01 地層下陷防治服務團105年度工作推動計畫
 
本計畫協助經濟部水利署推動地層下陷防治工作,並辦理地層下陷防治相關專題研究。本(105)年度至5月底辦理工作內容及主要成果,分項說明如下。
 
一、地層下陷防治幕僚技術服務
 
     (一)本年度截至10月20日,協助辦理行政院地層下陷防治情形專案會議、經濟部地層下陷防治推動委員第18次、第19次會議、地層下陷防治工作會報第14次及第15次會議,及經濟部地層下陷防治工作小組104年度第4次及105年度第1次、第2次會議,共8場次;同時已參與農委會、內政部及交通部地層下陷防治工作(專案)小組會議及蒐集資料共5場次。
     (二)配合水利署召開5場次工作討論會議,研討本計畫各項工作進度及相關內容。
     (三)本年度截至10月20日,已協助並參與宜蘭縣、彰化縣、雲林縣、嘉義縣、高雄市及屏東縣辦理105年推動小組會議共6場次,以掌握地方地層下陷訊息與防治工作動態,並協助彙整提供防治相關資料供參。
    (四)協助水利署彙整「雲彰地區地層下陷具體解決方案暨行動計畫」及「地下水保育管理暨地層下陷防治計畫(104~109年度)」至105年第三季之辦理成果。
 
二、地層下陷防治專業技術服務
 
(一)完成修正以TWD97坐標系統為基準,依地表高程修正地下水管制區檢討邊界線。105年重新檢討地下水管制區面積為4710.08平方公里,共減少235.35平方公里。以100年重現期距的機率式降雨情境為易淹水區域,重新檢討嚴重地層下陷區,彰化縣、雲林縣、嘉義縣及台南市因地層下陷明顯網格範圍增加,嚴重地層下陷地區有往內陸增加之趨勢。反之,屏東縣嚴重地層下陷地區明顯減小。
     (二)地下水管制區建議累積下陷量之統計時間可自民國80年以後開始計算,並可以省道為劃定單元,配合管制範圍圖層公告,以確保管制範圍大於管制網格。考量永續地下水,配合觀測井管理水位,建議增加地下水資源警戒狀態因子,權重擬定為10%,以反映地下水資源永續利用影響程度。
     (三)整合原淡江大學維護管理之「地層下陷防治資訊網」,及成功大學「地層下陷防治服務團」服務平台,新網站已正式發佈營運。本計畫進行例行性之維運作業(時效性內容及數據之更新、平台效能檢查)、利用軟體分析網站點擊數、網頁頁面點擊數、國別、瀏覽器類別及作業系統類別,提出綜整分析,提出建議及後續辦理事項之參考。
     (四)以行政院核定計畫「雲彰地區地層下陷具體解決方案暨行動計畫」,與「地下水保育管理暨地層下陷防治第2期計畫(104~109年度)」為追蹤管控對象,開發「地層下陷防治行政管理填報系統」,作為上述專案計畫之執行進度管制及資訊統整平台,協助執行單位進行工作進度填報、工作進度查詢、會議文件瀏覽及統計報表製作等功能。
 
三、地層下陷顯著地區下陷原因調查分析與對策研議
 
     (一)蒐集更新地層下陷區環境監測與基本資料,分析降雨、地下水水位、水文地質條件及產業發展等影響因子變動情勢,探討地層下陷顯著地區地層下陷成因。
      (二)採用101~104年彰雲地區地下水位觀測結果,進行地下水流模式率定(101~103年)與驗證工作(104年),修正水文地質參數,並進行地層下陷模式率定與驗證,完成地層下陷防治措施效益之評估。
      (三)綜整水準點高程、地陷分層監測井、深層水準樁及地下水位等各項監測資料,評估近年含水層水位變化與下陷趨勢之樣態分析,可了解哪些含水層水位上升但土層仍持續壓縮。此外,採用地下水位及水位洩降量兩個因子將地下水位變動量正規化後,經與地層下陷趨勢比較後,可初步得到與下陷變化趨勢關聯性較高的含水層位置。
     (四)召開與管理單位之研商座談及現勘,針對下陷成因探討成果提出相關防治建議,俾供主管機關於推動地層下陷防治工作之參據。
     (五)103及104年連續兩年水情不佳,導致地面水源減少,地下水入滲補注量降低,分析同期間產業抽水量並無明顯減少情形,造成部分地區出現地下水位新低紀錄,加重104年地層下陷情況。
 
