 表 2.1-17 地下水補注潛勢因子影響能力評估(Shaban et al.,2006) ... 24 表 2.1-18 地下水管制區評估因子權重表 ... 27 表 2.1-19 屏東平原地下水抽水量推估結果整理比較表(單位：億噸/年) ... 28 表 2.2-1 含水層 1(F1)43 口地下水觀測井資料列表 ... 29 表 2.2-1 含水層 1(F1)43 口地下水觀測井資料列表(續) ... 30 表 2.2-2 含水層 2(F2)28 口地下水觀測井資料列表 ... 31 表 2.2-3 含水層 3(F3)35 口地下水觀測井資料列表 ... 32 表 2.2-4 屏東平原複井抽水試驗實測儲水係數 ... 37 表 2.2-5 本計畫蒐集中央氣象局雨量站資訊 ... 37 表 2.2-5 本計畫蒐集中央氣象局雨量站資訊(續)... 38 表 2.2-6 本計畫蒐集圖資資訊 ... 40 表 2.3-1 1999-2010 年淺層水井地下水位原始資料缺漏統計表 ... 41 表 2.3-1 1999-2010 年淺層水井地下水位原始資料缺漏統計表(續) ... 42 表 2.3-2 1999-2010 年地下水位原始資料缺漏時段分類列表 ... 43 表 2.3-2 1999-2010 年地下水位原始資料缺漏時段分類列表(續) ... 44 表 2.3-2 1999-2010 年地下水位原始資料缺漏時段分類列表(續) ... 45 表 2.3-3 缺漏超過 10 天之觀測井與鄰近其他水井時序資料之間的相關係數列表 ... 52 表 2.3-3 缺漏超過 10 天之觀測井與鄰近其他水井時序資料之間的相關係數列表(續) ... 53 表 2.3-3 屏東平原淺層地下水觀測井水位之異常時段列表 ... 54

XVII 表 2.4-1 環保署公告之屏東縣土壤及地下水污染列管場址 ... 63 表 2.4-1 環保署公告之屏東縣土壤及地下水污染列管場址(續)... 64 表 3.2-1 屏東地區之地下水觀測站 ... 106 表 3.2-1 屏東地區之地下水觀測站(續) ... 107 表 3.2-2 研究採樣之觀測井 ... 108 表 3.2-2 研究採樣之觀測井(續) ... 109 表 3.2-2 研究採樣之觀測井(續) ... 110 表 3.2-2 研究採樣之觀測井(續) ... 111 表 3.2-3 檢驗方法與儀器偵測極限 ... 112 表 3.2-4 飲用水源及灌溉用水質標準 ... 113 表 3.2-5 100-101 年度地下水之溶氧等基本水質 ... 116 表 3.2-5 100-101 年度地下水之溶氧等基本水質(續) ... 117 表 3.2-5 100-101 年度地下水之溶氧等基本水質(續) ... 118 表 3.2-5 100-101 年度地下水之溶氧等基本水質(續) ... 119 表 3.2-6 扇頂地下水之主要離子成份(mg/l) ... 122 表 3.2-7 扇頂地下水之主要離子成份百分比 ... 123 表 3.2-8 地面水之基本水質(2012 年) ... 127 表 3.2-9 地面水之硝態氮濃度(mg/l) ... 128 表 3.2-10 主要離子成分 ... 129 表 3.2-11 荖濃溪沖積扇地下水歷年導電度 ... 132 表 3.2-12 隘寮溪沖積扇地下水歷年導電度 ... 133 表 3.2-13 林邊溪與力力溪沖積扇地下水歷年導電度... 133 表 3.2-14 導電度 Mann-Kendall 趨勢分析結果 ... 134 表 3.2-15 100-101 年之溶氧與硝態氮(mg/l)... 139 表 3.2-15 100-101 年之溶氧與硝態氮(mg/l)(續) ... 140 表 3.2-16 荖濃溪沖積扇地下水歷年硝態氮濃度(mg/l) ... 141 表 3.2-17 隘寮溪沖積扇地下水歷年硝態氮濃度(mg/l) ... 141 表 3.2-18 林邊溪與力力溪沖積扇地下水歷年硝態氮濃度(mg/l) ... 142 表 3.2-19 屏東沿海監測井之歷年導電度(μS/cm) ... 143 表 3.2-20 屏東沿海鹽化監測井之歷年靜水位 ... 144 表 3.2-21 地下水之歷年氨態氮濃度 ... 147 表 3.2-21 地下水之歷年氨態氮濃度(續) ... 148 表 3.2-21 地下水之歷年氨態氮濃度(續) ... 149 表 3.2-21 地下水之歷年氨態氮濃度(續) ... 150 表 4.2-1 屏東平原地下水歷線法之水平衡分析表 ... 174 表 5.3-1 模式檢定所得參數 ... 193 表 5.3-2 各分層抽水量與流失量 ... 197 表 5.3-3 垂向補注、山邊側流入與海岸淨流入量 ... 198

XVIII

表 5.3-4 系統總流入量、總流出量與年儲蓄改變量 ... 199 表 5.4-1 主要補注區補注量與整體補注量關係表 ... 202 表 5.4-2 主要補注區面積及垂向補注量統計表 ... 202

1

第一章 前言

1.1 計畫緣起及目的

(一)

