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電子報

基礎試驗研究
農村發展及水土保持署
如何找出蘊藏地下水的山區供水潛能場址?
期數 / 第36期
發布日期 / 2022.01.20
主筆 / 陳昭岑
責任編輯 / 陳振宇
氣候變遷下之台灣水情

隨著氣候變遷,極端天氣似已成常態,為使水資源能永續利用與發展,近年來許多國家,正積極尋找替代性水資源,企圖解緩水資源匱乏問題,強化多元水資源運用。儘管台灣年平均降雨量達2500毫米,降雨量豐沛,然在時間分布上卻極不均勻;一般而言11月至4月為枯水期,5月至10月為豐水期,尤其是臺灣中南部的降雨特別仰賴颱風,但2020年竟創下0颱風登陸的罕見紀錄,並造成2021年上半年嚴重缺水問題。

影響台灣山區地下水分布的因素

台灣部分山區部落目前僅能仰賴簡易自來水設施供水,惟常因豪雨或乾旱季,造成飲用水水質與水量無法負荷民生需求。為找出蘊藏地下水的山區供水潛能場址,過去常以地形特徵進行探尋,然山區地下水分布除受地形影響外,尚會受到水文地質架構控制,亦即地下水會依不同地形與地質特性,分布於地表下不同深度及位置,其中又以岩層孔隙與裂隙介質影響山區地下水分布甚鉅。

為進一步掌握臺灣山區水文地質特性與地下水蘊藏潛能,中央地質調查所自2010年至2017年於臺灣中南段山區,選定不同地形與地質單元,建立了104處水文地質鑽探試驗,以及72處抽水試驗場所 ,作為後續評估與尋找山區供水潛能場址之參據。

圖 1、地下水流動機制(摘自Engineering geology  https://reurl.cc/9OGXra)
圖 1、地下水流動機制(摘自Engineering geology https://reurl.cc/9OGXra)
地下水供水潛能場址的分級標準

為評估山區地下水供水場址之潛能,常使用Struckmeier與Margat (1995)所定義之方式,亦即依據抽水試驗之井出水量或單位洩降出水量等定量參數,區分為高、中、低與微量等分級類別(如圖2)。其中,能供應區域性與地方性供水的潛能場址,其地下水產能應達每分鐘60公升以上;以地調所建立的72處抽水試驗場所為例,可達此標準的潛能場址計有35處。

為進一步探討能供應區域性與地方性供水的潛能場址所具備的地形及水文地質特性,地調所進一步將72處抽水試驗場所依其所在之地形單元及水文地質單元進行分析與探討。

圖2、地下水產能等級分類表(摘自林榮潤等,2021)
圖2、地下水產能等級分類表(摘自林榮潤等,2021)
地形單元與供水潛能之關連性

山區之地形單元分類如圖3,其中如以岩屑層平均厚度來歸納(如圖4),由薄至厚可概分為三類:第一類為「鄰近山頂、山脊分水嶺、陡坡、窄谷」等地形單元,其岩屑層厚度平均值約為3~7m;第二類為「緩坡、窄谷沖積扇、主河道堆積」等地形單元,其岩屑層厚度平均值約為12~16m;第三類則為崩積層,其岩屑層厚度平均值約為49m。

經進一步比對,其中位於第一類地形的18處抽水試驗場中僅有1處符合地下水產能達每分鐘60公升以上之潛能場址;而位於第二及第三類地形的54處抽水試驗場中,則有34處(63%)符合地下水產能達每分鐘60公升以上之潛能場址。亦即若能於調查前,事先劃分地形單元,可提高選出中高等級以上潛能場址之準確性。

圖3、地形單元與潛能場址分析。(摘自林榮潤等,2021)
圖3、地形單元與潛能場址分析。(摘自林榮潤等,2021)
圖 4、地形單元之岩屑層厚度分布圖。(摘自林榮潤等,2021)
圖 4、地形單元之岩屑層厚度分布圖。(摘自林榮潤等,2021)
水文地質單元與供水潛能之關連性

若依水文地質單元之井出水量區分,中央山脈砂岩與板岩(HRSA)之水文地質單元,有遠高於平均之井出水量,每分鐘高達803.3公升;其次為東翼太魯閣與玉里片岩(TYSC)與脊梁山脈千枚岩(BRSP)水文地質單元,顯示中央山脈之水文地質單元有較豐沛之地下水資源,但其地下水資源蘊藏量之變異性亦較大。西部麓山帶中,則以砂頁互層(WFSS)之水文地質單元較多井出水量,其每分鐘約112.4公升。井出水量最少之水文地質單元,則為西部麓山帶頁岩層(WFSH)與中央山脈硬頁岩層(HRAR)。

圖5、水文地質單元與潛能場址統計表。(摘自林榮潤等,2021)
圖5、水文地質單元與潛能場址統計表。(摘自林榮潤等,2021)

由分區之岩性可知,台灣山區其井出水量較多之水文地質單元,多以層理及裂隙發達之變質岩或砂頁互層等為主,其中又以中央山脈優於西部麓山帶與海岸山脈,其地下水資源蘊含量豐沛,係為台灣重要之地下水資源區;而泥質成分之水文地質單元,亦會因其變質程度、層理與裂隙發達程度而改變其井出水量。

圖 6、台灣中部山區水資源分布圖。(摘自林榮潤等,2021)
圖 6、台灣中部山區水資源分布圖。(摘自林榮潤等,2021)
圖7、台灣南部山區水資源分布圖。(摘自林榮潤等,2021)
圖7、台灣南部山區水資源分布圖。(摘自林榮潤等,2021)

由於山區地下水資源蘊藏量變異性較大,更凸顯山區水資源探勘與調查之困難性與其不確定性。因此,在分析與評估其地下水資源含量時,除可先以地形單元及水文地質單元進行分類與評估外,更需探討如地質線性構造、土壤溼度、植生與地貌等影響因子,以進一步提升探勘之準確性。為因應愈來愈險峻的氣候變遷趨勢,了解台灣山區地下水蘊藏量特性與探知其位置係為重要的水資源調適策略,希冀於未來枯水期時,能作為地下水資源調配之解方之一。

參考文獻

林榮潤、柯建仲、林燕初、梁嘉宏、賴慈華與王詠絢 (2021) 台灣中南段山區供水潛能場址之評估技術建置與分析,水文地質研究專輯(三),第1-20頁。
經濟部中央地質調查所 (2013) 台灣山區地下水資源調查研究整體計畫-台灣中段山區地下岩層水力特性調查與地下水位觀測井建置(4/4),財團法人中興工程顧問社。
經濟部中央地質調查所(2017)台灣南段山區地下水資源調查計畫-台灣南段山區地下水位觀測與水力特性調查(4/4),財團法人中興工程顧問社。
Struckmeier, W. F. and Margat, J. (1995) Hydrogeological maps: a guide and a standard legend. Verlag Heinz Heise, Hannover.

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