☆台北市基礎工程協會 技術小組
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一、前言 今年八月三日經建會建議雲嘉彰擬全面禁抽地下水，避免地層下陷惡化，並輔導養殖業者改用海水。敏督利颱風造成西部沿海地區淹大水災情慘重，中央政府繼提出封山政策後，又表示要全面禁抽沿海地區地下水，引起首當其衝的彰化縣，眾多農漁民強烈反彈，認為政策將讓眾多依靠地下水的農漁民無以維生；防治地層下陷、禁抽地下水是讓地方政府兩頭為難的政策，所有鄉民都會認同地層下陷必須予以遏阻，但目前三縣市地區居民與現有養殖業有關聯的產業，在無任何配套就全面禁抽地下水，勢必會造成更嚴重的社會問題。地層下陷解決方案必須治標且治本，因為中南部地表水不足，若不能增加地表水供應，就算養殖業全改用海水，超抽地下水的問題仍無法改善；俗云：「水即錢」，台灣地處亞熱帶，全年降雨量豐沛，又加上近年來之全環溫室效應，氣溫昇高，降雨量反常增多，72敏督利與825艾利颱風之降雨量是數十年來首見，如何將地表水有效儲存起來，以解除早季無水用，並提供農工業灌溉、養殖使用之策略，是當今急需解決之首要課題。二、防止地層下陷之積極面 地層下陷係指外力造成地表面的下沉，造成地層下陷的原因很多，可分為自然因素與人為因素兩種，自然作用引起的有：地下岩層被溶解、新近沈積物的自然壓密、地殼運動等，由人為造成的有地下採礦、採油、過份抽取地下水等，主要肇因又以人為抽取地下水為目前國內及世界上大多數地層下陷發生事例的最主要原因。例如台北盆地於民國四十年代因大量抽取地下水，導致地下水位劇降及地層下陷嚴重；民國57年政府劃定台北地區為地下水管制區，並積極擴充地面水源，遂使地下水數量及抽水量遞減，地層下陷逐年減緩後，下陷範圍縮小，下陷量減緩。長期超抽地下水，一旦地下水壓降得太低，這些地下水壓所減少的支撐力將轉移至地層的組成顆粒，造成顆粒間的孔隙被壓密，因而發生地層下陷，一旦地層的孔隙被壓縮就難以復原，即使是停止抽用地下水也僅能減緩沉陷加劇。根據經濟部水利署調查資料，台灣地區歷年地層下陷區域與量值如圖1所示，由圖中數值可了解，雲彰地區的地表已低於海平面，僅能依賴不斷加高的堤防及抽水站勉強維持土地的使用，這就是為什麼每當颱風過境，尤其恰遇到大潮期間，沿海的風浪及暴潮輕易地就能讓這些地區淹水不退。  圖1 台灣地區地層下陷區域與量值(摘自水利署網站) 地盤之壓密沉陷時間依地層顆粒組構、孔隙、深度、厚度、地下水位等因素而異，依據壓密理論，孔隙水逐漸消散之際土壤壓密也同步持續進行，主要壓密時程可能需數月甚至數年後完成，次要壓密時程則需更久時間；在談論整治地層下陷的措施之前，有一個很重要的觀念必須要先釐清，也就是地層下陷的沈陷行為從物理的機制上而言，是屬於一種不可逆反應，亦即一但發生地層下陷的現象，便無法使逐漸下沈的地平線再上升為原來的面貌。因此，除禁抽地下水阻止地下水位持續下降外，若能對於現存地下水位面以上尚未完成壓密之地盤回補地下水，積極性的減少壓密量值以減少地層下陷量。 從學理上來講，為了平衡地下水的抽取、增加地下水之水源、抑止地層下陷、防止海水入侵沿海地區之地下水含水層，則地下水補注是一個必要措施，可搭配人工湖設置一併實施，地下水補注的方法包括： 1.地面人工補注：此法是將地面水蓄於地面上或適當之蓄水池中，經由重力之作用而滲透補注至地下水面而成為地下水，此法僅適合於地表自由含水層及壓力含水層之補注地區。 2.人工補注井法：此法則是利用抽水機之壓力將補注水打入深層之地下水含水層中，以增加該層之水源。 3.感應補注：此法則在湖泊或河流之旁鑿井抽水使地下水位降低，使其產生水降坡度，而誘導河流或湖泊中之水流向地下水層成為地下水。 三、地下水補注工法 目前國內外地下水補注比較常用的應用方法，可分成人工湖補注法(Infiltration Basins)及ASR法(含水層儲存及回抽；Aquifer Storage and Recovery)二種。1.人工湖補注法 人工湖補注方法係將豐水期豐沛河川逕流量，經攔截後，放入適當的水文地質條件之含水層中，從而再充分運用其水源；此種方法在歐美各國已行之有年。以荷蘭海牙(Hague)附近的DZH自來水廠為例，其自來水工程係由流經許多國家之馬士河(Maas River)引水後，輸水至該地區約900公頃的海岸砂丘地，由人工湖泊入滲補注至地下含水層的天然濾層過濾後，經抽取地下水後，以一系列的淨水處理，供應南荷蘭省約120萬城市人口之需水。 