地下水抽取對環境的影響

Posted on 2013/10/21 in 環境能源 with 尚無留言 10,222 views

地下水抽取對環境的影響
經濟部水利署曾鈞敏副組長

何謂地下水？如何存在？

一般地下水的定義有二種，就廣義而言，凡是屬於地面以下的水分均稱為地下水；另就狹義而言，只要地層水達到飽和的水分即稱為地下水。在學術及資源應用上均採用狹義的定義。

地下水存在的型式可分為二大類（如圖一）：

1.自由地下水：為地下水面與不透水層之間的飽和帶地下水，其水面可自由起伏，而位於該自由含水層上取水的水井稱為「淺井」、「自由水井」等。

2.受壓地下水：居於上、下二層不透水層之間的含水層內所含的水，若鑿井取水至該含水層，則水面可上升到與補注源頭一樣高。在受壓含水層上取水的水井通常稱為「深井」、「受壓井」等。

圖一地下含水層示意圖（資料來源：經濟部水利署）

地下水抽取對環境造成的負面影響

地下水是存在於土壤顆粒間的孔隙中，在飽和含水層中土壤固體顆粒與孔隙水體共同承擔土壤荷重及外加應力，其中，固體顆粒承受的應力稱為有效應力(effective stress)，孔隙水體則以水壓力承受。

當大量抽取地下水，補注水源來不及補充，使地下水水位長期處於下降趨勢時，由於孔隙水壓力減少，其原來由孔隙水體承受的應力轉嫁至固體顆粒承受，即造成土體的有效應力增加，此現象促成個別固體顆粒扭曲或破碎，以及因滑動或滾動而引起顆粒間的相對運動並趨向緊密排列，減少土壤孔隙，發生壓密作用(consolidation)，進而在地表面產生下陷的現象，我們稱為「地層下陷」。另於沿海地區，當地下水被抽取過多，上游的地下水來不及補充，淡水壓力面小於海水面時，就造成了「海水入侵」的現象。

然而，若強制不抽取地下水，使得地下水水位逐步升高，即孔隙水壓力相對地增加情況下，此時在飽和非黏性土體〈通常大部分為砂土層〉，一旦承受動態荷重〈如：地震力、機器振動力或爆炸等〉作用下，土體會產生超額孔隙水壓力，使有效應力衰減，當土體內的有效應力歸零時，則完全喪失抵抗變形能力，而產生流動的現象，我們稱為「土壤液化」。

故地下水必須適度的抽取。當過度抽取造成地層下陷、海水入侵時，對自然生態環境與人類生活品質均會帶來相當程度的衝擊，並會引致地下水資源涵蓄能力降低、地勢低窪易生洪水氾濫或溢淹、建築物、工程結構物與維生系統設施損壞、環境生態之轉變，以及地下水與土壤鹹化等災害。另地下水水位若過高，且有動力造成土壤液化時，則會造成其上的結構物承載力不足及該土層的永久變形沈陷等災害。

臺灣的地下水保育與地層下陷防治

臺灣約32%為海拔1,000公尺以上的山地，分布於中央及東部地區；沖積平原與盆地約9,000平方公里，面積約占1/4，多為臺灣人口集中與經濟發展的重要地區。而水資源供給包括地面水(河川引水、水庫調節)及地下水，平均而言，地面水占水資源供給的67.7%，地下水則占了32.3%。

臺灣地區的地下水資源頗為豐富，尤其在臺北盆地、濁水溪沖積扇、屏東平原與蘭陽平原等地區。然因民國70餘年後，人口增加，經濟快速成長，地面水不敷使用情況下，各標的用水競相開發地下水，導致西南部及宜蘭沿海地區產生地層下陷的情勢。

有鑑於臺灣的地層下陷是因地下水超抽所致，故經濟部自民國81年至97年分三期推動「臺灣地區地下水觀測網整體計畫」，辦理臺灣地區各重要地下水區之水文地質調查、地下水文觀測及補注試驗、地層下陷監測調查以及地下水水質檢測分析等相關工作。其觀測站井分布如圖二所示。

然而地層下陷問題牽涉經濟層面的生產因素、社會層面的生活因素，以及自然層面的生態因素，地下水超抽雖為造成地層下陷的主要原因，但並非單靠管制地下水超抽即可全面解決。故政府自民國84年起先後實施「一、二期地層下陷防治執行方案」、「彰化雲林地區地層下陷防治計畫」及「國土復育策略方案暨行動計畫」等，期能有效遏止地層持續下陷，並思整復利用下陷區的國土資源。在政府及相關單位努力下，台灣地區減緩下陷情勢及降低地水下抽用量皆已初具成效，目前全台地層下陷的狀況如圖三所示。然而，地層下陷的問題在台灣存在已久，嚴重地層下陷地區復育及保育工作涉及層面極廣，且因地層下陷發生機制的特性，令防治成效不易於短期內呈現，未來仍需政府規劃執行與民間配合參與，齊心防陷方能改變陷況。