四、地層下陷監測機制研究與分層監測井現地量測驗證
 
     (一)本計畫完成雷達干涉技術(InSAR)相關改進技術資料,及針對目前國內曾運用各InSAR技術觀測之成果之蒐集,並初步對各技術運用於彰化、雲林地區地層下陷之觀測成效進行評估,評估結果顯示兩者之觀測差異約小於0.9公分/年。另本工作採用RADARSAT-2衛星影像數據,配合InSAR技術進行彰雲地區地表變形探討,其成果顯示彰雲下陷地區主要集中於城鎮區,農業地區下陷趨勢較為輕微;黃金廊道於彰化溪州與雲林虎尾地區下陷量均約為1.5公分/年,於雲林土庫、彰濱工業區地區下陷量則皆約為2公分/年、湖山水庫溢洪道內變形量則約為5公分內。本工作透過相關文獻彙整並說明InSAR技術應用於國內地層下陷監測時,影響實際成果之因素,並研提國內未來運用InSAR技術之相關建議與改善方針。另考量RADARSAT-2影像可獲取中高相干,故建議應持續蒐集影像,並配合更先進之InSAR處理方法,以達更高精度判釋成效。
      (二)本工作收集溪州地區4站單頻GPS追蹤站105年10月24日以前之觀測資料,依最新星曆資料解算至105年7月30日。雖採用「濾波法」有效降低GPS觀測資料浮動性之影響(優於採週平均解算方法),然而透過「空間濾波」技術雖能再降低各GPS測站訊號之浮動性,卻仍受低成本單頻GPS觀測站採用之紀錄器資料缺漏率過高,及觀測精度隨著與約制站距離而降低之影響,導致本工作對於以低成本單頻GPS測站輔助區域地層下陷監測之測試結果,顯示其並無顯著成效。
     (三)經評估結果顯示,設置土庫國中300m深層水準樁,除可達到即時掌握地表至特定深度地層間之壓縮量連續變化外,與其他監測設施觀測資料整合分析,可進一步獲致以下成效:
1.逐時分析:透過深層水準樁具高觀測頻率特性,配合地下水水位觀測站時水位觀測資料,採用時頻分析結果可進一步了解各含水層水位變化與地表至特定深度地層壓縮量之互動關係。以土庫國中300m深層樁資料為例,其壓縮量每日震盪主要受第2含水層水位震盪影響;下陷量全月變化趨勢則與第2、第3含水層水位變化趨勢之相關性較高;短期壓縮變化趨勢與第2、第3含水層水位關聯性較高,其中又以第2含水層為主要影響來源;長期壓縮變化趨勢與第2、第3、第4含水層水位均有關聯性,而第2及第3含水層影響較第4含水層顯著。
2.逐週分析:應用深層水準樁之即時且連續觀測特性,配合GPS觀測站高程觀測資料進行比較,可補強分析GPS觀測站短期下陷趨勢變化,釐清GPS固定追蹤站相關觀測資訊。
3.逐月分析:藉由深層水準樁連續且高精度之觀測特性,配合磁環分層式地陷監測井逐月監測資料進行比較,可瞭解地陷監測井特定測點之量測可靠度。另以深層水準樁下陷趨勢為基礎,配合相同深度內各目標磁環監測資料之比較,可釐清相同深度內各土層壓縮/回脹情況。
4.逐年分析:比較深層水準樁觀測資料及定期(逐年)之地面水準高程檢測資料,可瞭解該地區地表下特定深度下方土層之壓縮情況。
     (四)本工作蒐集中科虎尾園區70m及300m深層水準樁於104年10月1日至105年9月21日之觀測資料並進行分析,分析結果顯示,
1.虎尾地區淺層(地表至70m深度)地層隨著淺層(第1含水層)水位下降而壓縮,隨著第1含水層水位回昇而回脹。其最大日壓縮、回脹量相當,且1個完整年度之累計總壓縮量不足1mm,即淺層地層於枯水期之壓縮量在豐水期將幾近完全回復。
