管理與應用：科技、工程、政策

生活污水再生利用
經濟部水利署劉尚儒正工程司

隨著環境保護意識的抬頭，友善環境、與自然環境共生共榮已成為國家發展時重要的考量因子。由於傳統水資源開發的方式如興建水庫、攔河堰、越域引水等，因開發極為不易，近年來多以發展新興水資源的方式輔助傳統的水資源。

廢污水回收再利用為現階段新興水資源發展的一環，而其中生活污水的再生利用方式，是將生活污水經過污水處理設施處理後，其放流水透過水再生設施，或生活污水直接進入水再生設施處理後，藉由配水系統提供給具有限制性的生活、工業、農業、環境景觀等用水或地下水補注。

再生水的形式

生活污水再利用的第一類模式，是以區域污水處理廠的放流水為水源，經處理後由再生水配水系統供給區域內用戶使用或供其它用途。一般都市的生活污水大都已納入污水下水道系統，設置水再生設施可將污水處理廠的放流水或污水下水道系統的污水，收集並處理至符合再生水的水質標準，再經由配水系統供給家庭用戶，或工業、農業、環境景觀用水及地下水補注等其它用途使用。由此再生水配水系統統一分配再生水的水量，於特殊或緊急用途時作為配水控制，可調配較大的給水量，以避免自來水的浪費（如圖一）。

第二類模式是在公共污水下水道未到達的地區，建築物用戶的生活污水是經過自設的污水處理設施處理後，再由水再生設施處理，並透過再生水配水系統返送至用戶，作為生活次級用水使用，例如澆灌及沖廁等（如圖二）。此外，由再生水供水設施與自來水供水設施組成的二元供水系統，當再生水水質不符合使用標準或水量不足時，自來水可取代或補充至再生水供水系統中使用。

圖一 生活污水再生利用統一分配使用形式

再生水的用途

1. 生活次級用水

再生水於家戶用途中主要使用於沖廁、地板清洗、洗車及其他不與人體直接接觸用途等生活次級用水，為避免與自來水混淆，需設置獨立的再生水配水系統，包含配水管線及配水池，且應有防制錯接措施，使用上需考慮衛生及水質安全問題，同時需教育使用民眾適當維護，並防止不當的接觸與用途。

工業廢水再生利用
經濟部水利署劉尚儒正工程司

隨著環境保護意識的抬頭，友善環境、與自然環境共生共榮已成為國家發展時重要的考量因子。由於傳統水資源開發的方式如興建水庫、攔河堰、越域引水等，因開發極為不易，近年來多以發展新興水資源的方式輔助傳統的水資源。

廢污水回收再利用為現階段新興水資源發展的一環，而其中工業廢水的再生利用方式，是以工業廢水為水源，處理後的再生水用途以非食品及藥品為限。取水途徑可分二類，第一類為工業廢水直接由專用下水道截流引入水再生設施處理，另一類是取自工業廢污水處理設施處理後的放流水，經水再生設施處理至符合供水水質要求後，藉由配水系統供給工業用水中的冷卻、洗滌，鍋爐及製程等用途。一般來說，工業廢水的成分較為複雜，以工業廢水處理設施的處理水做為再生水源時，使用再生水應更加慎重以免造成環境危害。

再生水的形式

工業廢水再生利用典型的模式，是以區域工業廢水處理設施的放流水為水源，經處理後由再生水配水系統供給區域內用戶使用或供其它用途（如圖一）。單一工業區因廢水量較少，可以考慮將鄰近數個工業區污水處理廠的放流水集中，經聯合的水再生設施處理後，再由再生水配水系統供給有意願使用再生水的事業使用（如圖二）。由此再生水配水系統統一分配再生水的水量，於特殊或緊急用途時作為配水控制，可調配較大的給水量。

工業廢水變異性大，工廠自行回收廠內廢 (污) 水並再生，為各工業化國家政府節約用水的重要措施，藉以提升廠內製程和整廠用水回收率。由再生水供水設施與自來水供水設施組成的二元供水系統，當再生水水質不符合使用標準或水量不足時，自來水可取代或補充至再生水供水系統中使用。

圖一 工業廢水再生利用統一分配使用形式

圖二 工業廢水再生利用分別處理並使用形式

再生水的用途

考量工業廢水的特性後，建議工業廢水再生利用應僅用於工業用水使用，或工業區內的生活次級用水使用，如沖廁、地板清洗、洗車等非與人體接觸的用途。

與自然共存之非工程防災方法
國立臺灣大學氣候天氣災害研究中心博士後研究員蔡孟涵

由於全球氣候變遷的影響，拉大了氣候極端的變化，暴雨及乾旱同時在世界上不同區域發生。臺灣是個易淹水又易缺水的國家，因為河川短且地形無法有效蓄水的問題，因此也名列世界上最容易受到天災影響的國家之一。因此如何應用有效的方法進行災害之預防、應變及復原，以達到永續及維護生態的目的，是防災時必須深思的。

