行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
地下水脈之檢測探討及其邊坡穩定之影響研究
計畫類別： 個別型計畫
計畫編號： NSC92-2211-E-011-019-
執行期間： 92 年 08 月 01 日至 93 年 07 月 31 日 執行單位： 國立臺灣科技大學營建工程系
計畫主持人： 陳志南
計畫參與人員： 黃宣文,陳虹升
報告類型： 精簡報告
處理方式： 本計畫可公開查詢
中 華 民 國 93 年 11 月 2 日
行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 ■ 成 果 報 告
□期中進度報告
（計畫名稱）
地下水脈之檢測探討及其邊坡穩定之影響研究
計畫類別：■ 個別型計畫 □ 整合型計畫 計畫編號：NSC 92－2211－E－011－019
執行期間：92 年 8 月 1 日至 93 年 7 月 31 日
計畫主持人：陳志南 共同主持人：
計畫參與人員：黃宣文、陳虹升
成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：■精簡報告 □完整 報告
本成果報告包括以下應繳交之附件：
□赴國外出差或研習心得報告一份
□赴大陸地區出差或研習心得報告一份
□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份
□國際合作研究計畫國外研究報告書一份
處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究 計畫、列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢
□涉及專利或其他智慧財產權，□一年□二年後可公 開查詢
執行單位：國立台灣科技大學營建工程系
中 華 民 國 九 十 三 年 十 月 二 十 八 日
可供推廣之研發成果資料表
□ 可申請專利 ■ 可技術移轉 日期：93 年 10 月 28 日
國科會補助計畫
計畫名稱：地下水脈之檢測探討及其邊坡穩定之影響研究 計畫主持人：陳志南
計畫編號：NSC 92-2211-E-011-019 學門領域：土木工程（大地工程）
技術/創作名稱 發明人/創作人
中文：
地下水檢層的主要目的在於輔助及提供其他監測地下水儀器 一個更可靠的地下水流動狀況，並根據合理及可靠的數據結果來判 斷水脈的可能區域，以提供設計者在適當的位置予以進行排水及提 昇邊坡之穩定性。
技術說明 英文：
The purpose of groundwater logging is to supply an auxiliary tool for capturing the flow of groundwater. The flow region is possible to assess by analyzing probing raw data. It is desired to give valuable data for the demand of drainage design and slope stability enhancement.
可利用之產業 及 可開發之產品
土木坡地工程
技術特點
推廣及運用的價值邊坡整治及排水措施設置
※ 1.每項研發成果請填寫一式二份，一份隨成果報告送繳本會，一份送 貴單位研發成果推廣單位（如技術移轉中心）。
※ 2.本項研發成果若尚未申請專利，請勿揭露可申請專利之主要內容。
※ 3.本表若不敷使用，請自行影印使用。
計畫成果自評部份
（1）研究內容與原計畫相符程度：95％以上相符
（2）達成預期目標情況：達成預期目標 90％
（3）研究成果之學術或應用價值：可以提供地下水檢測非常有 用之評估方法。
（4）是否適合在學術期刊發表或申請專利：預定撰寫論文於相 關刊物投稿中。
（5）主要發現或其他有關價值等，作一綜合評估：邊坡整治成 效是否良好與地下水脈之掌控息息相關，而本研究之地下水 檢層可提供傳統鑚孔水壓計埋設或地下水位面量測外整個鑽 孔深度內之地下水流動情況，為台灣大規模坍方之坡地提供 另一有效之探測工具。
地下水脈之檢測探討及其邊坡穩定之影響研究 計畫編號：NSC 92-2211-E-011-019
執行期限：92.08.01 ~ 93.07.31
主持人：陳志南 國立台灣科技大學營建工程系 中文摘要
地下水檢層的主要目的在於輔助 及提供其他監測地下水儀器一個更可 靠的地下水流動狀況，並根據合理及 可靠的數據結果來判斷水脈的可能區 域，以提供設計者在適當的位置予以 進行排水及提昇邊坡之穩定性。
ABSTRACT
The purpose of groundwater logging is to supply an auxiliary tool for capturing the flow of groundwater.
The flow region is possible to assess by analyzing probing raw data. It is desired to give valuable data for the demand of drainage design and slope stability enhancement.
