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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:鄭欽韓
研究生(外文):Chin-Han Jeng
論文名稱:九二一地震前後地下水水位及含水層應力變化分析
論文名稱(外文):Dynamic Analysis Of Groundwater Level And Stress Field Of Aquifer Before And After Chi-Chi Earthquake
指導教授:顏沛華顏沛華引用關係李友平李友平引用關係
指導教授(外文):Pei-Hwa YenYoue-Ping Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:水利及海洋工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:河海工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:102
中文關鍵詞:地下水含水層地震
外文關鍵詞:groundwateraquiferearthquake
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中 文 摘 要
台灣地處環太平洋地震帶,地震活動頻繁,大小地震發生機率超過70%,而台灣多丘陵山地,居民活動範圍多侷限於狹窄的平原地區,若遭逢大地震必定造成嚴重的生命傷亡及財產損失,如台灣中部南投集集地區於88年9月21日發生芮氏規模達7.3級之強烈大地震即造成慘痛之生命及財產損失!惟地震是大地能量的自然釋放,非人力所能控制,為尋求降低地震災害損失,惟有廣泛且深入研究地震產生的相關機制及瞭解地震之孕育過程。
地震引致地下水水位之變動及泉水出流之改變早為人們所注意,而地下水水位係反應氣壓、地潮、降雨、雜訊、地震及人為抽水等之綜合效應,因此本文利用BAYTAP-G軟體濾除水位數據受氣壓、地潮、雜訊等因素影響之變化分量,篩選出僅受地震影響之地下水水位變動數據,建立水位變動與含水層應力變化之相關,並將其轉化成時間與空間圖像,分析地下水含水層應力場之動態變化特徵。
本文以建置於濁水溪沖積扇拘限含水層之17口觀測井於九二一大地震前後之地下水水位數據(1998/01/01~2000/12/31)為研究資料來源。除保留地震影響之水位數據外,其餘之影響因素先行濾除,而降雨及人為抽水效應則併入±20000Pa之比對門檻基準內,經個別之月平均地下水水位換算為應力變化值後,以Kriging法繪製濁水溪沖積扇地下水第三含水層前後兩個月變化之應力分布圖,由逐一之應力變化分布比對得知:於九二一大地震發生前12個月(87年6月~7月)含水層開始出現異常應力變化,是否受到87年7月17日規模6.2級瑞里地震之影響待查。88年1月~7月異常應力變化範圍逐漸加大,至九二一大地震發生前一個月(88年8月~9月)含水層應力於扇頂地區產生巨幅變動,最大變化幅度超過50000Pa。地震發生時,近車龍埔斷層之含水層受到的應力最大(88年9月~10月),壓應力及張應力均達到約±80000Pa規模,而震後二個月(88年10月~11月)含水層內之應力快速消散,其中壓應力之消散速率較快,時至88年12月~89年1月,九二一大地震對含水層造成之應力已完全解除。另地震發生前後扇頂含水層之應力型態截然不同,即震前係承受壓應力,但在震後變為張應力。
ABSTRACT
Taiwan locates in circum-pacific seismic zone of geographic environment and earthquake occurred frequently in such condition. The probability of earthquake occurrence is about 70% higher in Taiwan. Because of the area of hilly and mountain region is relative majority in Taiwan surroundings, most of population’s activity is confined in the small and crowned plain area. Earthquake once occurred in such place will surely cause serious casualty and damage both in human life and properties. Take Chi-Chi earthquake for example; this ML 7.3 earthquake occurred in September 21, 1999 caused tremendously casualty and damage in central Taiwan. Hence, seismic mechanism studies in order to prevent the suffering from irresistible earthquake should be the top priority at the moment.
Fluctuations of ground water level and spring discharge induced by earthquake have been paid much attention for several decades. Ground water level responds this earthquake phenomenon as well as the effects of atmosphere, earth tide, rainfall, noise and pumping activity. In this paper, the quantitative relationship between variation of ground water level and stress has been studied in confined aquifer before and after earthquake. The BAYTAP-G (Bayesian Tidal Analysis Program- Grouping Model) program has been used to screen out the influenced component of atmosphere, earth tide and noise first. Then, ground water level data of seismic influenced component merely has been applied to establish the level ~ stress relation to analyze the dynamic variation of stress field in confined aquifer by turned the level ~ stress relation into time ~ space domain patterns.
Ground water level data (1998/01/01~2000/12/31) collected from 17 artesian wells in Chou-shui river alluvial fan have been employed as the resources to study the dynamic variation of stress field before and after 921 Chi-Chi earthquake. Strained the ground water level raw data before stress variation analyzing and counted the effect both in rainfall / pumping activity being ±20000pa and took it as the threshold datum for stress comparison, stress patterns of adjacent 2 months of filtered level data with the Kriging method could be introduced for pattern evolution comparison. The results show that the abnormal phenomena of stress changing arose 12 months prior 921 earthquake and need carefully examined if the situation affected by the ML 6.2 Ray-Li earthquakes (1998/07/17). Stress variation changed tremendously with the scale over 50000pa in stress 1-month prior 921 earthquake (1999/08~09) at the upstream part of Chou-shui river alluvial fan. Compression and tension in aquifer nearby Chelungpu fault appeared the maximum stress variation the moment 921 Chi-Chi earthquake occurred with the scale about ±80000pa and faded away quickly with the lapse of time especially in compression dissipation 2-month after the earthquake, and the stresses enhanced by 921 earthquake vanished until January 2000. Different patterns of stress variation were found that compression appeared in fore seismic situation at the upstream part of Chou-shui river alluvial fan and has turned tension aft seismic.
目 錄
中文摘要 I
ABSTRACT Ⅲ
誌謝 Ⅴ
目錄 Ⅶ
圖目錄 Ⅸ
表目錄 XIV

第一章、緒論 1-1
1-1 研究動機 1-1
1-2 研究目的 1-2
1-3 文獻回顧 1-3
1-3-1 國際間地震前後地下水變化相關研究 1-3
1-3-2 台灣地區地震前後地下水變化相關研究 1-4
1-4 本文組織 1-6

第二章、相關理論 2-1
2-1 地下水水位觀測資料修正理論 2-1
2-1-1 地下水水位變化因素分析 2-1
2-1-2 氣壓與地潮的修正方法 2-2
2-1-3 地潮、氣壓及雜訊修正軟體BAYTAP-G介紹 2-5
2-2 由受壓水井之水位變化推算含水層的應力變化理論 2-10

第三章、研究區域 3-1
3-1 台灣之地體環境構造 3-1
3-1-1 台灣之地體構造 3-1
3-1-2 台灣西部地質概況 3-1
3-2 濁水溪沖積扇之水文地質架構 3-5
3-2-1含水層及阻水層之分布圖 3-5
3-2-2 導水係數及水力傳導係數 3-7
3-2-3 儲水係數 3-7
3-2-4 地下水水流之演變 3-8

第四章、地震前後地下含水層應力變化分析 4-1
4-1 資料來源 4-2
4-2 地下水水位數據之修正 4-5
4-3 背景值的估計 4-6
4-4 地下含水層應力變化分析 4-6

第五章、結論與建議 5-1
5-1 結論 5-1
5-2 建議 5-2

參考文獻 參-1
參考文獻

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