第四章、地下水的基礎調查與分析
第一節、地下水位觀測成果與分析
一、地下水位的調查
本研究地下水調查的範圍界定在斷層連線以西地區。在研究期間 ，共蒐集近 191 口的水井水位資料，調查的次數從 1-10 次不等，觀測井的分布及基本資料詳 見圖4-1 及附錄四。
為清楚瞭解地下水系的分布狀況，第一步的工作就是地下水位 (water level)的 調查，其次，就是要判斷所觀測之水井所在地是否存在兩個或多個不同性質的含 水層，若有，則所謂的「地下水位」就分開討論，分別繪製不同的地下水位等高線 圖。以地下水研究區而言，所謂的「地下水位」可能出現以下三種情況：
1.自由水的地下水面(Water table)
這一部份的判識較為容易，只要井深在 30m 以內的水井（含寬口井及湧泉）
所量得的地下水位均屬之。井深大於 30m 的水井，則要從鑿井地層剖面（圖 3-8～
圖 3-18）及地下水水權登記資料，研判該地區自由含水層可能垂直延展的厚度來 推測。若無法判釋，則將之視為多層採水之水理水頭(hydraulic head)處理。
2.受壓水或化石水的水頭
受壓含水層中採水的水井稱為受壓水井，此受壓水沒有地下水面，鑿井時的 井內水位通稱水頭(Water head)，此水位絕對不會在受壓含水層的上限，均高出其 上限的位置（楊萬全，1993）。就地下水研究而言，區內大部分的受壓水頭標高，
均高於標高-30m；其次，就田野調查經驗顯示，略低於地下水面1。受壓水井水頭 的連線稱為受壓水面(piezometric surface or potentiometric surface)。
3.各含水層地下水混合所形成的水理水頭
當地下水研究區內井深大於30m 的地下水位，更可能是一個（含）以上之含 水層地下水混合所呈現的綜合水位—水理水頭2，水理水頭的連線構成水理水頭等 壓力面(Equi-potential of hydraulic head)。然而根據地下水研究區的地形及地層垂直 分布變化，多層採水的地下水位連線所構成的等壓力面≒地下水面（參見註1 的說 明），故多層採水的地下水位等高線可與地下水面等高線合併成「水理水頭等高線
1湖口臺地、飛鳳山丘陵、竹東丘陵、崎頂臺地、竹南丘陵等地形區，地形起伏較大，水井所在地點，
一般距地下水域的邊界(boundary)（地下水分水嶺），即補注區(recharge area)入口(intake)不遠，雖 有加壓層存在，然而加壓層下方之含水層中的地下水，理論上仍是處於半受壓水狀態，其水頭高度 會介於完全受壓與地下水面之間。
2按此定義，自由水的地下水面自然也是水理水頭的一種情況。
圖」（圖4-2）
二、自由水之地下水系劃分
自由地下水系的劃分係依據地下水面等高線而定，地下水研究區內的水井，
受砂、土互層的水文地質特性影響，抽水井之濾水管貫通多個含水層的情況相當普 遍，同時抽取不同含水層的作法稱為「多層採水」。多層採水井的地下水位，除了明 確可判定其為受壓水頭或化石水水頭的水位外，其餘均視為水理水頭，亦即將「地 下水面（井深＜30m 之水井水位）」及「多層採水之水理水頭連線」，均視為水理 水頭的等壓力面，亦即地下水面高度≒水理水頭等壓力面高度（等水理水頭連線）
經水理水頭觀測結果顯示，水理水頭等壓力面大致與地勢變化趨勢一致，地 形起伏大者水力坡降大，平原區小。透過水理水頭的調查及等壓力面連線的作圖分 地下水研究區的自由地下水系可分為鳳山溪、頭前溪—客雅溪、鹽港溪、中港溪等4 個地下水系，鳳山溪、頭前溪和客雅溪兩地面水系，在新竹平原部份合為一個地下 水系，水頭觀測結果分析如下（圖4-2、圖 4-3）。
1.鳳山溪地下水系
分佈在鳳山溪流域內的新店斷層及竹東斷層（經過關西附近）以西、飛鳳山丘 陵東坑背斜以北的區域，地下水主要流往鳳山溪。等水理水頭線自北側及東北側地 形分水嶺附近的標高300m，向鳳山溪主流、霄裡溪、牛欄河河谷遞減，形成霄裡溪 及鳳山溪兩個較明顯的地下水局部流動系統(local flow system)，兩個局部地下水流 動系統在新埔市區匯流成一個鳳山溪地下水系。新埔市區附近已經降到標高50m 左 右，水力坡降從河谷邊坡的0.1，降到河谷地帶的 0.02；到下游的竹北鳳岡地區因 受北側地形急遽變化的影響，水頭由標高 50m 驟降至 5m 以下，水力坡降約為 0.1，可見湖口臺地的北側邊坡，顯現出原有臺地的地形面受到侵蝕，受相對高度 變化大的影響，而有頗大的水力坡降。約在50m 等水頭線以西進入平原地區，新竹 縣政府一帶，降到標高25m，地下水流線朝向西北方向，新竹平原地區的水力坡 降約為0.002～0.0025，較湖口臺地區小了 8～50 倍。嚴格來說，鳳山溪地下水系下 游可與頭前溪—客雅溪地下水系合併，形成「新竹平原地下水系」。
2.頭前溪—客雅溪地下水系
頭前溪—客雅溪地下水系分布於斷層連線以西的頭前溪流域，以及新竹斷層線 之西北側的客雅溪流域所合圍的範圍。頭前溪在新竹斷層以東地區，水理水頭線由 飛鳳山丘陵南坡面的標高400m，快速下降到頭前溪河谷平原的 100m，水力坡降 約為0.08；對岸的竹東丘陵北坡的水力坡降約為 0.038。客雅溪流域的絕對高度並 不高，但邊坡侵蝕的相當高，致有0.01～0.015 的水力坡降。
