【探索 28-9】氣候變遷下的水質安全課題——我們準備好了嗎？
十八世紀末，工業革命的炬火熊熊燃起，化石燃料轉化成龐大能量推動機械，卻也釋放大量二氧化碳到大氣中，使地球在兩百年來不斷升溫，極端氣候出現頻率年年增加。氣候變遷造成熱浪、水災、森林大火等現象層出不窮，但大多數人通常不會意識到全球暖化對飲用水水質安全造成的威脅，今天的探索基礎科學講座，邀請到臺大環境與職業健康科學研究所王根樹教授，和我們分享氣候變遷下的水質安全課題，探討全球和臺灣在暖化下面對的嚴峻水資源挑戰。
講者、審定｜臺灣大學環境與職業健康科學研究所 王根樹 教授
彙整、撰稿｜周書瑋
水資源短缺日益嚴峻
從小，地理課本就告訴我們地球水資源中只有百分之三的淡水，其中四分之三是不可利用的海水，剩下四分之一的淡水資源中，可利用的河川、湖泊和淺層地下水體所佔比例可說是微乎其微，也因此我們總是被耳提面命的告誡節約用水的重要性。根據統計，到二零二五年，估計會有二十八億人口生活在缺水環境下，到二零五零年更將增為四十億人。
水資源短缺主要可歸咎於兩大因子：一是需求增加，二是供應減少。需求增加導因於人口增加及生活水準提升，使人均用水及總用水量大幅增加；而人口爆炸式的指數成長，也使農業灌溉用水需求增加；經濟發展提升，工業用水需求也隨之上升，三項因子使水資源短缺問題更加嚴峻。供應減少除了歸因於現有可用水資源汙染，以及地下水過度開發外，全球暖化使原本供水或降雨充足的地區供水量顯著減少，水源短缺問題更加嚴重。根據政府間氣候變化專門委員會統計，未來在乾旱地區，平均降水量會減少，潮濕地區的降水量會增加，而極端降水事件將更加頻繁且強烈。
台灣在過去百年來增溫幅度高過全球平均，年均極端高溫天數也增加；降雨方面，年降雨天數減少，極端乾旱發生頻率提高，暴雨天數卻增加，溫度和降雨的不確定性使台灣面臨更大的氣候風險。此外，全球暖化造成南北極冰山融化使海平面上升，而台灣南部長期超抽地下水，兩者加成之下造成海水入侵危機，像是目前屏東沿海海水入侵的範圍已經超過十五公里。
氣候變遷對水循環和水質的影響
水文循環指的是水連續運動的過程，包括水從地表蒸發到大氣，凝結或凝固後降水至地表，透過逕流排入地表水或滲入地下水，最終儲存於地表或再次蒸發到大氣中。在沒有人為干擾或不嚴重，只有大自然正常運作之下，水文循環是生生不息持續變動的過程，水雖會流走但也會一直有新補充，但是人為影響會干擾水文循環。最常見的例子就是水土保持不良：由於水土保持不良，高山地區降雨無法被留在高山，很快地流入海中，原本經由逕流留在地表的水體減少，居民可利用水體也因此變少，整體水文循環變得不適合人類生存。此外，全球暖化造成溫度上升，加速水蒸發，「大氣河流(atmospheric river)」概念應運而生，指的是本來在地表的河川因水體蒸發跑到大氣中，暖化又讓水持續留在大氣中，隨著風力運輸到某個地方，碰到冷空氣成雲致雨，使曾經的降雨區不再降雨，不是降雨區的地區反而降雨，水文工程師無所適從，不知應該將取水口設在何處。
短時間內的強降水除了造成人身傷害和財產損失外，也會增加地表逕流，帶動沈積物、污染物和硝酸鹽等物質的移動，造成污水溢流，污染地表水和地下水，進而污染飲用水，最終導致各種透過水傳播的疾病爆發，像是洪水過後，糧食作物可能會被牲畜或野生動物糞便中經水傳播的沙門氏菌污染。
降雨量增加和溫度上升也會提高水體中溶解有機碳(DOC)含量，提供水中微生額外營養，且溶解有機碳會和水中消毒用氯氣結合，形成更多致癌性氯化有機物，生成更多消毒副產物(DBP)，威脅民生用水安全。
全球暖化使水溫升高，造成有害藻類和細菌大量繁殖，釋出的藻毒素可能直接危害人體健康；水溫升高也使水體溶氧量下降，水生生態系變得不適合生存。二零二一年南部大旱，曾文水庫完全乾涸，庫底土壤不斷曝曬增溫，暴雨過後土壤水分增加，青草在尚未泡到水的土壤開始萌芽，水漫過雜草後，雜草和其他植物殘體泡在水中釋出腐植酸等有機污染物，使水質惡化。
自來水事業未來展望
面對日益嚴峻的氣候變遷，自來水事業必須對此超前部署，思考如何降低高溫和洪水對水質的影響，在乾旱或洪災時如何採取緊急應對措施，最重要的是透過整體流域管理，降低外在環境對水源水質的影響。翡翠水庫可說是整體流域管理的典範，水庫建置前經過完整的環境評估，且裝設自動水質監測系統，確保水源乾淨，且管理委員會發揮功能保護集水區，嚴格禁止人為破壞。此外，可以將多重屏障觀念應用在集水區管理，提高水域對氣候變遷的耐受度，所謂多重屏障觀念是經由水源保護、多重水處理、配水系統保護等三道主要屏障來確保用水安全，其中多重水處理包括篩除、混凝、沈澱、過濾和消毒等步驟，最後再進入配水系統和家戶。
全球暖化下，水資源短缺和污染問題只會越來越嚴重，但如果我們找到治本的方法，從水循環角度擬定治水策略，從集水區源頭做好水質管理，就能一定程度的減少各種汙染物(包括新興污染物)進入水體，將氣候變遷對水質安全的影響降到最低。
