109 高普考高考三級 地質 水文地質學 考古題詳解

核心觀念

本題考查地下水補注區的定義、區域尺度調查內容，以及如何由調查成果判定補注區邊界。

以命題當年（民國 109 年）法規為準。《地質敏感區劃定變更及廢止辦法》第 4 條所稱地下水補注區，是地表水入滲地下地層，且為區域性地下水流源頭的地區。具有下列情形之一，並經中央主管機關劃定者，屬地下水補注地質敏感區：

1. 為多層地下水層的共同補注區。
2. 補注的地下水體可作為區域性供水的重要水源。

因此，判定補注區不只看地表水能否入滲，還須查明水文地質架構、地下水流向與補注來源，確認其是否為區域地下水流源頭，以及對地下水資源的重要性。

解題方法：區域尺度調查項目與內容

作答宜依「地形與水系—地層與水文地質—地下水流場與水質—補充調查」的順序，說明每項調查如何支持補注區判定。

1. 地形、地貌與水系：調查地形高程、坡度、沖積扇或河谷等地貌特徵，以及河川、灌溉渠道等水系分布。用以辨識地表水可能集中、滯留或入滲的區域，例如沖積扇頂部。
2. 地層與地質構造：蒐集地質圖、鑽井柱狀圖及相關地質資料，掌握地層分布、沉積物粒徑、地層厚度與構造。特別確認粗粒、高透水層的分布，以及是否有厚層低透水性泥層阻隔入滲。
3. 水文地質架構：整合鑽探、地球物理探測等資料，建立含水層與阻水層的分布及剖面，判斷地表水入滲後可補注哪些地下水層、各層間是否連通，並釐定地下水流網與流源頭區。
4. 地下水位與流向：蒐集地下水位觀測資料，繪製地下水位等水位線圖，判讀地下水流向與水力梯度，確認補注區、流通區及流出區的相對位置。
5. 地下水水質及補注來源：調查地下水水質特徵，必要時配合水化學或同位素等資料，辨識地下水來源及補注水體，並確認推定的流源頭區與水文地質架構是否相符。
6. 邊界補充調查：若既有資料不足以釐清補注區地質邊界，應於邊界附近補充地球物理探測、地質鑽探等水文地質調查，再綜整成果修正邊界。

調查報告圖資比例尺

核心觀念

本題考查監測井地下水採樣的代表性，以及總溶解固體（TDS）與懸浮固體（SS）的定義和重量分析方法。

• 總溶解固體：水樣經規定孔徑濾材過濾後，留在濾液中的溶解性物質；取定量濾液蒸乾、烘乾後，以殘留物重量換算濃度。
• 懸浮固體：水中未溶解、可被濾材截留的固體；取定量水樣過濾，以濾材截留物烘乾前後的重量差換算濃度。
• 兩者的分析都仰賴具有代表性的水樣。採樣時若造成井底沉積物揚起、曝氣或樣品污染，分析結果便可能偏離地下水原有狀態。

解題方法：監測井採樣流程

作答時依「採樣前準備、井況量測、洗井與穩定判定、取樣、保存與紀錄」交代流程，並說明各步驟如何避免干擾。

1. 採樣前準備 蒐集監測井構造、井深、井篩位置、過往水位及水質資料，確認採樣目的與分析項目。準備潔淨且適合分析項目的採樣器材、樣品瓶、現場量測儀器及個人防護用品。採樣器材應先清洗，井與井之間依程序清洗或更換管線，以降低交叉污染。

2. 檢查井況並量測水位 確認井蓋、井管與井內無異常，量測井內水位及井深並記錄。水位量測設備須保持清潔，並記錄量測位置、時間及井況。

3. 洗井並量測現場水質 依監測井地下水採樣方法，以適當的抽水設備洗井；採低流量作業時，應控制抽水速率與抽水造成的水位降深，避免把井底沉積物抽起。洗井期間持續量測水溫、酸鹼值、導電度、氧化還原電位及溶氧等現場參數，並觀察水色、濁度及抽出水狀況。待水質參數達穩定判定條件後採樣；若井況不適合低流量採樣，則依適用方法及井體條件辦理洗井與採樣，並詳實記錄。

4. 採集水樣 使用潔淨的貝勒管或適當採樣泵取水，採樣設備避免碰觸地面及井口污染源。以平穩方式取樣，避免強烈抽水、攪動井底或讓水樣劇烈曝氣。樣品瓶依分析需求預先清潔；取樣後立即加蓋並標示井號、日期時間、採樣者及分析項目。

5. 保存與送驗 依方法規定保存、冷藏並儘速送驗。採樣紀錄至少包括井況、水位、抽水速率、洗井時間、現場參數、採樣方式、樣品瓶與保存情形；必要時設置現場空白、設備空白或重複樣，以檢查污染與採樣再現性。

採樣干擾與注意事項

• 井底沉積物揚起：抽水速率過大、抽水水位降深過多，或採樣器具撞擊井底，會使沉積物進入水樣，增加濁度及懸浮固體測值。
• 曝氣與氣體交換：水樣劇烈攪動或長時間暴露空氣，可能改變溶氧、氧化還原狀態與酸鹼值，並影響部分溶解物的存在形態。