新竹斷層和新城斷層明顯影響到水理水頭變化，客雅溪部份新竹斷層兩側水頭 標高相差30-35m，水頭線無法連續；進入新竹平原之後，大部份地區的水理水頭 均在標高10m 以下，頭前溪—客雅溪間之地下水分水嶺，略為與平原上地形分水 嶺一致，但並不十分明顯，故頭前溪—客雅溪可合併成為一個地下水系。此外，頭
前溪與客雅溪所夾的「竹東丘陵之丘陵區」北段，由於四周邊坡的侵蝕與切割，中 央部位成為殘餘、孤立的紅土臺地堆積面（石再添等(1996)稱為「高峰面」），因此，
水理水頭等壓力面呈半封閉狀態，形成一輻散的地下水分水嶺區。
進入新竹平原之前，頭前溪和客雅溪流域的地下水以較大的水力坡降，各自朝 向河谷匯流；在新竹斷層線西北側的平原，等水頭線合而為一，地下水流線轉為 朝向西北向，水力坡降驟減為0.002 左右。
3.鹽港溪地下水系
鹽港溪地下水系位於新城斷層以西，崎頂臺地以北地區，相當於水文地質區的
「竹東丘陵之丘陵區」南段，以鹽港溪為流出區，地下水系較為單純，鹽港溪流域 原本就是地勢不高、相對高度不大的低丘盆地（鹽港溪源頭標高僅76m），故水理 水頭標高大多在10m 以下，河谷地帶的水力坡降約為 0.0023；崎頂臺地北坡受地 勢陡降，水力坡降超過0.1，地下水流線朝向鹽港溪河谷。
4.中港溪地下水系
中港溪地下水系位於中港溪流域的斷層連線以西之竹南平原與竹南丘陵區。中 港溪北側有東西向斗換坪斷層影響，造成中港溪南、北兩岸等水理水頭線的不連續 中港溪地下水系的等水理水頭線變化，應當以斗換坪斷層線為界，分為南、北兩個 區塊討論。斷層線北側的水理水頭之水力坡降呈現緩降的態勢，地下水流線朝向西 南的中港溪口，到河口附近水頭線已經降到0m 左右，水力坡降介於 0.001～0.002 之間。斷層南側的水理水頭水力坡降由南向北略偏東方向快速下降，到河道附近，
水理水頭已經在標高0m 以下，由於本處的河谷平原較窄，邊坡的相對高度較大，
水力坡降約介於0.01～0.05 之間；竹南丘陵頂部之水力坡降則僅約 0.0063。
按照吉本－海茲培格(Ghyben-Herzberg)理論的原理（Bouwer，1993；楊萬全，
1993），沿海地區正常之地下水面應當在標高 0m 以上，若低於 0m 則有地下水超 抽及海水入侵的疑慮3，從多層採水之水理水頭線的分布及標高來看，中港溪南岸 河谷地帶（公館工業區），已經略微出現地下水面低於海平面的跡象。
5.多層採水水理水頭之季節變化
丘陵及臺地地形區，由於受到水力坡降較大及地圖縮尺的影響，無法從圖 4- 2、4-3 的水理水頭等高線變化看出夏、冬半年平均水理水頭的差異。平原地區只有在 新竹平原地下水系下游，可稍稍看出「冬半年水位較夏半年略為偏低」，中港溪地 下水系則無法看出，但利用數據統計的處理方法來呈現（表4-1），則夏、冬半年 的水理水頭差異就顯得較為清楚了。
3沿海地區的地下淡水與鹹水靜壓平衡之關係式如右：(H+h)＝HH/h＝1/(1.025-1)＝40（吉本－
海茲培格理論）。其中：H為海水厚度(m)、(H+h)為淡水厚度(吉本－海茲培格凸鏡體厚度)(m)、為淡 水比重＝1、為海水比重＝1.025（假設值）。按照靜壓平衡的原理，在正常的情況下，理論上h＝
0（即H＝0）的位置應位於海岸線上，由於海水比重較大，海水呈楔形狀向內陸方向插入到海岸含 水層下方（Bouwer，1993；楊萬全，1993；Bureau Reclamation ﹐nd.）。如果海岸或感潮河段(tidal reach河岸附近的地下水面長期低於標高0m，即表示鹹水楔形面(saltwater wedge)向內陸退卻，自是 有地下水超抽及海水入侵的疑慮。
以表4-1「(夏半年平均水頭)＞(冬半年平均水頭)的水井數目所佔的%」來看：夏 季水頭高，而冬季水頭低的態勢相當明顯，自由水的顯著程度又大過多層採水。這 是由於淺層地下水位變化受到降水的影響較為明顯（楊萬全，1993），夏季是雨 季，且就降水型態而言，夏季之降水強度遠大於冬季，因此「夏＞冬」的情形即較 為明顯。
不管是自由水或多層採水的水井，冬、夏水理水頭差的平均數及中位數，均在 1m 以下，水頭的冬、夏季節變化並不算大，而自由水稍稍大於多層採水。變異係數 及全距則反過來，以自由水較大，顯示多層採水水井之夏、冬水理水頭差的變異程 度大於自由水；其次，上游地區在夏季與冬季的水頭差可達2-3m，沿海地區則多 在1m 以內，顯示上游地區的地下水面受到季節性降水變化的影響大於下游地區。
表4-1、地下水研究區夏、冬半年平均自由水及多層採水井水理水頭之變化
水井種類 統計項目 水井數目
*1
平均數 中位數 變異係數 全距 夏＞冬*2 夏＜冬
井深＜30m(自由水) 55 0.648 0.465 83.6% 3.210 85.5% 14.5%
井深＞30m( 多層採 水)
87 0.535 0.285 255.0% 7.250 63.2% 36.8%
*1已扣除觀測次數不完整者。
*2「夏＞冬」表示夏半年平均水頭＞冬半年平均水頭的水井數目所佔的%；「夏＜冬」的情況反之。
資料來源：統計歸納自附錄(四)。
6.水理水頭之長期變化趨勢
