地下水人工補注

地下水人工補注 (Managed Aquifer Recharge, MAR)
國立臺灣大學環境工程學研究所博士後研究員 簡義杰

何謂地下水人工補注?

地下水人工補注 (managed aquifer recharge (MAR) or artificial recharge) 係以工程的手段，將截留雨水、暴雨逕流與經過初步處理之生活污水等水源，以注入井或土壤滲濾的方式補充地下含水層，利用土壤滲濾及（或）含水層中的淨化機制，達成處理、儲存與再利用水資源的目的 (Bouwer, 2002; Dillon, 2005; Regnery et al., 2013)。

此方法又稱為 artificial recharge、enhanced recharge、water banking 與 sustainable underground storage 等。地下水人工補注技術的應用在歐洲及美國已分別有 100 年及 50 年，澳洲近年來也積極評估此方法以紓解水資源逐漸短缺的壓力。

地下水人工補注的分類

地下水人工補注依回收水注入方式可分為兩大類：（一）井水注入式（ASR、ASTR 等）及（二）土壤滲濾式（SAT、滲流池等）（圖一），井水注入式具有低水分揮發、不易滋生藻類蚊蟲、占地面積小等優點，然而注入井有阻塞的問題需加以克服，且注入過程無法提供額外的處理效能；相對之下，土壤含水層處理 (SAT) 及滲流池方式，可利用滲流帶淨化水質的特性去除營養鹽、有機物及致病微生物，廣泛應用於污水現地處理 (on-site treatment) 及人工湖補注地下水。

除了可回收淨化儲存多餘的水資源於地下含水層，地下水人工補注對含水層置換 (displacement) 與沖洗 (flush) 的特性，也具有處理受海水入侵鹽化或遭到污染地區的潛力。

圖一 地下水人工補注常見的形式：(一) 井水注入式；(二) 土壤滲濾式。(本文作者簡義杰繪)

此外依據注入方式（注入井或土壤滲濾）、灌注及抽取位置、補注水是否傳輸移動等特性，地下水人工補注方法可在細分成下列幾種形式 (Dillon, 2005)：aquifer storage and recovery (ASR)（含水層儲存及回抽）（圖一），aquifer storage transfer and recovery (ASTR)（含水層儲存傳輸及回抽）（圖一），bank filtration（岸濾），dune filtration（沙丘滲透），infiltration ponds（滲流池）（圖一），percolation tanks，rainwater harvesting，soil aquifer treatment (SAT)（土壤含水層處理）（圖一），sand dams（砂壩），underground dams（地下水壩），recharge releases。

地下水人工補注的優點

地下水人工補注可克服傳統興建水庫之限制，如水庫場址取得日益困難、建設經費高、乾旱地方水量蒸發嚴重、爆發藻華及藻毒之風險、孳生病媒蚊、不具環境永續性（淤積泥沙、破壞河川生態、淹沒生態及文化敏感區）等缺點 (Bouwer, 2002; Dillon, 2005)，除此之外，地下水人工補注亦可與人工溼地 (constructed wetlands) 結合，有效運用雨水、民生污水廠放流水等再生水資源，為多元水資源開發方案提供一穩定的新興水源。

地下水人工補注 – 臺灣水資源多元及永續利用重要之一環

臺灣受到氣候變遷的影響及先天地理的特性，水資源的取得日趨嚴峻，因此多元及永續的水資源利用為國內非常迫切的課題。近年來全球氣候變遷，極端氣候頻率增加，乾旱及暴雨造成穩定供水的壓力與日俱增，乾旱時，水庫儲水日益枯竭，且河川因流量減小導致水質惡化，暴雨時，原水濁度驟增亦無法進入淨水程序，此外臺灣地處季風帶，降雨分布不平均，中、南部豐枯水期明顯，加上河川特色為流短湍急，約有 60% 的降雨直接流入海洋，水資源蘊藏不易，因此雖然降雨為世界平均值的 1.6 倍，臺灣仍被列入缺水國家。

有鑑於此，國內多以水庫蓄存降雨，然而夏季氣溫提高，水庫有水量易蒸發損失、優養化藻華藻毒、增加淨水程序負擔、飲用水水質惡化等缺點，另外，地下水亦為國內重要水源，然而超量抽取地下水也已造成水位下降，進而造成地層下陷、海水入侵鹽化，以及沒有妥善管理所造成地下水污染等問題。因此地下水人工補注在臺灣多元及永續的水資源利用的發展上具有極高的潛力。

地下水人工補注的發展與挑戰

在多元與永續水資源的開發上，地下水補注方法具有相當的優勢及潛力，但實際應用上仍需要關鍵的研究數據及知識，其中又以水中有機物、病原菌及微量/新興污染物在土壤滲濾過程中的傳輸、淨化機制與去除效率最為重要，此外高濾速、低阻塞及低維護需求的濾料組合亦是一重要的研究課題，不良的地下水補注不僅無法達成蓄存水資源的目的，更有可能縮短設施使用年限或污染地下水源，唯有妥善規劃及良善管理的地下水人工補注才能同時達到水資源永續利用的目標。

參考文獻

1. Bouwer, H. (2002). Artificial recharge of groundwater: hydrogeology and engineering. Hydrogeology Journal, 10(1), 121-142. doi:10.1007/s10040-001-0182-4
2. Dillon, P. (2005). Future management of aquifer recharge. Hydrogeology Journal, 13(1), 313-316. doi:10.1007/s10040-004-0413-6
3. Regnery, J., Lee, J., Kitanidis, P., Illangasekare, T., Sharp, J. O., & Drewes, J. E. (2013). Integration of Artificial Recharge and Recovery Systems for Impaired Water Sources in Urban Settings: Overcoming Current Limitations and Engineering Challenges. Environmental Engineering Science, 30(8), 409-420. doi:10.1089/ees.2012.0186