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地下水抽取对环境的影响

来源:E荟生活 时间:2020-06-27 指数:234

何谓地下水?如何存在?

一般地下水的定义有二种,就广义而言,凡是属于地面以下的水分均称为地下水;另就狭义而言,只要地层水达到饱和的水分即称为地下水。在学术及资源应用上均採用狭义的定义。

地下水存在的型式可分为二大类(如图一):

1.自由地下水:为地下水面与不透水层之间的饱和带地下水,其水面可自由起伏,而位于该自由含水层上取水的水井称为「浅井」、「自由水井」等。

2.受压地下水:居于上、下二层不透水层之间的含水层内所含的水,若凿井取水至该含水层,则水面可上升到与补注源头一样高。在受压含水层上取水的水井通常称为「深井」、「受压井」等。

地下水抽取对环境的影响

图一 地下含水层示意图(资料来源:经济部水利署)

地下水抽取对环境造成的负面影响

地下水是存在于土壤颗粒间的孔隙中,在饱和含水层中土壤固体颗粒与孔隙水体共同承担土壤荷重及外加应力,其中,固体颗粒承受的应力称为有效应力(effective stress),孔隙水体则以水压力承受。

当大量抽取地下水,补注水源来不及补充,使地下水水位长期处于下降趋势时,由于孔隙水压力减少,其原来由孔隙水体承受的应力转嫁至固体颗粒承受,即造成土体的有效应力增加,此现象促成个别固体颗粒扭曲或破碎,以及因滑动或滚动而引起颗粒间的相对运动并趋向紧密排列,减少土壤孔隙,发生压密作用(consolidation),进而在地表面产生下陷的现象,我们称为「地层下陷」。另于沿海地区,当地下水被抽取过多,上游的地下水来不及补充,淡水压力面小于海水面时,就造成了「海水入侵」的现象。

然而,若强制不抽取地下水,使得地下水水位逐步升高,即孔隙水压力相对地增加情况下,此时在饱和非黏性土体〈通常大部分为砂土层〉,一旦承受动态荷重〈如:地震力、机器振动力或爆炸等〉作用下,土体会产生超额孔隙水压力,使有效应力衰减,当土体内的有效应力归零时,则完全丧失抵抗变形能力,而产生流动的现象,我们称为「土壤液化」。

故地下水必须适度的抽取。当过度抽取造成地层下陷、海水入侵时,对自然生态环境与人类生活品质均会带来相当程度的冲击,并会引致地下水资源涵蓄能力降低、地势低洼易生洪水氾滥或溢淹、建筑物、工程结构物与维生系统设施损坏、环境生态之转变,以及地下水与土壤鹹化等灾害。另地下水水位若过高,且有动力造成土壤液化时,则会造成其上的结构物承载力不足及该土层的永久变形沈陷等灾害。

台湾的地下水保育与地层下陷防治

台湾约32%为海拔1,000公尺以上的山地,分布于中央及东部地区;沖积平原与盆地约9,000平方公里,面积约占1/4,多为台湾人口集中与经济发展的重要地区。而水资源供给包括地面水(河川引水、水库调节)及地下水,平均而言,地面水占水资源供给的67.7%,地下水则占了32.3%。

台湾地区的地下水资源颇为丰富,尤其在台北盆地、浊水溪沖积扇、屏东平原与兰阳平原等地区。然因民国70余年后,人口增加,经济快速成长,地面水不敷使用情况下,各标的用水竞相开发地下水,导致西南部及宜兰沿海地区产生地层下陷的情势。

有鉴于台湾的地层下陷是因地下水超抽所致,故经济部自民国81年至97年分三期推动「台湾地区地下水观测网整体计画」,办理台湾地区各重要地下水区之水文地质调查、地下水文观测及补注试验、地层下陷监测调查以及地下水水质检测分析等相关工作。其观测站井分布如图二所示。

然而地层下陷问题牵涉经济层面的生产因素、社会层面的生活因素,以及自然层面的生态因素,地下水超抽虽为造成地层下陷的主要原因,但并非单靠管制地下水超抽即可全面解决。故政府自民国84年起先后实施「一、二期地层下陷防治执行方案」、「彰化云林地区地层下陷防治计画」及「国土复育策略方案暨行动计画」等,期能有效遏止地层持续下陷,并思整复利用下陷区的国土资源。在政府及相关单位努力下,台湾地区减缓下陷情势及降低地水下抽用量皆已初具成效,目前全台地层下陷的状况如图三所示。然而,地层下陷的问题在台湾存在已久,严重地层下陷地区復育及保育工作涉及层面极广,且因地层下陷发生机制的特性,令防治成效不易于短期内呈现,未来仍需政府规划执行与民间配合参与,齐心防陷方能改变陷况。

地下水抽取对环境的影响

图二 地下水观测站井分布图(资料来源:经济部水利署)

地下水抽取对环境的影响

图三 全台下陷状况图(资料来源:经济部水利署)


参考文献

1. 曹以松编着,地下水,中国土木水利工程学会,1998。

2. 经济部水利署,台湾地区地下水观测网及地层下陷防治中英文简介,2011。

3. 经济部水利署,地层下陷防治资讯网。

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