計畫緣起

經濟部自民國 81 年起執行「臺灣地區地下水觀測網整體計畫」，執行期程

分三期，共十七年，於臺灣九個地下水區及恒春和澎湖地區進行水文地質調查

研究及地下水觀測井建置工作，已完成建立臺灣地區水文地質基本資料、完善

之地下水監測系統、開發水文地質資料庫。水文地質調查研究共完成 332 口(岩

心總長度 67231 公尺)水文地質鑽探進行岩心分析研究；水文地質資料庫提供儲

存和處理各項調查分析結果；研究成果除釐清臺灣地區地下水水文地質架構外，

並已初步釐訂濁水溪沖積扇和屏東平原地下水區之地下水補注區，更進一步利

用地下水位歷線和地下水層儲水係數，直接進行濁水溪沖積扇和屏東平原地下

水抽水量、補注量、蓄水變化量和流失量之評估，認為地下水水位歷線分析法

是具體可行的地下水收支分析途徑。

然而為提高地下水天然補注區範圍劃定及補注量評估之精確度，尚需補充

建立更詳細之地下水層儲水係數、水文地質基本資料及長期地下水水質和水位

觀測數據，再結合地下水水位歷線分析法程式化，進行地下水補注潛勢評估及

建立地下水流數值模式；所得成果可供主管機關劃定地下水水源保護區之依據，

希望能藉此對於保護區土地利用及水土污染防治提出適當的管制辦法，使地下

水資源的管理開始朝向永續利用的目標前進。

(二)

計畫背景

本計畫係依據「臺灣地區地下水區水文地質調查及地下水資源評估計畫」(98

年至 101 年)實施進度規劃，進行濁水溪沖積扇及屏東平原地下水區之全區地下

水補注潛勢評估與地下水模式建置，逐年建立不同地下水區主要補注區的完整

面貌，分析其補注機制、補注潛勢評估、水平衡分析、地下水流模擬、地下水

層水文地質參數測定及地下水位水質監測，以提供地下水補注區範圍確認，提

高各地下水區水文地質圖製作及地下水資源評估之精度。本「地下水補注潛勢

評估與地下水模式建置」調查分析研究工作擬達成下列目標：

(1) 建立地下水區全區之地下水補注潛勢評估作業程序。

(2) 完成濁水溪沖積扇地下水主要補注區劃分。

(3) 完成屏東平原地下水主要補注區劃分。

2

(4) 完成濁水溪沖積扇地下水補注量、抽水量及補注潛勢評估。

(5) 完成屏東平原地下水補注量、抽水量及補注潛勢評估。

(三)

整體構想

水資源的保育無疑的是國家重要建設一部分，因此保護地下水源是刻不容

緩的工作，而研究水文地質及評估地下水資源，分析地下水補注機制與現地水

力試驗與監測則為必要的工作。過去之研究經驗顯示，要明瞭各調查區內地下

水資源，則必須先掌握地下水位的變化、水文地質參數、補注來源、水質地化

背景、概念模型及地下水流模式；而「地下水補注潛勢評估與地下水模式建置」

的研究成果對地下水補注區的劃定、補注量的評估、水平衡分析、水質性質與

演化及水資源保育管理均有很大的幫助。因此，本計畫擬透過現地試驗及監測、

地下水水位歷線分析法、地下水補注潛勢分析及地下水流模式模擬之研究，建

立各調查區域之相關基礎數據，作為分析各地下水補注區水文地質的參考依

據。

(四)

