臺灣季節性雨量與GPS位移時間序列之關係

Abstract

臺灣位在季風氣候影響範圍內，伴隨著季節、地理位置不同，降雨量也隨之變化。為了瞭解臺灣地區近二十年來，地底含水層受到季節性降雨補注所產生的週期性變動，我們藉由CGPS連續觀測資料來分析地表變動與地下水位起伏的關聯性，以用來解釋不同水文地質受到荷重的形態變化。本研究蒐集、分析臺灣高密度Continuous Global Positioning System（簡稱CGPS）資料，獲得每站每日的地表位移坐標，並結合雨量和地下水位資料來探討其特性與意義。從CGPS時間序列進行傅立葉分析可以得顯著的年週期訊號，經由經驗擬合公式獲取其長週期線性趨勢及年週期訊號，得到臺灣地表高程向的垂直振幅，發現最小振幅出現在夏季，最大振幅出現在冬季。 地底含水層形態主要分成兩類：第一類是非受壓含水層，大多分佈在固結岩地區，主要是由岩屑以及靠近地表岩層破裂和風化帶組合而成，在濕季的降雨補注非受壓含水層，使得水位上升、蓄水量增加，然而上覆岩層有效應力往下作用，造成較深處或無地下水的地層壓縮因而地表高程下陷；相反地，在乾季期間地下水位下降、CGPS高程抬升，地下水位與CGPS高程呈現負相關。第二類是於受壓含水層，大多分佈在非固結岩地區，主要是以砂、礫岩組合而成，在濕季的降雨側向補注受壓含水層，使得含水層水壓上升，使得地層膨脹、地表高程呈現抬升；相反地，在乾季期間無補注時呈現下降，是屬於正相關反應。整體主要是以臺灣山區為負相關為主，而平地區則是正相關形態呈現，其中靠近在地下水位敏感補注區的CGPS測站，其相關係數可高達0 82。 除此之外，我們觀測1994年到2016年期間，臺灣長時間的雨量變化與地表垂直變形的關係，藉由計算標準化降雨指標（SPI）來觀測年際間不同程度的乾濕季變化，以及利用CGPS時間序列來推算歷年來的含水層總補注量，發現分別在2002年和2014年期間臺灣有嚴重?期的現象，因為全區少雨缺水的影響，累積雨量的SPI值接近 -2的情況下，結果明顯反應出山區與平地區皆呈現向上抬升的情況。另外延伸探討西部嚴重超抽地下水而下陷區域，利用CGPS探討不同型態的下陷狀況，以及估算水層參數的可行性。根據我們的結果表示，可以利用CGPS時間序列受到水文負荷和地下結構的影響，並從其特徵和趨勢來明顯分辨不同區域具有不同型態的含水層。

Date of Award	2017 Aug 1
Original language	Chinese
Supervisor	Ruey-Juin Rau (Supervisor)