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地層下陷之監測

圖、文/吳泓昱

  「改善雲林沿海水患 中央斥資1.9億治理牛挑灣溪中上游」——自由時報 20230816
https://news.ltn.com.tw/news/Yunlin/breakingnews/4398289
「……蘇治芬說明,沿海地區因地層下陷嚴重,每逢暴雨經常淹水成災,完全分不清路面、農田及農水路,造成地方危害,牛挑灣溪下游的口湖段堤防雖已完成整治,但水林段因現有斷面寬度不足,須解決排水不易的問題。
水林鄉長許山埜指出,牛挑灣溪的治水攸關水林、口湖、四湖地區,附近約500公頃農田及村莊安危,平時需好好整治,風雨來襲時才能平安度過,水林鄉位居中間地帶,很樂意扮演中上游治水先鋒。……」

  地層下陷的問題一直是彰雲嘉地區的重要課題,特別是彰雲嘉地區長期以來皆為台灣重要的農業產區,若因地層下陷造成海水入侵或倒灌,將會影響台灣的農業甚巨,甚至由高鐵所建構的台灣一日生活圈,也會因地層下陷造成重大的交通問題。因此,彰雲嘉地區的地層下陷監測,成了重要的議題。


  為掌握彰化與雲林地區不同深度地層之壓縮分布,水利署迄110年止已於彰雲地區建置完成36口磁環分層式地層下陷監測井(以下簡稱地陷監測井),藉由井內不同深度磁環位置的定期量測,可獲得不同深度之下陷資訊。長期的監測資料顯示,目前已可大致掌握各下陷區域之主要壓縮深度。地層下陷監測的測量與技術研發,主要是由成大水工所及資源工程系進行,希望藉由現地量測,確認彰雲嘉等地區的地層下陷機制,進而尋求解決的對策。


  目前在彰雲地區進行的地陷監測井(圖 1_)之量測導管垂直度及感應磁環磁場分布之現地量測,主要分為兩個部分:一是針對各井磁環位置之深度進行週期性的量測,確認磁環隨時間的深度變化;二是針對各井的井偏與井斜,利用超音波井下造影法(圖 2)作為量測導管彎曲度的主要方式。該儀器為具有高解析度、連續性的井下測量工具,備配三軸加速度計與三軸磁力計,為目前較適宜之導管彎曲度量測方式,可藉由超聲波井下造影確認管壁內的狀況。


  由圖 3可知,地層監測井在地面下的走向並非鉛直往下,而是在三維空間中,根據鑽井時的狀況有不同的偏移與方向。因此,若是以鉛直距離來計算磁環位置,會有極大的誤差。超音波井測的目的,就是協助觀測方,確認地陷井於地層下之井況幾何,方能將磁環的位置修正至真實垂深(True Vertical Depth, TVD)。至此,磁環位置的變動,方能真實反應地層下陷的狀態。此計畫也彰顯了井測的重要性與必要性,像是綠能開發,如地熱井的探勘、風場風機基樁的鑽探、二氧化碳封存場址等位於地面下無法直接觀察的區域,皆仰賴井測的技術幫助我們了解地層中的狀況與形貌。

圖 1、地陷監測井構造示意圖
圖 2、聲波造影範例圖
圖 3、井中測量井向井偏之三維走向圖(未校正)