本研究的地下水位觀測紀錄最長達到5 年，以 7 月及 2 月各觀測一次，所以單 一水井最多有10 筆觀測紀錄。作者利用這些觀測資料，來觀察研究區地下水位長 期的變化趨勢。然而受到客觀條件的限制，並不是每一口水井均有連續及足夠的觀 測次數，於是作者就這142 口自由水及多層採水水井，加以篩選，作為觀察水理水 頭之長期變化趨勢的依據。作者統計樣本之篩選及資料處理原則有四：(1)選取觀測 次數達6 次以上者；(2)濕季及乾季（7 月、2 月）均有對稱觀測的水井樣本數4；(3) 水頭變化的時間序列趨勢線檢定的顯著性在0.05 以下時才選取。(4)水理水頭標高變 化的趨勢線之斜率為正值表示時，表示是上升的趨勢，斜率為負值則反之。
全區共篩選出21 口水井，其中水理水頭標高長期趨勢的斜率為負值的佔 85.7％，即地下水位長期呈現下降趨勢的水井佔了絕大部分5。以流域別來觀察，新 竹平原地下水系（鳳山溪、頭前溪、客雅溪流域）地下水位長期下降趨勢，比中港 溪地下水系要來得明顯。
表4-2、調查期間地下水研究區多層採水井之水理水頭標高長期變化趨勢
4這是基於濕季（7 月）的水理水頭高度，在理論上會較乾季（2 月）高的假設，如果乾季與濕季的 觀測次數不相等，則趨勢線是不平衡的，所做出的趨勢線自然沒有意義。
5淺層地下水位會受短期降水事件的影響而上升，但作者在進行地下水位觀測時，已經避開雨日約
流域別 有效水井樣本數 斜率為負值之水井數
（%）
斜率為正值之水井數
（%）
鳳山溪 7 7（100） 0（0）
頭前溪 5 5（100） 0（0）
客雅溪 3 3（100） 0（0）
鹽港溪 1 1（100） 0（0）
中港溪 5 2（100） 3（33.3）
總計 21 18（85.7） 3（14.3）
資料來源：田野調查資料彙整
二、受壓水及化石水之受壓水頭的觀測成果
作者研究期間所觀測到的水頭、電導度值、RpH、Piper 水質菱形圖、抽水試驗及 地層柱狀圖等資料的比對，整理出受壓及化石的水井資料（圖4-1），將野外所觀 測到的水頭數據轉繪成等受壓水面（等受壓水頭線）圖。地下水研究區受壓水之地 下水系可清楚分辨的，只有新竹平原及竹南平原2 個地下水系，但約略可推測鹽港 溪流域也自成一個受壓地下水系。受壓水頭觀測結果分析如下（圖4-4、圖 4-5）。
1.新竹平原地下水系
新竹平原受壓地下水系的 300m 等受壓水頭線在關西、龍潭交界的銅鑼圈；
200m 的等水頭線在新埔與楊梅交界附近的清水國小，100m 等水頭線約為太平窩 尾—新埔國小—寶石國小的連線，約等於臺地與平原的交界面；5m 等受壓水頭線 約等於竹北市義民中學—新竹高中的連線。霄裡溪流域受壓水頭之水力坡降約介於 0.018～0.028 間；鳳山溪河谷約 0.026；新竹平原區受壓水頭之水力坡降約為 0.0024（圖 4-4、4-5）。整體而言，受壓水頭標高在新城斷層—新竹斷層連線以北，
大致由東北東向西南西次第下降，湖口臺地及飛鳳山丘陵受壓水頭的水力坡降大；
新竹平原受壓水頭的水力坡降小。
新竹平原之受壓地下水系整體的水力坡降約與多層採水水理水頭相當，然而 ， 自由水的地下水面等高線係反映地形起伏的狀況，局部流動系統的變化較為複雜；
受壓水頭線的變化則係反映地勢高低與地層變化交互作用的結果。因此，等受壓水 頭線隨地形而變化的情況，不如自由水明顯，亦即其局部流動系統不如自由水發達
2.中港溪地下水系
中港溪受壓地下水系的地下水流線大致指向中港溪，惟受到斗換坪斷層的影 響，中港溪南、北岸的流向略有錯動。中港溪北岸（可獨立為「竹南平原地下水 系」）的等受壓水頭線大致與地形等高線平行，受壓水頭之水力坡降約為 0.0087；
中港溪南岸（可獨立為「南港溪地下水系」）的等受壓水頭線，基本上也是反映地
形的變化，受壓水頭之水力坡降約為 0.0085，與竹南平原受壓地下水系相當。
新竹平原受壓地下水系的受壓水頭線呈現略為外凸的狀況，與地層的堆積型 態一致，全區的水頭大致在標高 0m 以上，中港溪地下水系的等水頭則呈現向內陸 凹曲的狀況。其受壓水頭標高普遍低於新竹平原地下水系，水力坡降也較之為大，
中港溪地下水系受壓含水層是否也已經有超抽現象？值得進一步確認。
3.竹東丘陵區的受壓地下水系
從圖 4-4 及 4-5 的資料觀察，只顯示客雅山西北坡及崎頂臺地北坡出現兩個局 部的受壓水流動系統：客雅山西北坡的局部流動系統受壓水頭之水力坡降頗大，
約為 0.077，地下水流向指向客雅溪；崎頂臺地北坡的局部流動系統也出現較大的 水力坡降，約為 0.02，地下水流向指向鹽港溪口。作者認為這兩處「局部受壓水流 動系統」存在的形式，應與地層變位及褶曲的程度較高有關6。然而，以目前作者所 掌握的資料，並不足以判斷竹東丘陵受壓水區域流動系統(regional flow system)的 存在以及其分布空間型態，尚待後續研究確認。
4.化石水之水頭變化
從Piper 水質菱形圖的分析顯示：地下水研究區內零星分布幾處化石含水層。
然而，要檢測到化石水的存在，實在有點碰運氣。以作者目前的調查尚無法全面性 的論述化石水存在及其形式，本處僅能以個案說明的方式呈現少數例證。