2.虎尾地區既設磁環分層式地層下陷監測井淺層目標磁環逐月量測結果亦可掌握該地區淺層地層逐月壓縮變化情勢,惟目前經濟部水利署針對既設磁環分層式地層下陷監測井係採人工方式進行逐月量測,深層水準樁與自動連續量測設施則可進行自動、高精度之連續量測,可更符合彰化、雲林地區推動既有水井納管政策之強化地層下陷監測與滾動式檢討地層下陷情勢等配套措施之需求。
3.有關建置彰化、雲林地區淺層地層壓縮連續監測系統規劃工作,其設置點位若可搭配既有地層下陷分層監測井及地下水水位觀測井,則可進一步提供釐清該設置地區之地層下陷機制之效益。
    (五)本計畫考量深層水準樁連續高精度觀測、可有效輔助、釐清其他地層下陷監測設施觀測成果之特性,以各鄉鎮至少設置1處及設置深度為第1阻水層底部等原則,擇選諸如既有設置地陷監測井、地下水水位觀測站地點為評估對象,規劃採諸如納管淺層水井集中情形、近年地層下陷變化情形、近年地下水水位變動情形等需求為評選因子,進行建置彰雲地區淺層地層下陷連續監測站之方案與設置點位評選,並針對各設置地點之水文地質條件研提設置規格以估算經費需求,進而配合雲彰行動計畫經費編列及雲彰地區輔導合法作業規劃期程,規劃推動辦理期程。初步規劃成果,建議經濟部水利署於106至109年(4年)期間於彰雲地區尚無設置磁環分層式地陷監測井之25個鄉鎮優先設置,經費需求約2,200萬元;自110年起配合納管水井輔導合法後之核辦水權量檢討及抽水管制需求,逐年編列預算辦理其餘21鄉鎮市之補強設置,所需經費約1,760萬元。
     (六)為釐清各廠牌磁環感測器隨附量尺拉伸變形(含浮力)對地陷監測井量測成果之影響程度,本工作規劃辦理荷重拉伸模型試驗測試,分析測試結果顯示各感測器隨附量尺確實會因自重增加而產生彈性拉伸變形,進而導致磁環位置讀值差異,惟對目標磁環位置量測精度、2目標磁環間距量差異之影響均不顯著;若隨附量尺有產生塑性變形情形,則將影響量測精度,應將其汰換機制納入「磁環分層式地層下陷監測井量測作業要點(草案)」磁環感測器檢驗標準中規範;為研訂不同各廠牌感測器含隨附量尺量測結果之適當資料接續方法,本工作配合水利署105年委託執行地陷井量測廠商各月量測期程,進行現地差異量測及分析,依分析結果建議地陷監測井量測資料應建立「磁環間距變量表」以進行資料接續。
    (七)本計畫以3種常見之市售磁環感測器(磁簧開關型),賡續辦理34口水利署既設地陷監測井現地驗證量測,俾作為修正「磁環分層式地層下陷監測井量測作業要點(草案)」中有關現地量測精度標準之依據。經分析水利署既設51口地陷監測井之現地量測成果顯示,90、92、93年設置者(11口)之擴充不確定度可達0.41cm; 40口其餘年度設置者之擴充不確定度可降至0.19cm以下。基此,本計畫期末報告建議上述要點(草案)中有關磁環感測器現地量測檢驗標準,改採非單一基準(90、92、93建井者,採0.45cm為基準,其餘採0.2mm為基準)。上述研究成果經於105年3月1日及105年10月6日分別已召開「磁環分層式地層下陷監測井量測作業要點(草案)」量測廠商座談會及專家學者會議,相關建議將併同期末審查各委員意見進行修正後提供經濟部水利署評估、函頒之參考。
 