研究期程及區域

本計畫係依「臺灣地區地下水區水文地質調查及地下水資源評估」，規劃

自 98 年度至 101 年度止，預計執行 4 年；完成濁水溪沖積扇、屏東平原地下水

區之地下水補注區補注機制及地下水流模式的建立與分析工作。各年度工作規

劃如下：98 及 99 年度進行濁水溪沖積扇地下水區地下水補注機制研究、地下水

流模式建立及地下水補注區劃分；100 及 101 年度進行屏東平原地下水區地下水

補注機制研究、地下水流模式建立及地下水補注區劃分。

1.2 計畫區域概述

本計畫規劃自 98 年度至 101 年度止，預計執行 4 年；完成濁水溪沖積扇、

屏東平原地下水區之地下水補注區補注機制及地下水流模式的建立與分析工作。

預計 98 及 99 年度進行濁水溪沖積扇地下水區地下水補注機制研究、地下水流

模式建立及地下水補注區劃分；100 及 101 年度進行屏東平原地下水區地下水補

注機制研究、地下水流模式建立及地下水補注區劃分。由於以往十幾年來「台

灣地區地下水觀測站網建置整體計畫」的執行，已有相當豐富的研究與成果，

以下將對本年度(101 年度)研究區域，屏東平原地下水及水文地質進行摘要描

述。

1. 區域範圍

3

屏東平原位於臺灣之西南端，北與阿里山山脈的南端相隔，西接嶺口丘陵

地，南接臺灣海峽，東以潮州斷層與中央山脈南端大武山山脈相隔，海拔 100

公尺以下之平原地帶面積約 1231.26 平方公里。本計畫參考中央地質調查所規劃

之地下水區，其南北長約 50 公里，東西寬約 20 公里，地勢由東北向西南緩斜，

內有高屏溪、東港溪及林邊溪流域等主要河川貫穿本區，注入臺灣海峽。

2. 水文地質架構

屏東平原深約 220 公尺內之水文地質分層，由上而下可劃分含水層一、阻

水層一、含水層二、阻水層二、含水層三之 1、阻水層三及含水層三之 2 等七層。

含水層極為發達，厚度大且延展遍佈全區；阻水層則間夾於含水層中，厚度遠

小於含水層並且僅分布於平原南段，因此含水層只於南側有顯著之分隔，而北

及東側則合而為一。本計畫依據中央地質調查所-台灣地區地下水觀測網第一期

計畫-屏東平原水文地質調查研究總報告，所繪製九條水文地質剖面為水文地質

架構建置基礎，其中林園-枋山剖面如圖 1.2-1 所示，而屏東平原各阻水層分布區

示意如圖 1.2-2 所示。

圖 1.2-1 林園-枋山水文地質剖面

4

5

3. 地下水觀測

屏東平原屬於「臺灣地區地下水觀測網整體計畫」的辦理期程之第一階段(81

年度至 87 年度)，因該沿海地區地層下陷較為嚴重，因此優先規劃實施。目前已

建置地下水觀測站 53 站(132 口)，抽水試驗站 9 站(23 口)，水文地質調查站 52

站。圖 1.1-9 為屏東平原地下水觀測網分布圖。

4. 水文地質參數

屏東平原大致可區分為扇頂、扇央及扇尾區，扇頂區約位於吉洋、里港、

彭厝、建興、赤山、萬隆、德興聯線以東，可稱為聯合沖積扇扇頂，大約是以

礫石層頂部之深度為 50 公尺之等厚度線為界線；扇央區位於扇頂層區以西，至

九曲、萬丹、崁頂、大庄聯線以東；扇尾區位於扇央區以西至沿海。扇央及扇

尾為區域受壓含水層。各層的透水係數 K 除了少數在 10

-5

公尺/秒以外，其餘皆

介於 10

-3

~10

-4

公尺/秒之間，傳導率 T 介於

5 10 3 

~

15.1m2/min

之間，比容量 Q/s

介於 0.004-654.5 cmh/m。含水層特性參數的算數平均值為扇頂大於扇央大於扇

尾區，各含水層以含水層一最佳，含水層水力特性以扇頂最佳，扇央次之，扇

尾最差。

6

7

1.3 計畫工作項目及內容

1. 98 年度主要工作項目及成果概述如下：

(1) 資料蒐集及彙整

本計畫已就濁水溪沖積扇水文地質調查、地質鑽探等資料進行蒐集，完成

地下水水位、地下水水質、土地利用、土壤圖、雨量、地表地形及河川水系等

資料收集，並彙整國內外地下水補注及保育相關報告與文獻，以作為劃定研究

區域重要地下水補注區，及建置地下水流數值模式之參考。

(2) 地下水補注潛勢評估作業程序建立

地下水補注潛勢評估作業程序的建立，為本計畫重點工作項目之ㄧ，本年

度以濁水溪沖積扇為例，參考相關文獻的作法，配合濁水溪沖積扇水文地質特

性，選定土地利用、表層土壤種類、河系密度、透水係數、平均年降雨量、降

雨與地下水位變化相關性、單位蓄水量變化等七個因子，為評估濁水溪沖積扇

補注潛勢的主要因子。除了作業程序建立外，本年度並初步完成濁水溪沖積扇

補注潛勢評估，並進一步進行濁水溪沖積扇補注區的劃分。

(3) 地下水歷線法電腦作業流程規劃及程式開發

地下水歷線法可根據地下水位長期變化資料，配合適當的假設，推估出濁