作者檢測三處有化石水反應，其一在客雅溪下游的新竹斷層兩側，共有4 口水 井出現化石水反應，在新竹斷層線西北側（新竹平原）3 口水井的水頭標高約為 10m 上下，斷層東南側（竹東丘陵之丘陵區）的水井水頭標高為 46.3m，若考慮新 竹斷層上、下盤的落差，（約50-60m），則斷層兩側的水頭似乎可以連結起來，4 口井可勉強繪製一個橢圓狀的封閉化石水等水頭線。其二是鹽港溪下游的國產實業 公司，其水井所在地面標高為10m，水頭標高為-39.1m（圖 4-6）。其三，在關西 高農，地面標高為157m，水頭標高為 127.7m，其高度與鄰近的受壓水頭標高相當，
故這個地區的受壓含水層有可能因原有的補注區入口，受到新店斷層及新城斷層 的擠壓而封閉，而逐漸轉變成暫時性化石含水層。
5.受壓水及化石水水頭之季節變化
受壓水頭較不易受到個別降水事件的影響而有明顯的變化，冬、夏的水頭高低 變化，但主要仍是反映長期季節性的降雨量變化（夏雨冬乾）。
受壓水之冬、夏水頭差的中位數大於平均數甚多，數據呈現較明顯左偏（負 偏）的態勢。受壓水的變異係數甚大，表示其冬、夏水頭變化的相對離散程度很大 若將自由水、多層採水、受壓水三者的冬、夏水頭差的變異係數大小加以比較，則以 受壓水最大，自由水最小，多層採水居間。
6作者從中國石油公司在 1994 所繪製的《1/100,000 石油地質圖第三號：新竹—苗栗》判讀：客雅 山附近有新竹斷層、新城斷層、客雅山上的小向斜及背斜、青草湖背斜等地質構造。崎頂臺地北坡 Ptk1 地層之走向及傾向，隱然是一個小背斜，其地層傾角約 3o-9o、走向大致為東北北—西南南到北
由於化石水是缺乏補注的情況下，由於夏季為用水的高峰，理論上抽水量會大 於冬季，4 口化石水井的水頭季節變化均與這種推論相符，但由於這 4 口水井中有 3 口是家庭用的民井，抽水量有限，故冬、夏的水頭變化不大（不到 1m）。
表4-3、地下水研究區冬、夏半年平均受壓水及化石水水頭之變化
水井種類 統計項目 水井數目
*1
平均數 中位數 變異係
數
全距 夏＞冬*2 夏＜冬
受壓水井 22 0.152 0.550 1374.3％ 10.42 72.3％ 27.7％
化石水井 4 -0.921 -0.64 -- 1.66 0.0％ 100％
*1已扣除觀測次數不完整者。
*2「夏＞冬」表示夏半年水頭標高＞冬半年水頭標高的水井數目所佔的%；「夏＜冬」的情況反之。
資料來源：統計歸納自附錄(四)。
6.小結
包含自由水及受壓水在內的地下水流系統，到下游地區均可歸併成三個區域性 的地下水系：新竹平原地下水系（含鳳山溪、頭前溪及客雅溪三個地面水系的集水 區）、鹽港溪地下水系、中港溪地下水系（也可獨立分為竹南平原與南港溪兩個地 下水系）。
第二節、地下水之電導度及 RpH 的觀測成果與分析
一、野外地下水電導度值調查
本研究所做的地下水質調查分為：野外直接觀測及水質採樣實驗室分析兩大 方向。野外直接觀測的項目包括：水溫、RpH 及電導度(E.C.)三項，觀測時間與地下 水位觀測時間相同，唯觀測水井口數略少於地下水位。
地下水研究區共進行了六次的地下水水質採樣檢測，第一次為 1997 年 11 月、
第二次為2000 年 8 月（濕季），第三次為 2001 年 2 月（乾季），第四次為 2001 年8 月、第五次為 2002 年 7 月、第六次為 2002 年 11 月。第一次的採樣係針對地下水 研究區地下水中的砷及鎘兩個重金屬離子進行檢測；第二、第三次的採樣井位相同 地下水質資料用來作為乾、濕季的季節變化對照之用；第四～六次的採樣，係針對 前幾次的不足作補調查工作，調查的總水井數量為154 口。以下所討論的地下水之 電導度值，均已轉換為相當於25oC 時的電導度值。
在地下水研究區的地下水電導度分析所遇到的第一個待釐清的問題，仍然是
「水樣取自哪一個含水層？」，所謂的「地下水電導度值」可能是以下四種井水之電 導度值：
1.自由水井
井深在30m 仍是重要的論述依據，井深 30m 以內的水井所量得的地下水電導 度值均屬之。
2.多層採水
地下水研究區內的水井一旦井深大於30m，水井即可貫穿自由含水層底部，
貫通兩個以上的含水層，以多層採水的方式抽取地下水。若經 Piper 水質菱形圖分 析，結果屬於自由水的水井，均視為多層採水之水井。若無法判釋，則只要井深＞
30m，則仍以多層採水視之。
3.受壓水井
凡是井深大於30m，水樣水質檢測地下水質落在以 Piper 水質菱形圖之 II 區
（受壓水）均屬之。
4.化石水井
凡是井深大於30m，水樣水質檢測地下水質落在以 Piper 水質菱形圖之 III 區
（化石水）均屬之。
二、自由水之電導度值
自由含水層中之地下水的電導度值受到堆積形態、含水層分布、地下水流程、季 節、人為污染、距海遠近及短期降水事件等方面的影響。
1.自由水電導度的空間差異
由本研究的觀測記錄顯示：自由水的等電導度線分布型態與等水理水頭線頗 為類似，均反映局部流動系統及區域流動系統的雙重影響。同一地下水系的上、中、
下游間，呈現出明顯的空間差異，主要原因為上游地區的地下水流程短、污染源少 受海的影響較小，故電導度值相對偏低，下游地區則反之（圖4-7、4-8）。
