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研究生： 吳季蓉
Ching-Rung Wu
論文名稱： 高滲透性含水層微水實驗
Analysis of Depth-Dependent Pressure Head of Slug Tests in Highly Permeable Aquifers
指導教授： 陳家洵
Chia-Shyun Chen
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 地球科學學院 - 水文與海洋科學研究所
Graduate Instittue of Hydrological and Oceanic Sciences
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 83
中文關鍵詞： 深度修正 、微水實驗 、振盪 、高滲透性含水層
外文關鍵詞： data analysis, highly permeable aquifers, slug test, depth-dependent pressure head
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    • 在高滲透性非受壓含水層進行微水實驗(slug test)時，若井中水位面落在井篩段之間；則水位回升會造成有效井篩長度隨著時間而改變，此種現象稱為部分浸水(partially submerged)。部分浸水的壓力特徵呈現非振盪曲線特徵；濾料補水時會呈現折線，無濾料補水時會呈現一負斜率直線。因有效井篩長度隨著時間而改變，需利用合適的方法來修正紀錄到的水位壓力，本次研究比較利用無修正水位壓力的模式分析，得到的結果會低估徑向水力導數(horizontal hydraulic conductivity)22%。而當半對數圖上產生下凹曲線特徵時，則表示為有效井篩長度隨時間變化太大所造成，建議避免實驗時初始水位過大或壓力計擺放深度過深。若井中水位面落在井篩之上，稱為全部浸水(fully submerged)，則會產生振盪曲線特徵。本次研究建立深度修正標準曲線疊套方法，由於使用第一個水頭極大值位置來代替真正的初始水位，所以標準曲線壓力頭在開始的前三秒壓力頭比微水實驗資料極大值來的小，但卻不影響分析結果。利用水頭發生極大值與極小值的各時間點和振盪週期，來驗證標準曲線疊套決定所得到的參數和結果，獲得到相同的答案。當使用未考慮深度影響的模式分析，標準曲線疊合振盪資料無法完全疊合，亦會低估徑向水力導數結果，表示全部浸水狀態下，井中動態壓力水頭需考慮深度的影響；利用深度修正來分析振盪資料結果較為正確。

    Abstract
    Analysis of pressure head of slug Tests in highly permeable aquifers. Slug tests have two conditions in the well. Partially submerged is the static water table located in the screen and sand pack. Fully submerged is the static water table is situate above both the screen and sand pack. The recharge curve exhibits log-liner form partially submerged screen and sand pack conditions. The effective length of screen changed follow time, need using applicable model to correcting pressure head. If is not to correct pressure head, horizontal hydraulic conductivity will be underestimated 28%. When a curve exhibits down-concave, express what the effective length of screen changed too much follow time. It is suggested that the initial well water displacement be less and the pressure transducer is placed at depth not close to the well bottom. At fully submerged conditions, a curve matching method is presented for the analysis of oscillatory pressure head that is dependent on depth. The Springer and Gelhar (1991) solution and a depth correction relation are used to generate dimensional type curves of pressure head versus time. A trial-and-error procedure is established to find the type curve best fitting the field data by adjusting the two unknown parameters, the horizontal hydraulic conductivity and the effective length of well water column. Analytical relations for some oscillation characteristics of the converted pressure head are derived, and they are useful in checking accuracy of the estimates. A field example is given to demonstrate this curve matching method, and it indicates that the true initial well water displacement is important to the data analysis. It is suggested that the actual initial well water displacement be determined, especially when the pressure transducer is placed at depth not close to the initial well water level.