核心觀念

本題考桃園—中壢台地的分層水文地質，以及地層透水性如何影響降雨入滲、地下水賦存與埤塘形成。作答可先由上而下辨認「紅土層—台地卵礫石層—楊梅層」的地層組合，再說明各層的含水與阻水功能。

判讀地下水賦存時，須區分含水層與阻水層：含水層具有足夠的孔隙與透水性，可儲存並傳導地下水；阻水層則透水性較低，會減緩垂向滲流，但不代表完全不透水。地下水流動方向受水力水頭梯度控制，可用達西定律表示：

其中 $Q$ 為流量、$K$ 為水力傳導係數、$A$ 為過水斷面積，$dh/dl$ 為水力梯度。

解題方法與論述

一、地層架構：由上而下說明「上阻、中透、下部砂泥互層」

桃園—中壢台地為古沖積扇堆積後經抬升形成的台地。題目所稱卵礫石層之下伏地層為楊梅層，答題時宜說明各層的水文地質角色：

1. 表層紅土及紅土質土層：弱透水層 台地表層紅土孔隙細小、土壤較緻密，水力傳導係數低，降雨不易迅速向下入滲。它會減少地表水補注地下水的效率，使降雨與地表逕流較容易暫時停留在地表低窪處。

2. 台地卵礫石層：主要自由含水層 紅土下的卵礫石層孔隙較大、透水性高，能儲存及傳導地下水，通常構成第一含水層，屬自由含水層。其地下水位受降雨補注、地形及排水條件影響；在地形較高、距河谷或台地邊緣較遠處，地下水位可能較深，靠近河谷或台地邊緣則較易排泄。

3. 下伏楊梅層：砂泥岩相間，具多層水文地質特性 楊梅層由砂岩、泥岩等地層互層組成，並非均質的單一阻水層。泥質層透水性低，可形成局部或區域性的阻水層；砂岩層則可含水並傳導地下水。因此，楊梅層上部或其中砂層可構成較深部含水層，部分含水層受上下低透水層限制時呈侷限或半侷限狀態。整體而言，楊梅層的砂泥互層使地下水呈現分層賦存，垂向水力連通受到限制。

二、地下水補注、流動與排泄

降雨是台地地下水的重要補注來源，但紅土覆蓋會抑制大面積、快速的垂向入滲。雨水可沿土壤裂隙、較薄處、人工開挖處及河谷等位置向下補注卵礫石含水層；

核心觀念與解題方法

本題考查水文地質學的尺度概念、含水層分類，以及穩定與非穩定抽水試驗的基本解析解。作答時先準確界定每個名詞，再交代其適用條件、重要特徵及常見公式。

(一) Representative Elementary Volume, REV（5分）

代表性基本體積（REV）是指一個足以代表多孔介質整體平均性質、同時又遠小於研究尺度的最小體積。其尺度介於孔隙尺度與場址或區域尺度之間。

以孔隙率為例，當取樣體積很小，結果會因所含孔隙與固體顆粒的差異而劇烈變動；隨著取樣體積增加，孔隙率逐漸趨於穩定。能使孔隙率等參數呈現穩定、具代表性的平均值之最小體積，即可視為該參數的 REV。

REV 的大小與介質異質性及所觀察的物理量有關，因此不同參數（如孔隙率、滲透係數）不一定有相同的 REV。連續介質假設通常要求研究尺度大於 REV，才能以平均參數描述地下水流動。

(二) Phreatic aquifer、confined aquifer 與 perched aquifer（10分）

Phreatic aquifer（自由含水層）

自由含水層的上界為地下水位面，其水壓等於大氣壓；含水層上方沒有連續的低滲透層封閉。抽水時，水位面會下降，含水層的飽和厚度隨之減少。其主要給水來源是重力排水，儲水係數通常與比出水率 $S_y$ 有關。

Confined aquifer（受壓含水層）

受壓含水層上下通常受低滲透層限制，含水層內地下水承受大於大氣壓的壓力。鑽井進入含水層後，水位會上升至壓力水頭面；若壓力水頭面高於地表，則可能形成自流井。

抽水時，受壓含水層的水頭下降，但含水層通常仍維持飽和。水主要來自水與骨架的彈性膨脹，其儲水係數通常遠小於自由含水層的比出水率。

Perched aquifer（懸置含水層）

懸置含水層是局部低滲透層上方形成的局部飽和水體，位於區域地下水位面之上，兩者之間通常隔有非飽和帶。降雨入滲水受到局部隔水層阻滯而暫時聚集，形成懸置水位；其範圍有限，且可能隨補注與排水而消失。

**辨識重點：**自由含水層的上界是地下水位面；受壓含水層由低滲透層限制，水頭可高於含水層頂部；懸置含水層則是區域地下水位面上方、局部隔水層之上的飽和水體。

(三) Thiem equation（5分）

Thiem 方程式描述穩定流抽水試驗中，受壓含水層的徑向流動與水頭降深之關係。