自由地下水系中以鳳山溪上游的電導度值較低，東北部及飛鳳山丘陵分水嶺 部位僅50S/cm，湖口臺地及飛鳳山丘陵的大部分水井（除了受人為影響較明顯的 新埔及關西市區）的電導值均未超過200S/cm。新竹平原的大部分地區介於 800- 400S/cm 間，往下游漸次遞增，平原沿海地區的數值則超過 900S/cm。竹東丘陵 之丘陵區南段（鹽港溪流域）及竹南丘陵區（南港溪流域），相較於其他丘陵及 臺地區，其電導度值偏高，介於600-1,000S/cm 間，鹽港溪流域之等電導度線更 呈現向內陸彎曲的態勢，也與等水理水頭線的趨勢一致。這主要是受到這兩個地區 標高較低，比其他高地更受更新世以來，多次反覆海進的海水浸漬所致（趙希濤 等，1992），標高愈低電導度愈高。
透過自由水之等電導度線的變化，配合土地利用調查，可觀察出地面污染源 的影響狀況。污染源可分為：
(1)非點污染源(Non-point pollution sources , NPS)：非點污染源又稱區域性污染 源，包括有降水入滲、灌溉水入滲、河川入滲、（都市）家庭污水入滲、海水
入侵及昔日鹽湖殘留鹽分等。
(2)點污染源(Point pollution sources , PS)：點污染源又稱場置性污染源，包括 有垃圾掩埋場入滲、工廠排放物入滲、養豬等畜產場排放物入滲等。（徐年盛 等，1990）
配合圖4-7、4-8，透過自由水之等電導度線的變化，配合土地利用調查，可觀 察地下水研究區地下水污染的影響狀況：
(1)中港溪下游：中港溪下游的自由水電導度值在夏季已經達到 1,200S/cm
（水井編號147 及 149，請參見圖 4-1），冬季更達 2,000S/cm 已經十分不 尋常，對應等水理水頭線的趨勢。對應土地利用來看，中港溪下游的地下水 污染已經構成非點污染，而非單純的點污染。除了反映中港溪南岸公館工業 區有地下水超抽的狀況7，透過Piper 水質菱形圖分析，其水質反映的是受農 業污染（III 區），而非海水污染（IV 區）的狀況，由於電導度值甚高，仍 不能排除受感潮河段的影響，但中港溪兩側工廠的污染源（尤其是造紙 廠）應脫離不了關係。
(2)新竹南寮垃圾焚化爐旁：新竹南寮垃圾焚化爐（原為垃圾掩埋場場指）旁 的海堤邊的一寬口井（新竹市政府苗圃所有）（圖 4-1 之水井編號 62）作 者前後檢測了11 次電導度值，其電導度值在 830-4,530S/cm 間波動；進行 了3 次 Piper 水質菱形圖分析，每次均落在 Piper 菱形圖之 IV 區（海水污 染），顯示地區已經受到海水污染（非點污染）；然而，從該井水的重金 屬水質及檢測做為參考指標，其水中重金屬的濃度並不突出，尚看不出有 受垃圾掩埋場的點污染源影響。
(3)關西水坑源頭陳屋（關西鎮大同里）的寬口井（水井編號 36-2），其電導 度為432S/cm。由於其地處地形分水嶺附近，鄰近地區各種形式的地下水 電導度值均甚低，無超過100S/cm 者；作者檢測水坑河水，其電導度值竟 然高達2236S/cm，實驗分析的結果 Na+、Cl-及SO4-2偏高，該地地下水受到 上坡工廠廢水污染的情況相當明顯8。關西水坑源頭下坡的地下水明顯受到點 污染源的影響。
(4)關西市區：關西市區的自由水等電導度線呈同心圓狀的閉合曲線（以水井 編號33a、33b、34b、34c 等 4 口寬口井），電導度值明顯高於鄰近地區。關西 市區為盆地狀地形，市區人口聚集，而使得淺層地下水受到污染，其地下 水污染形態應屬於地方性的非點污染源所影響。這一類都市地區的地下水受 到非點污染源影響的狀況，從圖4-7、4-8 上判讀，新埔及竹東市區也可看出
7中港溪流域共有 5 個工業區：崎頂臺地南坡有崎頂工業區；中港溪北岸西有竹南工業，東有頭份 工業區；中港溪南岸有公館工業，這三個工業均十分靠近中港溪。
8陳屋之水井與水坑河床相距僅約 5m，電導度值相差甚多，作者認為土壤粒子對污染物的吸附作用 (absorption)發揮了極大的功能。水坑源頭之污染源，據作者現地的勘查及當地地居民指稱，係由於 其上方臺地面上的數個工廠排放污染水（新竹縣環保局曾經開單告發），但該的工廠地處桃、竹兩 縣界上，常常成為三不管地帶，偷排廢水的的情事屢屢發生，位於工廠下方之陳姓人家，因此不得 不遷離祖居。（田野訪問資料）
這污染形式的端倪，即位於河谷平原或盆地地形的市街地區，受到水流輻 合及人口相對集中的影響，地下水容易受地方性的非點污染源所影響。
2.電導度的季節及長期變化趨勢
比較圖 4-7 及 4-8，平原地區冬半年數值相同的等電導線較夏半年內移約 100S/cm，顯示夏雨冬乾的季節性變化對自由水之電導度有相當程度的影響。
以整體而言，自由地下水系地下水的電導度值，在冬季明顯高於夏季，夏、冬 電導度差值之平均值為-68.15S/cm，而「夏＜冬」的百分比為 77.4％，冬季電導度 值較夏季偏高的原因與長期冬季降水量較少有關。其次，模仿表4-2 的計算方式，
長期電導度值呈現下降趨勢的佔45.5％，呈現上升趨勢的佔 54.5％，顯示電導度值 長期變化有略微上升的趨勢，但趨勢並不明顯。
表4-4、地下水研究區夏、冬半年平均地下水電導度值之變化
水井種類 統計項目 水井數目
*1
