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地層下陷量監測與模擬分析

發佈日期 : 2023-12-01
林政偉  ,  95692@thl.ncku.edu.tw ,  (06)2371938 #532

地下水超抽引致地層下陷之數值模式需結合地下水流模式及地層下陷模式,於兼顧理論完整性及實用性之考量下,本所以Veruijt (1969)三維彈性壓密理論為基礎,建立可模擬含水層水位變化,引發含水層壓縮及阻水層壓密之一維耦合黏彈塑性數值模式,配合地下水流模式之水位模擬結果,進行地層下陷相關土壤參數之率定驗證作業,以進行地層下陷潛勢評估。相關模擬過程與結果介紹如下:

 黏彈塑性數值模式架構

結合流體(fluid)與固體(solid)之質量守恆(conservation of mass),在不考慮流體壓縮性(compressibility)下,飽和孔隙介質(saturated porous media)中之水流方程式,結合一維黏彈性土壤之本構關係(constitutive relation)可由一彈簧(spring)與阻尼(dashpot)並聯所組成(示意如下圖)。即可推導得出適用於土壤於正常壓密(normally consolidation)之本構關係及過壓密土壤之本構關係帶入初始條件與邊界條件,即可求解一維黏彈塑性地層下陷模式。

 下陷數值模式率定及驗證

針對彰雲地區檢測範圍較完整且密度較高之水準樁點,進行地陷參數之率定驗證,以呈現彰雲地區大區域之地層下陷概況,驗證結果如圖所示。
(a)實測值
(b)模擬值

 資料分析

以下展示為「111年地層下陷防治推動計畫」部分成果

 雲彰行動計畫水井減停抽水對地層下陷改善之效益分析

雲彰方案暨行動計畫100年至110年水井實際減停抽水,則彰雲地區於115年下陷速率平均可減緩1.83公分/年;雲林四鄉鎮地區下陷速率變化平均可減緩3.28公分/年,顯示至110年行動計畫水井處置後雲彰地區之地層下陷減緩趨勢已逐漸彰顯。另由地層下陷減緩量分布圖可知,本方案下陷主要減緩區域為雲林地區扇尾及扇央地區。

 地下水補注之地層下陷改善效益評析

地下水補注後於115年之地層下陷減緩如下圖,彰雲地區平均地層下陷減緩約0.77公分、雲林地區平均地層下陷減緩約0.99公分、雲林四鄉鎮平均地層下陷減緩約1.01公分,雲林沿海地區有較顯著之下陷減緩。該模擬結果亦呈現雲林滯洪池補注區多位於沿海地帶,因此雲林沿海地區有較大之地陷減緩效益,未來若能在下陷顯著地區直接進行補注,預期將能使地陷減緩有所助益。

 湖山水庫供水對地層下陷改善效益評析

地層下陷減緩成效如下圖,顯示雲林四鄉鎮平均地層下陷之減緩量較雲林全區為佳。至109年及110年四鄉鎮內平均地層下陷減緩量約分別為0.6公分及1.5公分。

 黃金廊道轉作對地層下陷改善效益評析

地陷下陷減緩成效如下圖,顯示108年以前之下陷減緩量並不顯著,109年轉作擴大至四鄉鎮後,有較大之下陷減緩量,且以雲林四鄉鎮範圍內最為明顯。至109年及110年四鄉鎮內平均地層下陷減緩量約分別為0.6公分及1.1公分。
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