Expertise：Groundwater Flow Pathways Mapping and Modelling
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一、關鍵挑戰Challenge
說明關鍵技術之研發緣起與應用目標
因地球暖化，造成全球氣候變遷，極端水文事件亦頻頻發生，已影響到以往系統性的水文循環，致使水資源匱乏現象益加明顯，而人們也轉往利用地下水來因應地面水資源的不足，但是由於多年來人為的不當利用、生態環境的變遷，使得台灣的地下水資源不但儲量大幅減少，水質也被嚴重污染，所以除了需加強平原區的地下水管理外，亦需探查山區是否有可替代性之地下水資源。且近年來，民眾環保意識高漲，致使水庫或集水設施興建進度受阻，可分配之水資源更加不足，而山區佔全國面積的三分之二，屬於平原地區地下水的重要補注來源區域，在政府提倡多水源多系統聯合經營區域性水資源策略下，山區地下水資源不失為一重要之替代水資源調配來源。故對於山區地下水資源之蘊含量及各種岩層之蓄水能力與山區水文地質架構，均是亟需進行探勘調查與評估的課題。
透過山區地下水資源探勘與調查評估技術，可全盤瞭解地下水在山區地下岩層之流動特性及各種岩層蓄水能力，進而評估潛在地下水資源蘊含量，並透過山區地下水觀測井網建置與水文地質單元劃定，可確實掌握山區地下水資源分布及瞭解整體山區水文地質架構。因此本項調查技術之推廣，將有助於國內產、官、學、研投入山區水文地質與地下水之相關研究，並藉由國際交流合作，可提升國內山區水文地質與地下水資源調查與探測技術。
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二、流程Process
關鍵技術流程：
山區地下水資源調查與探勘技術之主要流程可區分為關鍵調查技術與關鍵應用技術兩大項(如圖1所示)，各項流程分述如下：
- 關鍵調查技術流程說明
(1) 水文地質鑽探與試驗調查：透過現地水文地質鑽探及孔內水文地質調查與相關室內試驗分析，調查台灣山區之水文地質特性，以瞭解水文地質參數範圍，並可提供山區水文地質單元建立與山區地下岩層優勢水流路徑分析之用及探究山區水文地質參數之關聯性。
(2) 地下水觀測井設置與抽水試驗：透過地下水位觀測井建置、現地抽水試驗與地下水位監測成果，可瞭解山區地下含水層之水力特性，並提供山區水文地質單元劃定與山區地下岩層優勢水流路徑分析之用，此外並可探究地質單元與觀測井出水量之關聯性，進而掌握山區地下水資源蘊含量及可開發之區位。
- 關鍵應用技術流程說明
(1) 水文地質單元劃定：透過地質特性調查、水力特性調查與分析及水文地質單元屬性建立，可建構出山區水文地質單元，並依據各鑽孔位置將之繪製為山區水文地質單元分布圖，以作為建立山區水文地質架構之基礎。
(2) 山區地下岩層優勢水流路徑分析：透過山區地下岩層水力特性調查、野外地質及露頭調查與山區特有之裂隙岩層地下水流複合分析模式建立，可展現出山區地下岩層之優勢水流路徑與評估出山區地下水資源之蘊含量。
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圖1 山區地下水資源調查與探勘流程圖
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三、成果Result
為釐定整體山區水文地質架構，本社已透過中央地質調查所委辦之「台灣中段山區地下岩層水力特性調查與地下水位觀測井建置」計畫，於濁水溪流域中段及北港溪流域布置29孔水文地質鑽孔及16處地下水位觀測站(如圖2)，透過水文地質鑽孔及觀測井網之建立，將可提供進行山區地下水位之監測與分析工作，並可整合水文地質調查成果來釐清山區的水文地質架構。另外透過孔內水文地質調查，可獲得各鑽孔地質單元之裂隙數量、正短距電阻率、自然伽瑪射線、波速及透水係數等水文地質參數。透過數據統計與資料彙整，已建立不同的地質單元之各種水文地質參數之訊號分布圖(如圖3)，並以中位數(Median)之數值範圍劃分高、中、低三種不同等級之水文地質參數特性，並提供山區水文地質單元劃定及山區地下岩層複合分析模式使用，目前已初步劃定出濁水溪流域中游及北港溪流域之水文地質單元(如圖4所示)與建構出山區地下岩層複合分析模型(如圖5所示)與展現出地下水優勢水流路徑(如圖6)。
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圖2 山區地下水觀測站網建置及現地水文地質調查技術 |
圖3 不同的地質單元之各種水文地質參數分布
圖4 山區水文地質單元圖
圖5 山區地下岩層複合分析模式
圖6 山區地下岩層優勢水流路徑分析
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四、與其他核心技術關連性
- GI01 - 水文地質調查與試驗
- GS02 - 裂隙岩體水文地質特性研究
- GS03 - 地下水文環境影響模擬分析
五、重要發表文獻
1. 許世孟、柯建仲、冀樹勇、林燕初、黃智昭、王詠絢，台灣山區地下水資源探勘－潛藏台灣山區地下的保命水，土木水利，第37卷第6期，99年12月。
2. 許世孟、柯建仲、羅鴻傑、趙啟宏、林榮潤、李旺儒，台灣中段山區地下岩層水力特性調查與地下水位觀測井建置初步成果，2010山區水文地質與地下水資源調查技術研討會。
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