平均數 中位數 變異係數 全距 夏＞冬*2 夏＜冬
自由水井 48 -68.15 -47.20 -174.4％ 742.50 22.9％ 77.1％
多層採水水井 80 -75.40 -58.60 -98.2％ 351.20 7.5％ 92.5％
受壓水井 22 -77.16 -76.15 -74.9％ 170.70 0.0％ 100％
化石水井 3 -43.67 -- -- 77.62 0.0％ 100％
*1已扣除觀測次數不完整者。
*2「夏＞冬」表示夏半年電導度值＞冬半年電導度值的水井數目所佔的%；「夏＜冬」反之。
資料來源：統計歸納自附錄(四)。
3.海陸位置對自由水電導度值的影響
海岸地區電導度質值偏高的現象，明顯與接近海洋，受海洋影響有關，如漂鹽 古潟湖的存在、都市污水匯集等有關。
作者在地下水研究區沿海地區找出一條100 餘年前間陸化的古海岸線，由新竹 縣竹北市鳳岡到苗栗縣後龍鎮水尾，從微地形的變化（約有1m 落差，間或可見築 堤之石壘）及訪問上可大致確識（韋煙灶，1998），作者長期的觀察：這條海岸 線相當於海拔2.5～3.0 公尺等高線的連線。（韋煙灶，2003）
以此地理界線作為，發現與觀察電導度值變化，有相當程度的吻合，古海岸 線以西的地區在百餘年前仍處於潟湖或海洋的環境，或作為日曬鹽場之基地。這條
「古海岸線」以西地區所量測到的淺層地下水之電導度值多在1000S/cm 以上，以 東地區的數值多在800S/cm 以下，數值呈跳躍上升的態勢，故這條一百餘年前的
「古海岸線」可作為自由地下水水質的分界線（如圖4-9 所示）。
二、多層採水的電導度值
1.多層採水電導度的空間差異及其解釋
多層採水的電導度值係混合多個含水層的綜合反應。多層採水電導度的整體趨 勢變化與自由水類似，大致反應地下水系及其流向的特徵：不同地下水系的等電 導度線變化各自成體系；電導度值由分水嶺向河谷遞增，或由上游向下游遞增。
新竹平原地下水系多層採水的電導度值變化，從圖4-10、4-11 明顯可以看出有
向客雅溪輻合遞增的趨勢，從地層剖面（剖面46-1）比對、Piper 水質菱形圖分析 及電導度值變化趨勢，顯示客雅溪下游兩側的水文地質條件有其特殊性，是否受 新竹斷層及潟湖的雙重影響，有待日後釐清。鹽港溪地下水系由於觀測密度不足，
無法觀察其多層採水的電導度變化趨勢；中港溪地下水系的電導度則有向中港溪 河谷及其支流南港溪遞增的趨勢。
比對自由水與多層採水的電導度值，在相同地點，多層採水所顯現的電導度 值均較自由水為低，到下游表現得更為顯著。理論上，自由含水層中的地下水循環 速度應比其他含水層要來得快，電導度值應當較低，但新竹平原區的觀測結果恰 巧相反。沿海地區的自由水水質受到海洋的影響較為顯著，電導度值偏高；內陸地 區的自由水電導度值高於其它含水層中的地下水，合理解釋是：自由水接受較多 來自地面的非點污染源，這些污染源已經明顯影響到自由水的水質，其下的受壓 含水層受污染的狀況較不明顯，反而為維持較低的電導度值水準。
2.多層採水電導度變化的季節差異及其解釋
比較圖4-7 及圖 4-8，一如自由水的情形，平原地區及河谷地帶之冬半年數值 相同的等電導線，較夏半年內移約100S/cm，顯示夏雨冬乾的季節性變化對多層 採水之電導度仍有相當程度的影響。
多層採水的電導度值，在冬季明顯高於夏季，以整體而言，夏半年電導度差 值的平均值所得之數值為-75.40S/cm，而「夏＜冬」的百分比為 92.5％。冬、夏多層 採水電導度差值的變異係數及全距的數值均較自由水為小（參見表 4-4），參照原 始觀測資料可以發現：沿海地區自由水冬、夏電導度差異程度，較同地區的多層採 水為大。
三、受壓含水層及化石水的電導度值
1.受壓水
新竹平原地下水系電導度的變化趨勢，大致從東北東向西南西方向遞增。夏半 年電導度值介於50～500S/cm 間；夏冬半年電導度值介於 50～600S/cm 間。鹽港 溪及中港溪雖然只有零星的觀測點，但其電導度值偏高，主要是由於這兩個地區，
標高較低（＜50m），比其它地區更易受到更新世以來歷次海進的影響（鹽分較 高），之前已經有多次的討論，本處的觀測結果，再次地強化這個論點。
從圖4-12 及 4-13 及表 4-3 的解讀，地下水研究區內受壓水的電導度值，在冬 季明顯高於夏季，以整體而言，夏、冬電導度差值之平均值為-77.16S/cm，其絕對 數略大於自由水及多層採水。「夏＜冬」的比例為100％，冬季電導度值較夏季偏高 的原因可能與冬季抽水量較多（地面水源較少之故），因難透水層中的較高電導 度之地下水，滲漏(leak)混入到受壓水中的影響，電導度也會略微增加。冬半年受 壓地下水的等水頭線的水力坡降大於夏半年（顯示抽水量較大），可間接證明此 一觀點。
相較於地下水研究區內的自由水，受壓水的電導度值，無論在空間及季節上 ，
其變動的幅度均較小。受壓水電導度值的空間變化，主要應是反映區域地下水流動 系統的上、下游變化（東部電導度值低、西部高）；以及更新世以來，沈積環境的 差異（北部電導度值低、南部高），故以地下水研究區整體而言，電導度的空間變 化呈現：由東北部向西南部遞增的趨勢。受壓水之電導度冬高、夏低的趨勢，應受 抽水量季節性的差異所誘發的難透水層中的地下水滲漏的影響。