水溪沖積扇之補注量與抽水量，而可提供後續建立數值模式的參考，其中補注

量更可與前述補注潛勢評估結果互相比較。

本計畫應用 Fortran 電腦程式語言，建立地下水歷線法模式，以地下水位歷

線變動與現地複井抽水試驗獲得之地下水層儲水係數，直接進行抽水量、補注

量、蓄水變化量和流失量之評估，所估算之補注量可協助地下水補注潛勢評估

作業程序之建立，抽水量則可供濁水溪沖積扇數值模式建置模擬之使用，且藉

由電腦程式開發，讓水位歷線法更容易執行計算。

本計畫建立之地下水歷線法模式可選擇先逐站分析，再進一步累加為全區

資訊，或直接以全區之儲蓄水量計算全區之補注量、抽水量與流失量估算。如

選擇逐站計算方式，在側向交換量方面，可進一步應用達西公式釐清交換量之

大小。濁水溪沖積扇之地下水歷線法初步分析可得，相較於屏東平原，本區部

分扇央與扇尾水井，較難找到退水曲線，顯示本區之抽水行為較為複雜。

(4) 地下水補注潛勢評估作業平台規劃與雛型建置

地下水補注潛勢作業平台建置，則以本年度完成之水位歷線法與地下水補

注潛勢評估程式為基礎，配合地下水位、雨量、水文地質參數與 GIS 圖層資料

庫之建置，完成地下水補注潛勢評估作業平台規劃與雛型建置，藉由此平台建

置之完成，可讓地下水補注潛勢評估作業更方便執行。

8

(5) 現地補充調查試驗

複井抽水試驗獲得之儲水係數，水質及地電阻調查，提供更詳細之地下水

水質、水位觀測數據及地下水層地電阻剖面，可協助補注潛勢評估及地下水補

注區之劃分。

本年度於濁水溪沖積扇莿桐及柑園站鑿建抽水井並進行複井抽水試驗；水

質調查於扇頂區 19 口井及 3 處溪水及 1 個雨水樣共 22 個採樣點完成採樣與分

析，並於莿桐及柑園站進行水位、水溫及導電度連續監測；地電阻調查於彰化

地區補注區邊界完成柑園、溪州、北斗、社頭等 4 條 1~2 公里二維地電阻影像

剖面測線。

(6) 濁水溪沖積扇地下水主要補注區初步劃分

本項工作延續前述建立之濁水溪沖積扇地下水補注潛勢評估之結果，進一

步以補注潛勢分數 40 分為一界限，概略推估出扇頂補注區之範圍，與中央地質

調查所以地電阻測深法及觀測井資料所推測之補注區界線及本計畫地電阻剖面

方法研判之補注區界線範圍結果接近。

(7) 濁水溪沖積扇地下水流模式建置

本年度為濁水溪沖積扇地下水數值模式建置之第一年，本計畫採用美國地

質調查局(U.S.G.S)發展的 MODFLOW 程式，參考濁水溪沖積扇長期地下水位觀

測資料、水文地質架構、水文地質參數及邊界條件的設定等進行穩態模擬模式

的檢定與建置。

2. 99 年度工作內容概述：

(1) 修正型地下水歷線法模式發展與比較

本工作項目為延續 98 年度地下水歷線法之研究成果，再加入側向交換量之

考量，重新進行濁水溪沖積扇補注量評估，並與原地下水歷線法進行比較。

(2) 濁水溪沖積扇補注量及抽水量推估

應用 98 年度之地下水歷線法及本年度完成之修正型程式，配合地下水日水

位資料及 98、99 年度現地補充調查試驗所得資料，計算濁水溪沖積扇補注量與

抽水量。

(3) 地下水補注潛勢評估標準作業程序檢討與修訂

針對 98 年度建立之地下水補注潛勢評估標準作業程序，採用補注量、硝酸

鹽濃度及地電阻值等之空間分佈趨勢作為補注潛勢因子權重檢定之指標，由此

三項指標與地下水補注潛勢評估之結果相互比較，調整補注潛勢因子之權重，

檢討修訂地下水補注潛勢評估標準作業程序。

(4) 濁水溪沖積扇地下水流數值模式(MODFLOW)建置與參數檢定

9

延續 98 年度建置之濁水溪沖積扇穩態地下水數值模式，參考地下水歷線法

推估之結果，應用優選與人工檢定方式，進行暫態地下水數值模式之建置，以

推估整個濁水溪沖積扇之抽水量及包括平面與側向之補注量，並與潛勢評估所

得趨勢相互比較。

(5) 地下水補注潛勢評估作業平台建置

依 98 年度作業平台雛型建置所得之檢討與建議，將於本年度完成地下水補

注潛勢評估作業平台之完整建置，本平台可作為使用者進行地下水補注區劃分

之輔助工具。使用者除可利用本平台進行相關補注潛勢評估計算及以視覺展示

方式呈現不同區位補注能力強弱，並可選定地下水區，進行區域之補注量與抽

水量估計，並展示補注量與抽水量在空間上之分布情形。

(6) 現地補充調查試驗

延續 98 年度現地補充調查，以地下水觀測井網現有井為觀測井，預計於六

合站，以上部地下水層(F1)為主，鑽鑿抽水井 60 公尺深，埋設 12 吋 PVC 管進

行複井抽水試驗以求取儲水係數。水質調查持續監測莿桐及柑園站之水位、水

溫、導電度等資料，並進行扇頂區 19 口井地下水、3 處河水、1 個雨水水質與

37 點地面水(導電度量測，其中 10 點化驗離子成份)採樣與分析，持續調查扇頂