關鍵詞：地下水檢層、地下水流、鑽 孔
Keywords：groundwater logging, groundwater flow, borehole 一、前言
台灣地區大規模之坡地災害長 與地下水有關，例如台線梨山地滑地 區、台線之五灣仔地滑區、及九份地 滑區等。此些地滑區域之整治經費所 費不貲，惟其整治對策與成效則與該
區域之地下水分佈能否確實掌控息息 相關。
二、計劃緣由與目的
無論是水脈、自由含水層或是受 壓水層之地下水，只要是地下水，其 對邊坡之穩定性均會有明顯之影響，
故工程對策常用集水管、排水廊道等 手段，以打到水脈或打至滑動面後 方，來收集及導排各方向之地下水。
為這些工程措施成功與否之關鍵仍在 於對下下水脈之調查技術、資料分析 掌握是否正確而定，此亦是本建教案 探討的目的所在。
三、研究方法
本研究以本校自購之日本 OYO 公司地 下水檢測儀進行現地試驗，選擇北台 灣與南台灣兩處具代表性之坡地(圖 一及圖二)，就地下水檢測做一探討。
本研究儀器所探測之功能中與地下水 相關者包含電阻及微流速檢測兩種，
在本計畫中執行之過程與分析結果說 明如下:
3.1 地下水檢層儀
地下水檢層儀器最主要利用檢測 纜線來感應地下水電解質的濃度，並 以深度及比電阻值的關係圖來說明不 同深度下，地下水電解質濃度的分布
狀 況 ， 並 間 接 推 得 地 下 水 流 動 的 情 況。檢測纜線全長 100m，前端有 98 個 電阻感應片，以 25cm 為一個間距，共 49 組，可檢測範圍為 24m(圖三)，在 通電後，電阻感應片即可感應地下水 的電解質濃度，並以比電阻值的數據 反應於數據圖形上。
在最初始地下水電解質濃度的 情況下，放入檢測纜線做檢層試驗(圖 四)，可得初始比電阻值，當在加入電 解物質如食鹽後(圖五)，地下水內的 電解質濃度會提高，因此容易導電，
故可藉由連接纜線之資料擷取器計讀 原始數 據( 圖六 )， 據 以進行 後續分 析，本研究所得之代表性分析結果如 圖七所示，其為將纜線放入鑽孔中並 加入食鹽水之後。電阻值隨著地下水 之流滲而會下降，此時以每隔約 10 分 鐘的時間分做一次檢測，可以發現不 同時間下，比電阻值有向右偏移的趨 勢；偏移量若很大，代表此處電解質 濃度稀釋的很快，因此可判定水流狀 況相當的明顯。反之，偏移量若很小，
則稀釋的相當緩慢，水流狀況即不明 顯。
在了解數據結果的情況後，即可 做一討論與判釋，並分析地下水可能 滲 流 的 位 置 ， 或 找 出 地 下 水 脈 的 區 域，以提供設計者在做邊坡整治工程 時的參考依據。本檢層測試發現地表 下 36.25m~47m 的位置，比電阻值變化 的趨勢相當明顯，而在地表下 48m~60m 處的比電阻值則變化非常的微小，將 此 一 觀 測 結 果 與 岩 心 鑽 探 資 料 作 比 對，可以發現兩者相當吻合，其理由 可說明如下:岩心鑽探資料於地表下 33m~47m 的位置為砂岩層，具有相當多 處的破裂帶及節理面，且在 34m~43m
處有多處鐵染的情況，表示地下水流 動情況相當的明顯。因此，在此一深 度範圍內的岩心判釋結果與檢層的數 據結果做比較，有其一致性。故證明 地下水檢層試驗可反應地下水流動的 情況，以本研究之孔位所在為例，可 推斷在孔位地表下方深度 33m~47m 處 為可能的水脈區域，因此在打設橫向 排 水 等 設 施 時 ， 可 優 先 考 慮 此 一 區 域，對邊坡之穩定性提升會有助益。
3.2 微流速儀
微流速儀主要利用密度為 1g/cm3 的微流偵測葉片，配合光電訊號轉換 感測器的感測結果，再經由內部電腦 運 算 得 到 某 個 深 度 水 位 下 的 垂 直 流 速，以提供設計者可計算某個水位的 滲透係數 K 值，並了解地下水可能流 動的區域。其中光電訊號轉換感測器 為一光線穿透功能的接收器，當微流 葉片轉動的同時，有一面會阻擋光的 通過，當微流葉片轉動到光線可以接 收的一面時，光感應器會在一滅一明 後計數微流葉片轉動次數為 1，依序遞 增，在經計算後可得垂直流速。而微 流偵測葉片密度為 1g/cm3的理由在於 可反應出真實地下水流速的情況，而 不致於在因為密度不同的情況下，爭 議微流儀所感應到的垂直流速的真實 性。
本 試 驗 現 場 之 試 驗 如 圖 七 所 示，進行水位位於地表下方深度 44.1m 的位置，根據試驗數據結果顯示(圖 八)，在地表下方 47.5m、49m 以及 54m 的位置有些微轉動的現象，而在 44.1m 的位置，微流葉片轉動的次數則相當 的明顯(11 次，垂直流速達 3cm/sec)，
因此嘗試在其水位面以下每隔 10cm 量
測一次，直到微流葉片旋轉次數到 0 為止，並找出水滲流最有可能的位置 或區域。根據在水位面 44.1m 以下每 10cm 量測的結果顯示，44.2m 轉動次 數有 9 次(2.53cm/sec)，44.3m 有 3 次 (1.11cm/sec) ， 44.4m 有 1 次 (0.64cm/sec)，到 44.5m 則無轉動現 象，再配合此水位附近的岩心資料來 作判釋，推估地下水滲流的可能位置 在 44m 附近。