2.化石水
地下水研究區內化石水的電導度值從300～3000s/cm 均存在，且由於觀測的 樣本有限，看不出較顯著的空間特性來，也因被封閉在地層中，沒有機會參與水 循環（楊萬全，1993），電導度值普遍較高，編號 127 的水井，其電導度值高達 2800s/cm；而編號 34b 只有 224s/cm；地緣較為接近的編號 69、100b、101 及 107b（圖 4-14；水井編號參見圖 4-1）的電導度值則介於 439～1024s/cm 間9。夏、
冬電導度差值之平均值為-43.7S/cm，「夏＜冬」的百分比為 100％。冬半年的電導 度同樣地是大於夏半年。
四、地下水之 RpH 成果與分析
RpH 的觀測是以攪拌方式將地下水中溶解的 CO2趕走後的pH。地下水研究區 地下水之RpH 的空間差異，雖不若水頭與電導度值明顯，但也可發現其間明顯的 空間規律性：
1.自由水之 RpH 調查與分析
自由水之RpH 的空間變化與電導度值有一定的相關性，愈往下游 RpH 愈高，
這種空間特性與地層質地、距海的遠近及土地利用等有密切關係10。
湖口臺地與飛鳳山丘陵區所觀測到之RpH 較其他水文地質區明顯偏低，全部 低於6.5（25℃），地勢愈高其值愈低，海拔 150m 地區以上甚至低於 6.0，此應與 紅土臺地之淺層地下水中溶解較多的CO2，以及紅土之鹽基物質（鈣、鎂、鈉、鉀）
比例較低有關。平原地區自由水的RpH 則是愈向西愈高，到了沿海地區自由水的 RpH 已經接近 7.5。竹東丘陵及竹南丘陵自由水的 RpH 偏高主要反映更新世以來受 海進、海退的影響，使得含水層的地層質地較細及礦物成分偏鹽基性有關。
2.多層採水 RpH 之調查與分析
多層採水的觀測樣本數較多，其等值線的趨勢比自由水清楚，除了竹東丘陵、
竹南平原及竹南丘陵區的數值偏高外，新竹平原地下水系多層採水井水的等RpH
9這 4 口水井中以編號 69 水井的 10 次的觀測次數最多，電導度一直穩定地在 800～997S/cm 間波動；
編號 10 水井 7b 有 6 次觀測記錄，電導度在 570～790S/cm 間波動。編號 100b 及 101 水井僅有夏、
冬 各 一 次 觀 測 紀 錄 ， 前 者 分 別 為 439S/cm 及 532S/cm ； 後 者 在 作 抽 水 試 驗 時 ， 電 導 度 在 528S/cm～1024S/cm～700S/cm 間波動，從鑿井地層剖面觀察，其抽水方式屬於「多層採水」，
只是水質落在 Piper 水質菱形圖的 III 區而已。
10細質地土壤透水性較差，所含有的鹽基物質（如鈣、鎂、鈉、鉀）的量較難流失，土壤水的 pH 通常 高於粗質地土壤（郭魁士，1997），以淋溶的觀點來看，地下水的狀況應當類似。海水中的鹽基物 質甚多，其 pH 通常略高於 7，呈現微鹼性反應。家庭污水一般是偏鹼性反應，在人口密集的地區，
家庭污染應會相當程度地影響到淺層地下水，導致地下水的 pH 提高；工廠通常用酸（尤其是鹽 酸）來作為原料或半成品的溶劑，或洗滌器物，因此，所排放出的廢水多半偏酸性，一旦污染到淺 層地下水，將會導致地下水之 pH 降低，如水井編號 36-2 的 RpH 僅有 4.6 即是一例。
線以河道為中心，向內陸彎曲的態勢十分明顯；冬半年較夏半年更為明顯（圖4- 17、4-18）。
3.受壓水及化石水 RpH 之調查與分析
受壓水及化石水的樣本數較少，勉強繪製等值線可能會有失真的狀況，故直 接以數字表示（圖4-19）。地下水研究區內受壓及化石水之 RpH，除了湖口臺地，
受紅土影響，酸性物質含量相對較高，有低於7.0 的狀況，其他地區大抵在 7.0 以 上，竹東丘陵及竹南丘陵區之受壓及化石水的RpH 有偏高的現象，RpH 的空間分 布型態與其電導度類似，影響原因應也大致相同。
4.地下水 RpH 變化的季節差異及其解釋
在研究區地下水RpH 之季節變化上，自由水「夏＞冬」所佔的比例較高；多層 採水則是「夏＜冬」所佔的比例較高；受壓水的趨勢與多層採水類似，但較為不顯 著；化石水的樣本數較少，但約略可看出夏季有較冬季高的現象。（表4-5）
表4-5、地下水研究區地下水 RpH 之季節變化*
水井種類 統計項目 水井數目
*1
平均數 中位數 變異係
數
全距 夏＞冬*2 夏＜冬
自由水井 36 -0.202 -0.230 -226.8％ 2.30 77.8％ 22.2％
多層採水水井 64 -0.220 -0.285 -126.8％ 1.31 25.0％ 75.0％
受壓水井 16 -0.059 -0.030 -784.8％ 2.07 43.8％ 56.3％
化石水井 3 -0.188 -- -- 0.86 66.7％ 33.3％
*（夏半年平均 RpH－冬半年平均 RpH）
*1已扣除觀測次數不完整者。
*2「夏＞冬」表示夏半年 RpH＞冬半年 RpH 的水井數目所佔的%；「夏＜冬」的情況反之。
資料來源：統計歸納自附錄(四)。
第三節、地下水特性的交叉分析
一、自由水