五、雲彰地區納管灌溉水井抽水用電參數現地試驗及分析作業
 
    (一)本項工作利用實驗室設備,檢討不同型式流量量測設施(水表、量水桶、圓縮口及L型水尺),對於流量量測結果差異性。其中,圓縮口計因出水口縮小水頭損失大,所測得流量仍須進行參數率定驗證,現地不易操作,故不納入量測設施的對照比較分析。
    (二)不同量水設備流量測定結果顯示,量水桶與水表之流量量測誤差約小於1%(平均誤差0.5%),惟量水筒體積大不易搬運至現地,L型量水尺測定時間段,但是實驗室測定結果(與水表比較)之平均誤差較大約達10.5%。倘若現地量測精度要求可降低,L型量水尺可用於大量的現地水井抽水流量簡易測定。
    (三)本年度完成雲彰地區16鄉鎮,合計1,053口灌溉水井抽水流量現地樣本測定作業。利用統計檢定結果顯示,樣本數可滿足各鄉鎮灌溉水井之母體分布。此1,053口灌溉水井,井深20~40公尺範圍計964口(佔46%)最多,20公尺以下範圍計854口(佔40.7%)次之;超過60公尺計24口(佔1.2%)最少。井徑4~5英吋計1,507口(佔71.9%)比例最大,超過5英吋計340口(佔16.2%)次之。出水管徑2~3英吋計1,145口(佔54.6%)比例最大,3~4英吋930口(佔44.4%)次之。抽水機馬力介於2~3馬力計1,207口(佔57.6%)比例最大,4~5馬力608口(佔29%)次之。抽水機型式可概分為沉水式、豎軸式及離心式等三類,其中沉水式計883口(佔42.1%)為最多,豎軸式664口(佔31.7%)次之,離心式計559口(佔26.2%)為最少。不同抽水機型式的水電比初步分析結果顯示,離心式之平均水電比16.39(m3/度)為最大、豎軸式12.51(m3/度)次之、沉水式8.17(m3/度)為最小。
    (四)104~105年度共2,096口水井現地測定結果,依據井深判識抽水井抽水位置,屬於第一含水層者歸類為淺層井,第二至第四含水層測定數量少,統一歸類為深層井。2,096口抽樣井中深層井119口(佔5.7%),其中沉水式抽水機有108口,豎軸式6口,離心式5口,顯示深層井以沉水式抽水機為主。
   (五)採用鄉鎮為分區單元進行灌溉水井水電比經驗公式分析,經驗公式分析上分別採用抽水效率與動水位差為應變數,水井複查項目(井深、井徑、管徑、抽水機馬力、用電率)、背景水位、含水層水力傳導度、單位洩降出水量等為自變數。25鄉鎮中,二水鎮與芬園鄉測定數量過低無法進行迴歸分析,其餘23鄉鎮分沉水式與地上式(含豎軸式與離心式)進行經驗公式迴歸分析,又田中鎮與社頭鄉地上式樣本井測定數量不足,因此共有44組迴歸經驗公式。44組抽水量迴歸公式推估結果顯示,相關係數大於0.9有9組(佔20.5%),相關係數介於0.8~0.9有13組(佔29.5%),相關係數介於0.7~0.8有12組(佔27.3%),相關係數介於0.6~0.7有8組(佔18.2%),相關係數低於0.6有2組(佔4.5%),相關係數大於0.8有34組,佔推估組數的77.3%,初步推估結果顯示此方法具可行性。
   (六)彰化雲林25鄉鎮96~104年間灌溉水井抽水量推估結果顯示,彰化縣15鄉鎮年平均總抽水量約7.33億噸,96年總抽水量最低約7.1億噸,101年最大達7.46億噸。96~104年間雲林縣10鄉鎮灌溉水井抽水量推算結果,年平均總抽水量約6.5億噸,以96年最小約6.27億噸,101年抽水量最大達6.72億噸。