    目錄 目錄 I 圖目錄 III 表目錄 VI 符號說明 VII 第一章 序論 1 1.1背景 1 1.2 實驗場址介紹 9 1.3 研究目的 11 第二章 微水實驗分析模式 18 2.1 部分浸水狀態分析模式 19 2.1.1 部分浸水無濾料補水 19 2.1.2 部分浸水且濾料補水 20 2.2 全部浸水狀態振盪分析模式 26 2.2.1 暫態振盪分析模式 28 2.2.2 類靜態振盪分析模式 31 2.2.3 深度修正分析模式 32 2.2.4 討論 33 第三章 部分浸水狀態水位壓力資料分析 37 3.1 壓力曲線資料分析 37 3.1.1 下凹曲線特徵分析 40 3.1.2 非線性反應 43 3.2建立經驗誤差修正關係並推估水力導數 46 3.2.1比較Bouwer and Rice Method與Dagan Method分析誤差 49 3.3 結果與討論 51 第四章 深度修正解析解模式建立 54 4.1 求解方法與步驟 54 4.2 模式分析與討論 56 4.2.1 Le敏感度分析 59 4.2.2 ?敏感度分析 59 4.3 建立深度修正標準曲線疊套方法 59 第五章 全部浸水狀態振盪曲線資料分析 62 5.1振盪曲線分析 62 5.2比較不同模式分析結果差異 69 5.3結果與討論 73 第六章 結論與建議 75 參考文獻 76 附錄 A 79 附錄 B 83 圖目錄 圖1.1a 受壓含水層微水實驗理想狀態概念模式 3 圖1.1b 非受壓含水層微水實驗理想狀態概念模式 3 圖1.2 非受壓含水層部分浸水概念模式 4 圖1.3 低滲透性含水層微水實驗特徵曲線 (Bouwer and Rice,1976) 5 圖1.4a 台灣南部高雄煉油廠苓站井SV-04 10 圖1.4b 台灣南部高雄煉油廠苓站井體構造與壓力計位置示意圖 10 圖1.5 SV-04第一組資料、w0=0.474m；z=0.56、2.03及4.06m三個不同的深度。 12 圖1.6 SV-04第二組資料、w0=0.749m；z=2.03及4.06m不同的深度。 12 圖1.7 SV-04第三組資料、w0=1.0m；z=2.03及4.06m不同的深度。 13 圖1.8 SV-04第四組資料、w0=1.0m；z=2.53、3.55及4.57m三個不同的深度。 13 圖1.9 高雄大寮鄉FD-1-20m井體構造示意圖 14 圖1.10 實驗井(FD-1-20m)微水實驗井中動態水壓變化 15 圖1.11 高滲透性含水層微水實驗資料分析流程 ………………….18 圖2.1 非受壓含水層部分浸水特徵曲線 21 圖2.2a 非受壓含水層部分浸水且濾料補水第一時態狀態概念模式 23 圖2.2b 非受壓含水層部分浸水且濾料補水第二時態狀態概念模式 23 圖2.3a 第一時態狀態三折線特徵曲線(Binkhorst and Robbins ,1998) 24 圖2.3b 第二時態狀態二折線特徵曲線 24 圖2.4 高滲透性含水層井動態水壓，不同深度量測到不同水頭變化(Zurbuchen et al.,2002) 34 圖2.5 振盪曲線特徵之非線性反應(Zurbuchen et al.,2002) 34 圖2.6 利用線性化模式 值決定，水位面(wd)對應無因次時間(td)之標準曲線(Butler, 1998)。 35 圖3.1 SV-04第一組資料，h(z,t)/w0半對數圖。 38 圖3.2 SV-04第二組資料，h(z,t)/w0半對數圖。 38 圖3.3 SV-04第三組資料，h(z,t)/w0半對數圖。 39 圖3.4 SV-04第四組資料，h(z,t)/w0半對數圖。 39 圖3.5 SV-04第一組資料，h*(z,t)半對數圖。 41 圖3.6 SV-04第二組資料，h*(z,t)半對數圖。 41 圖3.7 SV-04第三組資料，h*(z,t)半對數圖。 42 圖3.8 SV-04第四組資料，h*(z,t)半對數圖。 42 圖3.9 critical damped標準曲線疊套第三組水位壓力資料 44 圖3.10 critical damped標準曲線疊套第三組水位壓力資料半對數圖 44 圖3.11 critical damped標準曲線疊套第四組水位壓力資料 45 圖3.12 critical damped標準曲線疊套第四組水位壓力資料半對數圖 45 圖3.13 低滲透性含水層，井中為靜態水壓不受深度影響。 47 圖3.14 低滲透性含水層壓力計深度20m，線性反應 47 圖3.15 SV-04井、z=2.03m，w0=1.0時出現非線性反應。 48 圖3.16 SV-04井、z=4.06m，w0=1.0時出現非線性反應。 48 圖4.1 比較式(4.4)非線性項(z=4.5m)對於不同w0、Le及?參數的影響 57 圖4.2 已知微水實驗w0=0.3528m，z=4.5m，以Le=10.845m為初始依據，繪製?=0.904s-2、?=0.415對應?’s建立深度修正標準曲線。 61 圖5.1 實驗井(FD-1-20m)微水實驗井中動態水壓變化 63 圖5.2 深度修正標準曲線(?=0.904s-2、?=0.415)疊套微水實驗振盪資料 65 圖5.3 深度修正標準曲線(?=0.660s-2、?=0.303)標準曲線疊套微水實驗振盪資料 66 圖5.4 深度修正標準曲線(?*=0.726s-2、?*=0.333)標準曲線疊套微水實驗振盪資料 67 圖5.5 利用深度修正標準曲線疊套方法分析微水實驗振盪資料，疊合得到一組最佳參數?*=0.726s-2、?*=0.415 (Le=13.5m)、?*=0.315s-1 (Kr=3.85×10-4m/s) 並可獲得hzmax與hzmin的tzk值 68 圖5.6 利用Bouwer and Rice Method分析微水實驗振盪資料 70 圖5.7 利用SG 模式分析微水實驗振盪資料 71 表目錄 表3.1 Tabulated Values of the Dimensionless Flow Parameter, P, Uesd in Dagan Method for Wells Screened Across the Water Table 50 表3.2 比較利用Bouwer and Rice Method及Dagan Method推估井SV-04的 值結果 50 表3.3 Hydraulic Coductivity of Porous Materials 53 (Adapted from Morris & Johnson, 1967) 53 表3.4. Range of Values of Hydraulic Conductivity and Permeability 53 ( from Davis'', 1969) 53 表3.5 Order of magnitude of K for different kinds of rock 53 ( from Bouwer, 1978) 53 表3.6. Representative Values of Hydraulic Conductivity 53 ( from Ground water contamination, p26 ) 53 表5.1 利用標準曲線疊套方法獲得之最佳參數，?*=0.726s-2 (Le=13.5m)、?*=0.415、?*=0.315s-1，使用式(3.7)計算當k =1、2、3、4、5、6對應之tzk值表 69 表5.2 模式分析結果誤差 73

    參考文獻
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