本單元討論的原始數據均來自附錄四，從表4-6 的統計結果顯示：191 個水井 中自由水的井位標高—季電導度、井位標高—RpH 的對應均呈負相關，即地面標高 愈高，自由水之電導度及RpH 愈低，也就是說，地面標高不會影響到地下水面與 地面的距離的大小。水位（地面到水面距離）—電導度的對應均呈負相關，這種關 係可證明：自由水較易受降水所引起的推壓流(piston flow)對地下水質的影響。電導 度—RpH 均呈正相關對應，即電導度低時自由水水質容易趨向於酸性反應11，電導 度高時反之。水井標高—水位、水位—RpH 的對應關係不顯著。
11降水後一段期間（約 15～30 天內），受空氣壓縮及推壓流的影響，地下水位發生變化（地下水上
表4-6、自由水之地下水面、電導度、RpH 之相關性對應矩陣
標高 夏季水位 冬季水位 夏季電導
度
冬季電導 度
夏季RpH 冬季RpH
標高 1.000
夏季水位 0.035 1.000
冬季水位 0.035 0.958*** 1.000 夏 季 電 導
度 -0.529*** -0.223* -0.332** 1.000 冬 季 電 導
度 -0.646*** -0.149 -0.255** 0.914*** 1.000
夏季RpH -0.425*** 0.083 -0.069 0.415*** 0.480*** 1.000
冬季RpH -0.631** 0.099 -0.196 0.396** 0.511*** 0.707*** 1.000 註：各欄之數字為各變數對應之相關係數；* P<0.05、** P<0.01、*** P<0.001；本處之地下水位係 指地面到水面的距離，而「非」地下水位標高。
資料來源：統計歸納自附錄(四)。
二、多層採水
表4-7、多層採水之水位、電導度、RpH 之相關性對應矩陣
標高 夏季水位 冬季水位 夏季電導
度
冬季電導 度
夏季RpH 冬季RpH
標高 1.000
夏季水位 0.437*** 1.000
冬季水位 0.538*** 0.992*** 1.000 夏 季 電 導
度 -0.471*** -0.109 -0.089 1.000 冬 季 電 導
度 -0.361* -0.085 -0.124 0.878*** 1.000
夏季RpH -0.259 0.067 -0.012 0.061 0.328* 1.000
冬季RpH -0.100 0.04 0.015 0.221 0.320* 0.773*** 1.000
註釋及資料來源：同表 4-6。
從表4-7 的統計結果顯示：多層採水的井位標高—水位（水頭上限到地面之距 離）的對應呈正相關、井位標高—電導度的對應呈負相關，但井位標高—RpH 的對 應關係不顯著。冬季電導度值—冬季RpH 的對應呈成正相關、夏季電導度值—夏季 RpH 的對應關係則不顯著。
三、受壓水及化石水
從表4-8 的統計結果顯示：受壓水及化石水的井位標高—水位（水頭上限到地 面之距離）的對應呈正相關、井位標高—電導度的對應呈負相關、井位標高—RpH 的對應呈正相關，「標高」與「水位」的相關程度又高於多層採水，顯示多層採水在 這方面的反應，具有介於自由水及受壓水的過渡性質。受壓水及化石水的冬季電導 度值—冬季RpH 的對應呈正相關，夏季電導度值—夏季 RpH 的對應則不顯著，類 似於多層採水的情況。
表4-8、受壓水及化石水之水位、電導度、RpH 之相關性對應矩陣
標高 夏季水位 冬季水位 夏季電導 冬季電導 夏季RpH 冬季RpH
度 度
標高 1.000
夏季水位 0.650*** 1.000
冬季水位 0.694*** 0.992*** 1.000 夏 季 電 導
度 -0.435* 0.082 -0.532* 1.000 冬 季 電 導
度 -0.627** -0.269 -0.282 0.974*** 1.000
夏季RpH -0.394* 0.171 0.190 0.304 0.361 1.000
冬季RpH -0.603** 0.048 -0.014 0.354 0.618** 0.867*** 1.000
註釋及資料來源：同表 4-6。
四、綜合討論
自由水、多層採水、受壓水及化石水的地下水特性，以「標高—電導度」的對應 關係所表現的趨勢最為接近，即4 者均顯現出「標高愈高電導度值愈低」的趨勢；
其次為「標高—RpH」，再其次為「電導度—RpH」，這三種地下水特性的對應相關 係數，冬季比夏季來得高些。相同地下水性質的冬、夏半年間的對應，以「水位」的 相關係數最高，電導度其次，RpH 最低。也就是說，「水位」的時、空間變異性最小 RpH 最大。
對應關係中，自由水、多層採水、受壓水及化石水最大的差異在於「標高—水 位」的對應關係。自由水之「標高—水位」的對應關係不顯著，多層採水、受壓水及 化石水之「標高—水位」的對應卻均呈正相關，而受壓水及化石水的相關係數又高 過多層採水許多。可見愈是淺層的地下水，愈容易受推壓流的影響，而擾亂了「『標 高』愈高，『水位』愈深的趨勢」。
對比地下水研究區內各地區、各類型地下「水位」、電導度值、RpH 等指標，均 顯示多層採水具有自由水及受壓水及化石水的過渡特徵，即多層採水的確是自由 水與受壓水混合的綜合體，支持了「地下水研究區內普遍存在受壓含水層」的論述。
