【资料】台湾水文地质调查技术

身体状况出现不舒服情况时，可以到药房径自购药或找医生治疗。服用成药或许可凑一时之效，但也极可能延误医治时间，拖成大病。到医院看诊，医生对病人所作的第一件事并非开药或安排手术日期，而是进行诊断，了解病人的病征、病情及相关健康信息。一个详细完整的诊断提供后续用药、医治，或疗养的必要分析资料。同样的，水文地质调查是场址污染调查、监测、整治不可或缺的前置作业。轻忽此一步骤而欲求省钱有效的污染整治，无异舍近求远，反而造成事倍功半的反效果。

基本上，水文地质调查的目的是了解含水层的水文地质特征及地下水流场变化。地下水流场是含水层中地下水流速、流量、流向的空间分布及时间变化。水文地质特征是影响地下水流场的水文地质变化及相关的量化参数（如导水系数K值，储水系数S，比出水量Sy，渗漏因子…等）。一个较详细、较完整的水文地质调查可提供相当可靠的地下水流动状况，和影响地下水流自然或人为因素，对后续的污染调查、监测、及整治设计实在是有利而无一害。虽然，较详细的水文地质调查可能比粗糙的水文地质调查花费为大，但往往可自更有效的后续工作节樽中予以平衡。

传统上，水文地质调查脱离不了井的使用，因为井是连通含水层与地表的有效人工管道。钻井过程中搜集的土样为判断水文地质分布的主要直接证据，应尽量采集；最好能以连续采样方式进行。一般而言，传统的水文地质调查方法包括下列三种水力试验：

（1）定抽水率实验（constant rate test,CRT）:

为一种多井试验，亦即在一口抽水井中以定抽水率抽水，在附近观测井中量测泄降(应指水头)变化。然后用合适的水井水力学理论分析泄降资料，推估相关的水文地质参数。抽水井中的泄降包括流经含水层的能量损失（此部分反映含水层的特征），及井内及流经井筛的摩擦损失（又称非线性损失，通常无法确切得知且不代表含水层的特征），因此无法用抽水井泄降来推估参数。观测井距离抽水井有一定距离，地下水流速已大幅减缓，因此较不受非线性损失影响，适合用于分析、推估之用。因维持定抽水率并非难事，故CRT在过去几十年内为水文地质调查方法的主流，目前90%的水井水力学理论亦假设为定抽水率抽水的情形。欲充分利用CRT的功能，试验时间需尽量长以利反应距抽水井距离较远的水文地质变化，可能之水文地质边界，或滞水层的渗漏情况。长时间泄降数据亦可用于滤除抽水井薄壁效应（skin effects）。同时，观测井的位置、距离、及个数亦应有适当规划，以期一次抽水试验能产生最多、最有利的泄降资料。

（2）微水试验（slugtest）：

多为单井试验，即在一口井内快速汲取（或灌入）一小体积水量，造成井中瞬间水位下降（或上升），然后量测其水位回升（或下降）资料，配合合适的slug test理论推估井外围K值。微水试验易受井边因子，如薄壁效应、井管储蓄效应（wel lbore storage effect）、滤料层厚度影响。有时部分贯穿效应会造成井边垂直流分量，因而无法由简易的分析方法得知K值。单井微水试验数据对含水层的储蓄系数不敏感，因而无法用来推估此S值；除非使用观测井。但微水试验产生的水力影响范围相当小，因此观测井需尽量靠近试验井，并使用特殊装置增加观测井水位对汲水井中微弱水位变化的敏感度。虽然微水试验的数据及其分析理论受限于诸多因素，但其执行容易，试验时间短，故仍常被使用。必须注意的是微水试验的方便性不应超越它易受井边因子影响的误差性。

（3）定水头试验（constant head test,CHT）：

可为单井或多井试验。在一口汲水井中设定固定水深（定水头）汲水或注水，并量测其流量随时间变化。利用此流量数据及合适的CHT水井水力学理论推估参数。维持固定水深比维持固定水量困难，所以过去CHT不若CRT一般盛行，仅在低渗透性含水层CRT不适用时作为替代方案。在低渗透性含水层中，用固定抽水率抽水极易将井抽干，无法继续试验，而定水头试验则无此顾虑。近年来CHT逐渐受到重视，不再限于低渗透性含水层，而亦应用于高渗透性含水层。主要原因有二：

（一）CHT中最大泄降为汲水井中设定的水深，不随时间降低。汲水产生影响范围或泄降锥的最大垂直深度因而固定。藉此，可较有效地控制污染带（plume）的迁移。在许多LNAPL污染场址，定水头汲取浮油可有效减少LNAPL游移相随地下水位面下降移动所产生的残留相分布。

（二）汲水井中因水深固定，故无所谓的井管储蓄效应。井管储蓄效应会延长并加重薄壁效应。没有井管储蓄效应对资料分析自然为一大利多。在非受压含水层中，S值通常需由观测井初期泄降数据来决定。初期泄降数据又易受井管储蓄效应影响。无法有效分离井管储蓄效应与含水层储蓄效应时，所得到的S值常比实际的S值大10至100倍严重影响参数推估结果。用CHT则无此困难。

除了这三种传统的水力试验方法，近年井孔流速仪，直接贯入（direct push）法，及地理物理方法亦逐渐受到重视。井孔流速仪所得的数据易受到井边因子影响，尤其是薄壁效应更为困恼数据分析的头痛问题。直接贯入法可迅速在松软地层锤入透水筛管，作为暂时性的水-位观测仪器，或注水/汲水之用。近十年，国外若干场址使用直接贯入设备执行前述三种水力试验，着重于快速，小尺度的水文地质调查。数据分析方法在逐步建立中，结果验证尚待加强。自地质方面而言，直接贯入法不适用于桃、竹、苗的红土砾石层。地球物理方法可得到垂直剖面的讯号，但无法得知地下水的动态数据。配合水力试验，地球物理方法可有效扩大水力试验的调查范围，识别出地质钻探不足之处的水文地质变化。未来场址水文地质调查走向应是结合搭配不同的合适调查方法，达到省工、省时，又不损及调查质量及内容为目的。

来源：台湾土壤及地下水环境保护协会 简讯第四期

国立中央大学 应用地质研究所 陈家洵教授

编辑：天地一沙鸥

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