另外，測試離開水位面以上每隔 10cm 的位置作測試，發覺微流葉片仍 有旋轉的跡象，一直到地下約 43.7m 處，轉動次數方為 0，初步判斷離開水 位面上方 40cm 的位置內仍有地下水滲 入管內的狀況，而在水位面 44.1m 的 位置以較高的速度流走，因此在水位 面才有如此高的旋轉次數與速率，在 此提出以作為設計時的參考依據。圖 形中虛線代表的意義是依照儀器手冊 所建議的理論公式計算而得的最低流 速值(0.4cm/sec)，當 低於此一流速 時，微流葉片是處於不轉動的狀態，
但實際上能可能有水流動的現象，只 是 流 動 的 情 況 不 足 以 使 微 流 葉 片 轉 動，或是流速不在配用之流速儀能測 之範圍之內，圖九為本研究另行測試 之微流速結果，可用來比對。
在微流葉片轉動次數較為明顯 的區域，我們可以做一詳細的討論，
因此會建議在有可能的滲流區域附近 進行每 10cm 的微流速檢測，主要的目 的在於得知地下水最有可能流動的地 方。此動作已屬較微觀的觀測方式，
若以一般工程情況大概來說，在微流 葉片轉動明顯處，即都有可能是地下 水流動的區域。
四、結論與建議
4.1 結論
(1) 地下水檢層的主要目的在於輔助 及提供其他監測地下水儀器一個更可 靠的地下水流動狀況，並根據合理及 可靠的數據結果來判斷水脈的可能區 域，以提供設計者在適當的位置予以 進行排水或其他相關的整治工作。
(2) 本研究所進行之電阻檢層測試，
發現試驗位置地表下 36.25m~47m 的位 置，比電阻值變化的趨勢相當明顯，
而在地表下 48m~60m 處的比電阻值則 變化非常的微小，將此一觀測結果與 岩心鑽探資料作比對，相當吻合。因 此在打設橫向排水等設施時，可優先 考慮此一區域，對邊坡之穩定性提升 會有助益。
(3) 在微流葉片轉動次數較為明顯的區 域，我們可以做一詳細的討論，因此會建 議在有可能的滲流區域附近進行每 10cm 的微流速檢測，主要的目的在於得知地下 水最有可能流動的地方。
(4) 微流速測試，與選用流速儀之能測範 圍關係很大，而以加入食鹽水之電組檢層 測試相對較無受限。
4.2 建議
為 驗 證 地 下 水 檢 層 儀 之 功 能 與 限 制，本研究只進行了兩個工地的現場實 驗，後續如有可能可進行更多工地的現場 實驗，以充分了解其適用性及建立相關資 料庫。
五、參考文獻
(1) 陳 榮 河 、 左 天 雄 ， 「 山 坡 地 土 壤 力 學 性 質 在 水 土 保 持 工 程 之 應 用 (1)」，台 灣 省 農 林 廳 水 土 保 持 局 研 究 計 劃 報 告 ， (1993)。 。
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(7) Koki Yanagihara，Ryosuke Tsunaki，Katumi Yoshida，The Groundwater Logging by the Solubility of Oxygen in Borehole，p40-p47，
Journal of Japan Landslide Society，
（2000）。
圖一 台科大基隆校地試驗現場
圖二 嘉義試驗現場
圖三 電阻纜線
圖四 電阻纜線放入鑽孔
圖五 食鹽水加入鑽孔
B7孔食鹽水檢層試驗
35
40
45
50
55
60
0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5
比電阻(KOhm)
depth (m)
初始無塩 初始有塩 10min 20min 30min 40min 50min 60min 70min 80min 90min 100min 110min 120min 130min 140min 150min 160min 170min
圖六 電阻檢層分析結果
圖七 微流速現場測試
圖八 微流速測試結果之一
圖八 微流速測試結果之一
圖九 微流速測試結果之二
B-1 4 bo reho le Micro -Flowmeter Test
-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
flow velocity, cm/sec (+ : upward - : downward)
depth, m
natural ground water (GL-8.7m) B-7 boreho le Micro -Flowmeter Test
-60 -55 -50 -45 -40 -35 -30
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
flow velocity, cm/sec (+ : upward - : downward)
depth, m
natural ground water (GL-32.5m)