區污染現況。地電阻調查延續前一年度，預計於濁水溪南岸的雲林地區西螺、

九隆、虎尾、溫厝等地下水觀測井附近，進行長距離(1 公里以上)地電阻施測。

3. 100 年度工作內容概述：

(1) 資料收集及檢核

蒐集屏東平原水文地質調查、地質鑽探、地下水水位、地下水水質、土地

利用、雨量、地表地形及河川水系等資料，以作為劃定研究區域重要地下水補

注區，及建置地下水流數值模式之參考。本計畫並將對屏東平原地下水位觀測

資料進行全面性的校正與補遺。

(2) 屏東平原補注量及抽水量推估

應用地下水歷線法配合民國 100 年屏東平原現地補充試驗調查所得資料，

推估屏東平原地下水區補注量及抽水量。

(3) 屏東平原地下水補注潛勢評估

本年度以屏東平原為研究區域，參考相關文獻的作法，配合屏東平原水文

地質特性，以土地利用、表層土壤種類、河系密度、透水係數、平均年降雨量、

降雨與地下水位變化相關性、單位蓄水量變化等七個因子，完成屏東平原補注

潛勢評估。

(4) 屏東平原地下水主要補注區初步劃設

10

本項工作延續前述建立之屏東平原地下水補注潛勢評估之結果，配合二維

地電阻現地量測，初步劃設屏東平原地下水主要補注區範圍。

(5) 地下水補注潛勢評估作業平台更新

本項工作將以前兩年度發展之平台為基礎，更新建置屏東平原地下水潛勢

評估及水位歷線法相關分析所需之資料。

(6) 屏東平原穩態地下水數值模式建置與檢定

本年度為屏東平原地下水數值模式建置之第一年，本計畫採用美國地質調

查局(U.S.G.S)發展的 MODFLOW 程式，依屏東平原長期地下水位觀測資料、水

文地質架構、水文地質參數及邊界條件等，配合本計畫發展之專家系統參數檢

定模式，進行穩態模擬模式的建置與檢定。

(7) 現地補充調查試驗

以地下水觀測井網現有井作為觀測井，選擇鄰近適當井位，以上部地下水

層(F1)為主，鑽鑿抽水井，埋設 8 吋 PVC 管後進行複井抽水試驗，以求取儲水

係數；水質調查將進行地下水採樣－扇頂 12 站共 26 口井，12 處地面水(每個沖

積扇各 3 點、4 個沖積扇共 12 點)，共 38 個水樣，旱雨季各一次；地電阻調查

方面，預計利用工研院於 84 年在屏東區域的一維半施蘭卜吉地電阻法探勘結果

所得之視電阻率資料，初步分析判定屏東區之補注區邊界。並分區施作四子區

域之地電阻平移式測線，總長度共計超過 3 公里。

4. 101(本)年度工作內容概述：

(1) 現地補充調查試驗

水質調查持續監測屏東扇頂即邊界地區，為了瞭解補注區及其邊界的水質

變化，預計由北往南進行地下水採樣－第一次為 101 年 4-5 月採樣林邊溪地區

15 站共 30 口井，12 處地面水，共 42 個水樣。第二次為 101 年 9-10 月為力力溪

沖積扇及沿海地區 14 站 35 口井。地電阻調查預計沿隘寮溪上游至下游方向，

在三地門橋西側至關福、鹽埔等地下水觀測井測站間之扇頂區域，進行二維地

電阻施測(本項預計完成總長 3 公里之地電阻施測);另外於林邊-力力溪沖積扇與

北側荖濃-隘寮溪沖積扇間區域與北側至山區岩盤附近共完成總長約 2 公里之二

維地電阻補充側線 。

(2) 建立並補充完成屏東平原沖積扇之地電阻率三維模型

預計將利用野外工作之成果，配合先前完成之三維初步電阻率空間模

型與當地之鑽井與地質鑽探資料，可進一步運用繪出二維與三維之電性空間分

布圖，並進一步交叉比對其他水文地質資料，提供運用地電阻率之空間分布劃

設補注區邊界之參考。

11

(3) 分散型地下水歷線法建置

原始型與修正型地下水歷線法係以地下水位、達西公式及水平衡方程式為

基礎，進行之補注量、抽水量與交換量等之推估，本計畫延續原始型與修正型

之概念，打破徐昇氏網格之限制，以內插演算法搭配地形變化與定水頭邊界條

件等，推估三維網格之時序地下水位，藉由地下水平衡方程式與達西公式估算

各網格之淨補注量，淨補注量之結果可作為暫態數值模式建置之起始值。

(4) 地下水暫態數值模式建置與分析及補注量與抽水量推估

以 100 年建置之屏東平原地下水穩態數值模式為基礎，擴充建置屏東平原

地下水暫態數值模式，暫態數值模式可作為後續補注量與抽水量推估及各類衝

擊分析之依據。此外，結合分散型水位歷線法與屏東平原暫態數值模式可呈現

出補注量與抽水量在時間上與空間上之分布。

(5) 地下水主要補注區衝擊影響分析

完成暫態地下水數值模式建置後，搭配 MODPATH 水質模式進行水質傳輸

模擬，評估主要補注區受污染後對屏東平原地下水含水層之影響範圍及可能影

響之用水量。

(6) 成果彙整與建議

彙整 98 至 101 年成果及地下水位歷線開發軟體操作技術移轉。

(五)