在臺灣面臨水旱問題時，常見的防災手段大多為工程方法，以水庫蓄洪、疏洪道分洪、堤防束洪、地下道排水等常見的工程方法來保護及維護民眾用水及淹水的問題。不論是哪種工程方法，都是基於工程設計標準所建立，它僅有一定程度的保護標準而非萬能的防護設施。以目前常遇到的短期間內降大豪雨情況而言，在氣候變遷及都市化發展（土地開發利用等）的改變下，瞬間豪大雨造成地區逕流量加大，集流時間縮短，地下道已容納不及遽增的雨水，因此若要倚靠工程方法來解決水旱問題，也無法有效防止水旱發生。

近十年來，世界各國都思考著如何以適當的非工程方法配合工程方法，來有效地減少及降低水旱災發生時的損失。以荷蘭為例，他們以還地於河[1]的方式來取代部份堤防等工程方法，將原本就屬於自然的河道還給大地，復原在工程前就存在的蓄水、淨化功能及生態環境，並減少水患所造成的問題。

在臺灣，非工程方法除了預警預報、教育宣導外，近年來更不斷倡導及實施綠屋頂、綠街道及自然滯洪公園等方法。這些方法都是以降低都市表面逕流，延長逕流匯集時間，以減少水患形成為目的。降低都市表面逕流，另一個講法就是讓水可以被土壤吸收，這樣除了可以保護植生及提升河川基本流量外，也可以藉由土壤中的水份蒸發降低都市的氣溫。

臺灣河川特色與治理
經濟部水利署陳展裕副工程司

臺灣河川的特色

臺灣本島所有河川都由中央山脈或其鄰近的山區發源，分別向東、西注入太平洋或臺灣海峽。由於地形上標高超過1,000公尺的山區占本島總面積約31.5%，與歐美及亞洲鄰近國家的河川相比，臺灣的河川流路相對短而急促，且坡降大(如圖1所示)，上游山區之坡降常超過1/100，為下游平原地區之5~10倍。

由於臺灣地質質地脆弱且多崩塌，洪水時常狹帶大量泥沙，造成集水區或河道周遭地區的土砂災害。加上臺灣位於北太平洋西側的颱風路徑上，每年侵襲的颱風平均約3.5次，豪大雨數十次，這些颱風豪雨和不良的天然環境，造成臺灣地區的單位時間降雨量、河川的最大洪水量到達時間，以及洪水的土砂含量常接近世界紀錄，此為臺灣河川的特色，也是造成治理困難的主因。

圖1 臺灣河川與歐、美及亞洲鄰近河川坡降比較示意圖 （圖片來源：經濟部水利署簡介）

臺灣河川的治理

臺灣地區主要的河川防洪治理工程，大多數在日據時代即已開始規劃並且局部實施，只是早年的防洪設施簡陋，一遇洪水就會潰決，徒耗人力財力。

多元化水資源開發
經濟部水利署盧瑞興正工程司

水資源建設的重要性

水是人類及動植物生存發展的必需品之一，水資源建設更是提升國民生活品質及促進社會經濟持續發展的關鍵基礎建設；其不僅是產業發展與環境保護中不可或缺的有限資源，同時也直接影響產業經濟結構、社會人文與環境變遷。長期來政府極為重視水利建設，以提供穩定且量足質優的生活與產業用水，作為臺灣經濟蓬勃發展的基礎。

臺灣水資源條件特殊、缺水風險高

臺灣地區雖降雨豐沛，惟在時間及空間上分佈極不均勻，11~4月枯水期與5~10月豐水期的雨量比，北部區域為4：6，中部區域為2：8，南部區域為1：9 (如圖1)。豐、枯水期雨量差異懸殊，導致枯水期水量無法供應用水需求，須透過水庫蓄豐濟枯維持供水穩定。台灣水庫總有效容量約僅19億立方公尺，但每年卻必須供應約43億立方公尺水量，平均每座水庫年運用次數超過2次才能滿足用水需求（石門水庫甚至超過4次）。又近年全球降雨異常加劇，已造成旱澇災害交替頻繁，水文極端現象明顯且強度增高，受災範圍與程度均較過去嚴重，導致缺水風險已逐漸影響經濟發展，並對國家永續發展造成威脅。

臺灣地區各標的用水情形
經濟部水利署李椋蒼副工程司

臺灣地區用水情形概述

臺灣地區水資源的使用標的主要為農業用水、民生用水及工業用水等，依據內政部人口統計資料民國99年底臺灣地區總人口數為2,316萬2,123人，而該（99）年度全臺民生、農業及工業等各標的年用水總量為170.64億立方公尺，其中民生用水總量為32.56億噸，農業用水為122.05億噸，工業用水為16.03億噸，如圖1。