台灣地區適合作為人工湖之地下水補注地點頗多，其中以沖積扇地形的扇頂區為最合適之地點。因為此地區之地下水層厚實、蓄存空間大、地層之入滲補注速度亦快，輔以地下水流速緩慢的特性，則所補注之水量可在時空上充分調配運用。並藉由良好透水性的水文地質條件，入滲補注至地下含水層之廣大空間予以蓄存 (引滲工程)，除可調蓄與涵養地下水資源外，亦充分利用所補注之水源(集水工程)。人工湖區建置後，不僅可涵養地下水源及供水外，更可藉由湖區之規劃，結合環境生態意念，開發為生態教育、休閒遊憩區。 2.ASR法 所謂ASR工程，亦係將豐水期水量以水井灌入補注地下含水層內；並於枯水期以水井回抽予以運用如圖2所示；其適合地區為砂、礫石層或河川沖積層、石灰岩或白雲岩、砂岩、具裂隙節理之玄武岩(如澎湖群島)。目前美國、加拿大、澳洲及許多歐洲國家已成功的應用了ASR技術，作為其供應水資源之一環。以美國為例，到1998年已成功運轉的ASR系統有27個，正在建設之中的ASR系統約有30多個。 國內前經濟部水資源局亦曾委託顧問機構進行過ASR技術研究與現場試驗，係於屏東南部昌隆農場，此計畫約為於豐水期補注每天5,000立方公尺之水量，於枯水期亦抽取約同等之水量，本計畫經實際運轉後，成效不錯。台灣適合施行ASR系統的地區，諸如各科學園區、工業園區、離島地區(如澎湖、金門、馬祖等) 等，以ASR之「由盈補欠」觀念，極為適合為一旦因水荒所造成缺水之備用水源。另外，除了上述地區外，應用ASR補注井技術，於台灣沿海地區之地層下陷、海水入侵區域；如屏東平原、雲林、彰化、嘉義、台南等地之含水層涵養，則對於地下含水層亦有極正面的助益。  圖2 地層地下水回補示意圖(摘自水利署網站) 在規劃一個人工引滲工程方案之前，必需對地質和水文地質進行充分的調查研究、補注地區之補注水源及經濟與技術可行之分析，以免造成不必要研究投資及日後的經濟與財務損失。一般河流在其形成演化的漫長地質年代裡，河床底部比較容易被細顆粒物質，特別是懸浮物質和藻類所淤填，限於垂向滲透能力，河水通過河床底部的天然入滲量往往是有限的。 人工引滲的工程流程主要是先設置取水設施或抽水泵站將河水引入前置處理工程設施，進行物理或化學或生物處理，這個前置處理至少要做到地面水的快速過濾。前置處理後的水由輸水管道引入人工入滲坑(池、湖)或人工入滲渠道，坑(池、湖)底或渠底通常鋪蓋0.5公尺以上厚的砂或礫石濾層，並根據引滲過程中的淤填程度，定期更換濾層，以維持相對穩定的入滲效率，以保持集水工程的穩定取水量。集水工程的主要流程是在引滲工程的下游一側，以構造物如管井、大口徑井、輻射井和集水廊道等集水工程。根據含水層的導水性，集水工程與引滲設施可相距幾十公尺以至數百公尺不等。將集水工程抽出的水進行再次物理和化學或生物處理，並引入淨水儲水池，再通過抽水泵站輸入用戶。若從集水工程中抽出的水已能滿足用戶需求品質，可不必進行再次處理。 四、結論 台灣的氣象、水文、地形、地質條件特殊，致使雨季水量儲留不易。因此，若能將豐水期由河川直奔入海的地面水，經由入滲速度快之入滲坑，將水蓄存在水文地質條件佳的地下含水層(地下水庫)內，則除可涵養地下水資源外，亦可以「以豐濟枯」方式，調配其蓄存之水量，於枯水期作為備用水源，以獲取相當程度的水源供應量。地下水庫因係利用地下含水層為水量儲存空間，故其優點為：1.無需建造相當庫容的水壩，且多設於平原地層內，無安全性虞慮; 2.台灣地區地面水庫因受蒸發影響，水資源之損失頗大；而地下水庫因係蓄入地下水層存放，故蒸發損失極小; 3.經由含水層過濾後，所引入儲存之水源水質變為更為潔淨良好。另外，特別值得一提的是; 4.開發期程較建造水庫更為快速; 5.可以發揮河川下游防洪、滯洪效果。政府法令宣佈實施前，相關配套措施宜跑在前，雖然有人會質疑，台灣西部沿海地區不是已經超量抽用地下水，因而造成地層下陷、海水入侵、土壤鹽化等問題，然而此地下水回補與利用的方式，是將地下含水層視為「水銀行」的概念，有盈裕時加以儲蓄，以備缺乏時期之調節運用；當然實行上亦需透過一套良好的操作管理機制，則不但可增加水源供應，配合適當的操作，亦可涵養補給沿海地層下陷區，對環境生態有其正面的助益。■ 參考文獻 1.丁澈士，「地下水人工補注之方法與條件」，水資源管理季刊第四卷第三期。2.丁澈士，「地下水人工補注之應用」，水資源管理季刊第四卷第三期。 3.經濟部水利署網站。 |
