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 Untitled Document 地下水資源 | 地下水之流動 | 地下水抽取 | 地下水補注 | 超抽地下水 | 地下水資源經營管理

大地水銀行

地下水(groundwater)顧名思義,就是地面以下的水,然而隨著應用領域的不同,對地下水的定義就有所差異。一般對地下水的定義,是指在地表面以下,土壤或岩石孔隙中的水。不過也有人定義要在地層水達到飽和之水分,始稱地下水。而地表下土壤水分未達飽和者,不認定其為地下水。採用後者定義者,多應用在學術領域上。

地面上之水受日曬化為水蒸氣上升於空中,遇冷以液態或固態下降,存於地面,再遇熱則上升。太陽不停供給能量,水之活動因而循環不息,此種現象謂之水文循環(hydrologic cycle),如圖1。大部分的地下水來自於降水(precipitation),當雨、雪等降到地面,一部分成為地表逕流(runoff),一部分蒸發掉了,剩下的部分則沿土壤或岩層空隙入滲至地下而成地下水。

圖1

在太陽系中,地球是個非常獨特的星球,表面有71%覆蓋著海洋,可說是個多水的星球。地球上的水共計約有13.85億km3,鹹水佔97.47%(如圖2),約有13.50億km3,淡水約佔2.53%,約有3.5千萬km3;其中1.736%是以南極為主的冰山或偏遠的冰川,大部分凍封在極區或高山,它雖可溶解後獲得2.40千萬km3的淡水,約佔全地球淡水量69%,但多數還是無法使用;地下水,約佔0.76%,河流與湖泊水量共佔地球水量0.01%,地下永凍層約佔0.022%,其它如未飽和土壤水、生物體水與大氣中的水約共佔0.002%,全部只佔淡水量的31%。其中地下水的儲存量約有1,053萬km3,此數相當於河川、湖泊水量之100倍,平時這些水都儲存於地表以下,因此就好像大地的水銀行一樣。

圖2

地下水是大自然賦予人類最珍貴又豐富的資源,不但水質、水溫、水量穩定,而且取用方便、費用低廉,因此早為先民所利用,且逐年使用比重與日俱增。根據水利署統計,在台灣, 以1990年的豐水年為例,當年用水總量為195億m3,其中引自河川的有118億m3,引自水庫的有36億m3,其餘的41億m3抽自地下水; 1991年為枯水年,該年用水總量為176億m3,自河川引水69億m3,自水庫引水36億m3,抽取地下水71億m3。豐水年的用水總量中取自地下水的部份為21%,而枯水年更高達41%。因此隨著乾旱的發生,地下水在水資源利用上的角色,益形重要。

地下水的來源

地下水的來源有三:

天水(meteroric water)- 指雨、雪等降水滲入地下後,沿土壤或岩層空隙下滲的水,地下水幾乎全部來自天水。

岩層水(rock stratum water)- 當沉積岩沉積時,封閉在地層內部的水,又稱為化石水。岩層水因地殼運動或侵蝕等作用,可由地層中釋出。

岩漿水(magmatic water)- 含在岩漿中的水,當岩漿結晶成為岩石時,岩漿水自然的釋放。

地下水的重要性

如前所述,在全球總水量中,鹹水的海洋就佔約97.47%,偏遠而難以利用的兩極冰山及冰川約佔1.736%,其餘約0.794%才是人類可取用的淡水資源,而淡水資源中又以地下水的貯存總量居冠。由於地表可用的水源有限,分佈又不均,有的地區水資源豐富,有的地區貧乏,往往為了滿足日益增加的農業、工業及民生用水的需求量,除了利用水庫調節之外,地下水就成為用水的重要來源之一。在許多乾旱地區,地下水是主要或甚至是唯一的水資源。
全球的地下水總水量,約有1,053萬km3,可抽用的約有420萬km3,約佔40%,是河川、湖泊、水庫等地面水量的40倍之多。若能適當利用,可以有助於解決全球愈來愈嚴重的水荒問題。

在台灣一年抽用的地下水量可高達約70億m3 左右(1992年資料),而水庫一年只能提供約30~40億m3,因此把地下水當作一般水資源之使用是相當大的。然而地下水卻因長期透支(抽用量大於地下水補注量)使用,造成許多沿海地區產生地層下陷(subsidence)、海水入侵(sea water intrusion)、土壤鹽化(soil salinization)等問題。許多地區土壤不但無法耕作,甚至植物都很難生長了。為了避免發生超抽地下水之災害,有效管理地下水資源是相當重要的,以台北地區地下水資源為例,約自從1950~1960年代起,因為都市發展引發大量抽取地下水,而致有嚴重地層下陷發生。所幸因水資源規劃與管制得宜,近些年原下陷嚴重地區已有良好控制。然而部分地區因產業型態轉變及工程開發需求,地層下陷友有逐漸往內陸趨勢(如彰化地區)。

台灣本島年平均降水量約為2,500mm,但是降水量的時間及空間分佈變化相當大。年降水量以東北部山區、中央山脈最多,皆大於2,500mm,向東西沿海地區遞減,以西部沿海最少,約只有1,250mm。蒸發量受地表狀況、風速、日照等因素影響很大,因此空間分佈更加複雜。其分佈特性與降水相反:山區蒸發量最少,大多在1,200mm以下,往沿海地區遞增,以南部沿海最大,可達2,000mm,北部沿海較小,約1,400mm。比較降水量與蒸發量的空間分佈,西部沿海中南部地區年蒸發量大於年降水量,其餘地區則是年降水量大於蒸發量。因此台灣地區乾旱大多發生於中南部。台灣平均年降水量是全球平均值的三倍,乍看之下,似乎不少。但是,若除以人口數,則平均每人每年獲得年降水量只有3942m3,約是全球平均值的1/5.5。聯合國以每人每年可分配到的水量為指標,將各國的水資源分為三個階層:水資源豐富國家、用水可慮國家及缺水國家,依照聯合國的標準,台灣仍是列為缺水國家,對照表1,台灣每人平均雨量相較其他國家都是來得少。由於地形因素,台灣能有效貯蓄利用的水資源確實極為有限,因此相對地也就更仰賴地下水作為水資源之用。

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