圖1 臺灣地區民國99年度各標的用水概況

99年度民生用水情形

一、用水量概述

民國99年臺灣地區平均每人每日民生用水量（含自來水供水及自行取水）為386公升，北部地區民生用水量為431公升/人/日，中部地區為371公升/人/日，南部地區為329公升/人/日，東部地區為396公升/人/日，離島地區為191公升/人/日，如圖2。

圖2 民國99年度民生用水量（公升/人/日）

臺灣地區民生用水量32億5,624萬立方公尺，其中自來水供水量為30億8,437萬立方公尺，自行取水量為1億7,187萬立方公尺，自來水供水占民生用水量之94.72%，如圖3。

圖3 民國99年生活用水量水源比

二、自來水民生供配水量

99年臺灣地區由自來水供配民生水量為30億8,437萬立方公尺，占總民生用水量（含自來水供水及自行取水）之94.72%，較98年31億8,648萬立方公尺減少1億211萬立方公尺；其中北部地區15億7,203萬立方公尺，中部地區7億1,865萬立方公尺，南部地區為7億1,586萬立方公尺，東部地區7,074萬立方公尺、離島地區708萬立方公尺

有地震！居家房屋怎麼選？
國立臺灣大學土木工程系吳宗翰

臺灣位於歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊的交界處，菲律賓海板塊以每年8.2公分的移動速度向西北移動^[1]，由於兩塊板塊互相推擠的過程中能量不斷累積，當其能量累積到一定程度便會釋放出來，而造成地震。因此臺灣經常發生地震，一般民眾常會有房子蓋得愈高，地震所造成的搖晃就會愈大，房子愈不安全的疑慮。其實，並非房子愈高，就愈不安全，房屋安全與否主要跟房屋本身的結構有關，而搖晃程度則與建築物自然振動頻率與其阻尼比有關係，阻尼比可簡單解釋為系統削減掉的振動能量與原系統振動能量之比例，阻尼比一般會介於0~1，當阻尼比恰好等於1時，系統可以有效的削減振動能量，少數情況下阻尼比會大於1，表示物體受到外力不會振動，但需要花一段時間漸漸回復至原本狀態，例如記憶枕頭；而當建築物自然振動頻率與地震所造成的振動頻率達簡單整數，如1:1、1:2、2:3時就會產生共振現象，建築物的振動幅度會因為共振而有加成的作用，如圖1。而曾有學者針對灣地區建築物高度與基本振動周期之相關性進行研究^[2]，該研究指出，鋼筋混凝土設計的房子，其高度與周期計算如公式(1)，其中T為周期，h_n為地表面至頂樓之高度；依據公式(1)反推h_n則會如公式(2)

圖1、共振現象的發生原因

根據中央氣象局地震報告^[3]，九二一大地震時車籠埔斷層由南端的振動周期約為0.25秒；北端的振動周期約為1秒，依據公式(2)可推算會產生共振的大樓高度約為14公尺及80公尺，再依據每層樓高3.6~4.2公尺來反推，在斷層北端對於樓層數3-4樓的RC建築有較大的振動幅度；在斷層南端對於樓層數19-22樓的RC建築有較大的振動幅度。然而地區不同，其地質條件亦不同，因此由於地震所造成的振動頻率也會有所不同；像臺北信義區的地震頻率一般介於0.8~3Hz^[4]，換算成周期則介於0.33~1.25秒，再換算成大樓高度則是20~100公尺高，約為4-6樓高的建築物以及23-28樓高的建築物。而花蓮地區，由於地質相較於臺北盆地來得堅硬許多，自然振動頻率較高，振動周期較短，因此低矮的建築物對於地震較容易產生共振現象。

臺灣水，哪去了？
經濟部水利署葉俊明正工程司

臺灣地區降雨豐沛

全球陸地的年降雨量平均值約900毫米，臺灣地區年平均降雨量達2,500毫米左右(詳圖1及圖2)，約為全球平均的2.8 倍，是單位面積降雨量相對較多的國家。

(註)本圖為日本國土交通省水資源部依據GRID TSUKUBA 網站數據作成 圖1：全球陸地之年平均降雨量分布

圖2： 臺灣地區歷年降雨量

人口密度高，人均水資源賦存量偏低

宏觀地從世界各大洲的水資源賦存量（=降雨量扣除蒸發散量後再乘上面積）與人口分布比率來看，亞洲擁有世界人口的60％，但水資源賦存量僅占全球36％(詳圖3)，人均水資源賦存量只有世界平均值的60％左右。至於臺灣地區單位面積降雨量雖高，但因國土面積狹小而人口眾多，換算每人每年能分配的降雨量不足4,000m³/人年，經2005年ESI(Environment Sustainable Index)評比為全球146個國家中的第18位缺水國家。