以雪山隧道導坑水之地球化學參數瞭解地表─地下水之交互作用(III)

瞭解地下水對降雨事件之反應有助於瞭解地下水之傳輸，然而較少利用長時間且連續現地觀測之雨水及地下水資料評估兩者之間的關係。本研究分析 (1)坪林測站降雨量及坪林國小蒐集的雨水同位素資料和(2)雪山隧道導坑採集的地下水流量、地下水同位素資料以及(3)坪林一號豎井附近之地下水質監測井之地下水位及其同位素資料，以探討本區地表－地下水之交互作用。 研究結果顯示雨水的同位素值分布具明顯季節差異，在不同導坑位置採集的地下水樣本之同位素有明顯空間差異，各採樣點的地下水同位素值均落在雨水同位素資料範圍內，反映出地下水是雨水的混合。根據前述成果，本研究利用端元混合分析、水文Φ指數及同位素Φ指數評估雨水補注地下水的情形，兩種Φ指數的分析結果顯示分別有21.2%至35%和85.2%至91%的降雨入滲，比較三種入滲推估方法中乾季及濕季月份雨水對地下水的相對貢獻，以端元混合分析（乾季19.1%~34.1%、濕季65.9%~80.9%）及同位素Φ指數（乾季20.2%~37.2%、濕季62.8%~79.8%）的分析結果和坪林全年雨量的分布情形（乾季31%、濕季69%）最為相似。為進一步探討地下水對降雨事件的反應，首先，分析了降雨量和井地下水位、降雨量和導坑流量的相關性，結果顯示井地下水位和導坑流量對降雨事件反應的延遲時間約為1.5至118.8小時和6至33天，而井地下水位的變化量也和降雨量呈高度正相關。其次，運用週期性回歸分析對降雨和地下水中δ18O的季節性趨勢建模，擬合結果顯示井地下水同位素的變化週期約1.9年，導坑地下水為1.9至3.4年，雨水同位素變化週期則為1年，據此計算出研究區井地下水的平均停留時間約526至993天；導坑地下水則為448至1691天。 根據上述研究結果，可觀察到雪山隧道地區地下水對降雨事件的反應特徵相當複雜，透過流量反應（井地下水位、導坑流量）及示蹤劑反應（同位素）的時間尺度相當不同，說明地下水傳輸包含波速(Celerity)與速度(Velocity)兩種概念。研究結果拓展我們對雪山隧道地區地表－地下水交互作用的理解，並提供對研究區地下水補注機制的初步想像，期望可作為未來地下水模擬的參考。