預期成果及交付項目

(1) 101(本)年度預期成果

i. 完成現地補充調查試驗及屏東平原的水質地化分析。

ii. 完成屏東隘寮溪扇頂區域及林邊溪-力力溪沖積扇地電阻補充調查。

iii. 進行屏東平原地電阻率三維模型。

iv. 分散型地下水歷線法建置。

v. 屏東平原地下水暫態數值模式建置與分析。

vi. 地下水主要補注區衝擊影響分析。

vii. 建立屏東平原沖積扇之地電阻率三維模型。

viii. 98-101 補注區邊界成果彙整與建議。

(2) 工作完成交付項目

i. 計畫成果報告書 30 本及光碟 30 份。(報告書以 Office Word 格式儲存，

圖檔以 jpg 或一般繪圖與影像處理軟體可讀取之儲存格式)。

ii. 地下水補注潛勢評估作業平台建置。

iii. 現地補充調查資料光碟 30 份。

iv. 以水文地質資料為底圖、列出比例尺並以行政單位鄰里為界限劃分之

12

屏東平原地下水主要補注區圖。

1.4 計畫研究流程

本計畫研究流程主要包含五大項目，分別為「地球物理補充調查」、「地

球化學補充調查」、「水文地質鑽探及抽水試驗」、「補注潛勢與地下水水平

衡分析」與「地下水主要補注區評估」。前三項主要為現地補充調查與試驗，

以提升地下水主要補注區基本資料之質與量，並藉由各種調查與試驗成果，做

為水文地質模型建置之依據。第四項則是藉由補注潛勢分析、地下水歷線法與

地下水物質模式，評估研究區域之補注潛勢空間分布，統計研究區域現況地下

水資源之補注量與抽水量等量值。第五項則進行地下水主要補注區範圍之評估。

以下詳述五大項目之主要執行內容。

(一)地球物理補充調查

彙整現有探勘深度，在地下水區岩層基盤以上之近地表，進行地球物理資

料探勘，對調查區域水文地質架構有初步了解，再藉由一維地電阻進行補注區

邊界初步劃設，最後應用二維地電阻進行補注區邊界細部確認。

(二)地球化學補充調查

針對調查區域地面水與地下水進行水質採樣與分析，藉由兩者之水質分布，

檢驗區域水文地質架構之合理性。之後再針對區域內觀測井，建立地下水溫度

剖面與導電度剖面，瞭解補注區的地下水來源、地化特性、時空之演變及其機

制，以提供地質敏感區劃定之重要參考。

(三)水文地質鑽探及抽水試驗

於調查區域增加水文地質鑽探，藉由岩心取樣、抽水試驗等分析，進一步

釐定地下水層和阻水層之垂直及水平方向的延展變化，增加對區域水文地質模

型之瞭解。

(四)補注潛勢與地下水水平衡分析

補注潛勢是以各式調查結果，綜合呈現補注潛勢的空間分布。另外，本計

畫應用地下水歷線法與地下水數值模式，評估研究區域歷年之水平衡變化，並

計算出研究區域年補注量與抽水量之時空變化。

(五)地下水主要補注區評估

13

地下水主要補注區評估流程如圖 1.4-1 所示，前述各項調查與分析結果皆

可作為主要補注區劃分之依據，由地電阻調查結果並搭配電阻門檻值，可劃分

出高電阻區域；由水質調查結果，可依據地下水溶氧量之高低分布，劃分出高

溶氧區域；由補注潛勢分析結果，可劃分出高補注潛勢區域。依據前述三種調

查分析結果，綜合三種結果並搭配數位地表地形(DTM)與岩芯柱狀圖進行綜合分

析與探討，如不同調查結果有不同結論時，則需以專家知識判斷，進一步分析

局部區域之邊界。

此外，並應用前述建立之地下水數值模式，搭配前述劃設之主要補注區，

探討地下水主要補注區若無妥善管理下，其對整體地下水系統在水量及水質上

之影響。

現地地電阻 調查 現地水質 採樣 補注潛勢 分析 高電 阻區 高溶 氧區 高補注 潛勢區 主要補注區綜合分析 主要補注區 地表高 程(DTM) 岩芯柱 狀圖

圖 1.4-1 主要補注區範圍建議評估流程

前述研究項目及相關工作細項之執行策略關係如圖 1.4-2 所示，其中「水文

地質架構」為中央地質調查所於濁水溪沖積扇之調查成果，本計畫於此基礎上

推動後續工作之進行，包括「地下水補注潛勢評估」、「現地補充調查試驗」、

「水位歷線法」、「數值模式建置」、「補注量及抽水量推估」、「主要補注

區之初步劃設」及「地下水資源影響評估」。圖中所描述之各個方塊代表各研

究項目工作細項，各項目連線尾端之箭頭代表工作細項間之執行先後順序關係。

由圖可知，在執行「主要補注區初步劃設」前需先進行「地下水補注潛試評估」

14

及「現地補充調查試驗」兩項工作細項，其中「現地補充調查試驗」工作細項

則包含「水質檢測」及「二維地電阻調查」兩種現地調查試驗項目，而二維地

電阻在施測前，除參考地質調查所之水文地質架構資訊外，亦需參考「地下水

補注潛試評估」之分析成果，以規劃出合適之施測地點。之後利用上述「地下

水補注潛試評估」、「二維地電阻調查」、「水質檢測」之成果，即高補注潛

勢區域、高電阻區域、高溶氧區域，配合水文地質架構及地表地形，初步劃分

出「主要補注區建議範圍」，詳細評估流程如圖 1.4-1。在執行「補注量及抽水

量推估」時，本計畫以「水位歷線法」推估垂向補注量、總抽水量及邊界交換

量，再以「數值模式建置」建立地下水數值模式並推估淺層含水層淨補注量、

深層含水層之各分層抽水量及海岸側向流入量，之後綜合分析兩方法之推估成

果，求得各進出地下水系統之水量，以利後續之水平衡分析。此外本計畫利用

「數值模式建置」及「主要補注區初步劃設」之分析成果，執行「地下水資源

影響評估」，分析主要補注區對濁水溪沖積扇地下水量及水質之影響。

水文地質架構 數值模式建置 地 下 水 補 注 潛 勢 評 估 現地補充調查試驗 二 維 地 電 阻 調 查 水 質 檢 測 水位歷線法 補注量及抽水量推估 主要補注區範圍建議 地下水資源影響評估 複 井 抽 水 試 驗

圖 1.4-2 各工作項目之相互關係圖

15

第二章 資料收集及彙整

本章節介紹本年度計畫之資料收集及彙整部分，其中包括：2.1 節之前期相

關研究；2.2 節之相關資料蒐集，此節將介紹本計畫所蒐集之資料概況及其來源；

2.3 節之地下水位資料品管及檢核，將介紹本計畫針對地下水位觀測資料缺漏的

補遺方法，以及異常水位的處理方式；2.4 節之國內外地下水水資源保護現況，

將介紹國外保護地下水補注區之作法，以為國內目前劃定與保護地下水補注區

之參考。

2.1 前期相關研究

本計畫的主要課題乃是地下水補注，而地下水補注的研究又可分為兩個層

次，一個是半定量的補注潛勢評估，另一個乃是定量的補注量推估，補注潛勢

可用以描述一個地區客觀上是否容易補注，然而實際上仍需有如降雨等補注來

源才能產生地下水補注，因此補注潛勢並不直接等同於補注量。在潛勢評估方

面，最具代表性乃是以 DRASTIC 為代表的一系列以因子權重分析為基礎的研究，

至於補注量的推估方法則不一而足，亦將在本章描述之。

(一) DRASTIC

DRASTIC 地下水污染潛勢評估系統是美國水井協會配合美國環保署於

1985 年所提出，原本乃用以評估地區之污染潛勢，計算區域受到污染的可能性

大小，高污染潛勢代表該區域客觀上較易受到污染。原 DRASTIC 模式中，乃考

慮七項水文地質參數，以評估一地區受污染潛勢之相對大小。由於此七項水文

地質參數均可以圖層方式表示，故可結合地理資訊系統(GIS)，將一地區之污染

潛勢以圖形顯示。DRASTIC 模式除對一般性污染物提出考慮水文地質參數之權

重外，尚針對農業行為提出農業權重。經由 DRASTIC 模式所得之指標值本身並

無不是污染發生機會之絕對值，其只在顯示污染潛勢(發生機會)之相對大小。

1. DRASTIC 之水文地質參數及其評分

上述提到水文地質參數有七項，即為 DRASTIC 名稱命名之由來：地下

水位深度(Depth to water, D)、淨補注量(Net recharge, R)、含水層介質(Aquifer

media, A)、土壤介質(Soil media, S)、地形坡度(Topography, T)、未飽和層影

響(Impact of vadose zone, I)與 含水 層 水力傳 導特 性 (Conductivity of the

aquifer, C)。此七項水文地質參數皆可用地圖形式來表現。DRASTIC 系統將

考慮之七個水文地質參數分別轉換成 0~10 分之分數等級。分別說明如下:

16

(1). D (地下水位深度)

在受壓含水層中，D 值為地面至含水層頂部之深度；在非受壓含水層，D

表示地面至地下水位之深度(圖 2.1-1)。一般而言，D 值愈小，則地下水受污染

之可能性愈高，其所對應的分數也較高。可從表 2.1-1 得知在實際應用上，D 值

範圍及其對應之分數等級。

圖 2.1-1 在受壓含水層及非受壓含水層之地下水位深度

(2). R (淨補注量)

污染物質進入地層後，主要係受水之攜帶而移動，故來自地表之補注水量

提供了污染物於含水層中傳輸及擴散之能力。其關係可用表 2.1-2 表示。

表 2.1-1 D 值之範圍及分數等級

範圍(Range)

分數等級

(Rating)

呎

公尺

0~5

5~15

15~30

30~50

50~75

75~100

100+

0~1.5

1.5~4.5

4.5~9.0

9.0~15

15~22.5

22.5~30

30+

10

9

7

5

3

2

1

表 2.1-2 R 值之範圍及分數等級

範圍(Range)

分數等級

(Rating)

呎

公尺

0~2

2~4

4~7

7~10

10+

0~0.6

0.6~1.2

1.2~2.1

2.1~3.0

3.0+

1

3

6

8

9

(3). A (含水層介質)

含水層介質之性質決定地下水於其間的流動能力，更影響到污染物之傳輸

及擴散。大體而言，介質之顆粒愈大或裂縫孔隙愈多，則其滲透性佳且遲滯力

愈差，污染可能性就愈高。所對應的分數也相對地高。表 2.1-3 表示主要介質種

類及其分數等級。

17

表 2.1-3 A 值之範圍及分數等級

範 圍

(Range)

分數等級

(Rating)

典型分數等級

(typical Rating)

塊狀頁岩(Massive shale)

1-3

2

變質/火成岩(Metamorphic/igneous)

2-5

3

風化之變質/火成岩

(Weathered metamorphic/igneous)

3-5

4

薄層砂岩、石灰岩、頁岩層

(Thin bedded sandstone,limestone,shale

sequeuces)

5-9

6

塊狀砂岩(Massive sandstone)

4-9

6

塊狀石灰岩(Massive limestone)

4-9

6

砂及礫石(Sand and gravel)

6-9

8

玄武岩(Basalt)

2-10

9

喀斯特石灰岩(Karst limestone)

9-10

10

(4). S (土壤介質)

S 主要指未飽和層最上部生物作用明顯之部份。在 DRASTIC 系統中，一

般可指地表 3 呎(約 1 公尺)以內之表土風化層。S 值對污染潛勢之影響主要決定

於粘土種類，膨脹/收縮能力，土壤顆粒大小，以及有機質含量，應用上可利用

表 2.1-4，來決定其所對應的分數。

表 2.1-4 S 值之範圍及分數等級

範 圍

(Range)

分數等級

(Rating)

薄或無(Thin or Absent)

10

砂礫(Gravel)

10

砂(Sand)

9

收縮及結塊粘土

(Shrinking and/or Aggregated clay)

7

砂質壤土(Sandy loam)

6

壤土(Loam)

5

坋質壤土(Silty loam)

4

粘質壤土(Clay loam)

3

非收縮及非結塊粘土

18

(5). T (地形坡度)

地表坡度表污染物將很快為地表逕流所帶走，或能有足夠停留時間以入滲

至土層中。入滲機會大，則坡度所導致之污染可能性就高。應用上可利用表 2.1-5，

來決定其所對應的分數。

表 2.1-5 T 值之範圍及分數等級

範圍

(Range)

分數等級

(Rating)

0~2

2~6

6~12

12~18

18+

10

9

5

3

1

(6). I (未飽和層影響)

此處之未飽和層於受壓含水層，其影響包括未飽和層及覆於該含水層以上

之飽和層；於非受壓含水層指地下水位以上之未飽和層。生物分解、中和、過

濾、化學反應、揮發及延散作用等均是於未飽和層中可能發生之過程。此外，

此層並影響到污染物傳輸之時間及量。實際應用可利用表 2.1-6。

表 2.1-6 I 值之範圍及分數等級

範 圍

(Range)

分數等級

(Rating)

典型分數等級

(Typical Rating)

坋/粘土(Silt/Clay)

1-2

1

頁岩(Shale)

2-5

3

石灰岩(Limestone)

2-7

6

砂岩(Sandstone)

4-8

6

層狀石灰岩、砂岩、頁岩

(Bedded limestone, sandstone, shale)

4-8

6

含坋土及黏土之砂與礫石

(Sand and gravel with significant silt and clay)

4-8

6

變質岩/火成岩(Metamorphic/igneous)

2-8

4

砂及礫石(Sand and gravel)

6-9

8

玄武岩(Basalt)

2-10

9

喀斯特石灰岩(Karst limestone)

8-10

10

19

(7). C (含水層水力傳導特性)

透水係數愈大，污染物愈易自污染源被移走，則地下水受污染之潛能愈大，

應用上可利用表 2.1-7。

表 2.1-7 C 值之範圍及分數等級

範圍(Range)

分數等級

(Rating)

Gpd/ ft

2

Cmd/m

2

1-100

100-300

300-700

700-1000

1000-2000

2000+

<4

4-12

12-28

28-40

40-80

80+

1

2

4

6

8

10

DRASTIC 系統中除對一般性污染物提出所考慮水文地質參數之一般性權重

外，另外農業耕作之施肥及農藥施放方式著重於表土層，對地下水所可造成污

染之途徑較明確，故針對農業行為提出農業權重(表 2.1-8)。

表 2.1-8 常用水文地質參數之權重表

水 文 地 質 參 數

一般權重 農業權重

D (Depth to water table)

5

5

R (Net recharge)

4

4

A (Aquifer media)

3

3

S (Soil media)

2

5

T (Topography)

1

3

I (Impact of vadose zone)

5

4

C (Hydraulic Conductivity of the aquifer)

3

2

2. DRASTIC 污染評估指標之決定

決定上述七個水文地質參數之分數值(Rating)及權重值(weighting)後，其相

應之乘積和即為 DRASTIC 污染評估指標值，如下式所示：

r w r w r w r w r w r w r wD R R A A S S T T I I C C D DRASTIC      

_{... (式 2.1-1)}

下標 r 代表分數值(Rating)

下標 w 代表權重值(weighting)

前述指標值僅提供地下水污染潛勢間「相對」程度之大小關係，其絕對數

20

值並無意義。

張良正(1999a)曾採用 DRASTIC 模式進行濁水溪沖積扇與屏東平原之地下

水污染潛勢評估，該模式同時考量七項水文地質參數，以評估該地區受污染潛

勢之大小。由於 DRASTIC 評估系統中所考慮之水文地質參數有七項，因此將這

兩個地區以 2 公里 × 2 公里的格網進行空間切割，並針對這七項參數來給定各

格網資料，再參考與修正 DRASTIC 評估系統中所對應之每個參數的權重，經加

總後即可得到濁水溪沖積扇及屏東平原每個格網的總分，此分數即代表各網格

之污染潛勢，表 2.1-9 至 2.1-15 表為該計畫針對國內資料，重新歸納定義之各參

數評分表，各參數之對影響權重則採用表 2.1-8，其中對於一般類評估與農業方

面評估有不同之權重數值。各網格之污染潛勢計算如式 2.1-1 所示；之後再利用

MAPINFO 顯示出在這兩個地區的水文地質狀況下，所造成之 DRASTIC 污染潛

勢評估指標分佈圖。

表 2.1-9 濁水溪沖積扇及屏東平原地

區地下水位深度評分表

範圍(Range)

分數等級

(Rating)

呎

公尺

0~5

5~15

15~30

30~50

50~75

75~100

100+

0~1.5

1.5~4.5

4.5~9.0

9.0~15

15~22.5

22.5~30

30+

10

9

7

5

3

2

1

表 2.1-10 濁水溪沖積扇及屏東平原地

區淨補注量值之範圍及分數等級

範圍(Range)

分數等級

(Rating)

呎

公尺

0~2

2~4

4~7

7~10

10+

0~0.6

0.6~1.2

1.2~2.1

2.1~3.0

3.0+

1

3

6

8

9

表 2.1-11 濁水溪沖積扇及屏東平原地

區地形坡度之範圍及分數等級

範圍

(Range)

分數等級

(Rating)

0~2

2~6

6~12

12~18

18+

10

9

5

3

1

表 2.1-12 濁水溪沖積扇及屏東平原地

區含水層介質評分表

含 水 層 介 質

分 數

礫石層

10

極粗、粗、及中砂層

8

細及極細砂層

5

粉砂、泥及黏土層

2

21

表 2.1-13 濁水溪沖積扇及屏東平原地區土壤介質評分表

土 壤 介 質

分 數

石礫

10

粗砂土、砂土

9

細砂土、壤質粗砂土、壤質砂土

8

壤質細砂土、粗砂質壤土、砂質壤土、細砂質壤土

7

極細砂土、壤質極細砂土、極細砂質壤土

6

壤土

5

坋土、坋質壤土

4

砂質粘壤土

4

粘質壤土、坋質粘壤土

3

坋質粘土

2

粘土

1

表 2.1-14 濁水溪沖積扇及屏東平原地

區未飽和層影響評分表

未 飽 和 層 介 質

分 數

礫石層

10

極粗、粗、及中砂層

7

細及極細砂層

4

粉砂、泥及黏土層

1

表 2.1-15 濁水溪沖積扇及屏東平原地

區含水層水力傳導特性評分表

範圍(Range)

分數等級

(Rating)

Gpd/ ft

2

Cmd/m

2

1-100

100-300

300-700

700-1000

1000-2000

2000+

<4

4-12

12-28

28-40

40-80

80+

1

2

4

6

8

10

(二) 地下水補注潛勢評估

前述 DRASTIC 雖然原本用以評估地下水之污染潛勢，惟其邏輯分明、架構

清楚，可配合地理質訊系統有效率的進行大區域的分析，另外由於基本物理機

制的相似，DRASTIC 的分析理念後續被大量應用於補注潛勢評估上，並且被進

一步的改善與擴充。

延續 DRASTIC 的精神，Mukherjee (1996)對地下水補注潛勢評估，考量的

影響因子包含地形、岩石種類、地質結構、風化程度、裂隙寬度、原生與次生

孔隙率、坡度、河系、土地利用、地表覆蓋以及氣候條件等。Jasrotia et al.(2007)

利 用 遙 感 探 測 技 術 (Remote Sensing) 與 地 理 資 訊 系 統 (Geographic information