Transcript 第十二章水文
第十二章 水文 目次 Ⅰ 水循環 Ⅱ 水平衡 Ⅲ 水資源 第一節 水循環 蒸發散作用與水循環 地面水與地下水 水文歷線 1.1 蒸發散作用與水循環 蒸發散作用 水循環 1.1.1 蒸發散作用 水通常以液態(如河水)或固態 (如冰山)的方式存在 蒸發散作用：蒸發與蒸散的合稱 蒸發：受太陽熱力作用，地表 上液態或固態的水直接轉變為 空氣中的氣態水汽 蒸散：由生物體中(如植物)的水分轉變為氣態的水汽 全球一年中的蒸發散量與降水量大致相等，達到平 衡的狀態 1.1.2 水循環 經由大氣的蒸發散作用、降水再回歸陸地與海洋的重複過程， 稱為水文循環，簡稱水循環 一部分會由植 物的蒸散作用或 經降水的 由土壤或水體的 過程降落到 蒸發 作用回到大 地表 降落到地 剩下的部分則 氣中 面的水有一部 在地表面產生地 下滲 ， 表分會 逕流 。地表逕 到土壤中成為 流有部分會暫時 土壤水或地下 儲存在湖泊或沼 水。地下水最 澤中，但大多數 後也會補注到 最終又匯流於河 河流中，使地 川再流到海洋。 表的河川變成 常流河 上升氣流 將地表的水 汽帶到高空 ，經過凝結 作用，水汽 凝結為雨或 雪 1.2 地面水與地下水 地面水 地下水 1.2.1 地面水 地表面上的水流，統稱為地表逕流，簡稱 逕流 河流：地表逕流匯集而成 水系：河流之主流、支流及其相連之湖泊等水體 集水區：水系的集水 範圍(從稜線到出海口) 稱為集水區 1.2.2 地下水-Ⅰ 廣義的地下水：地面以下的水 依照土壤孔隙充滿水的程度，一般將之分為飽和帶 與不飽和帶，兩者之間以地下水面為界線 不飽和帶 •孔隙未完全 被水充滿 •與植物的生 長息息相關 飽和帶 •孔隙完全被水 充滿 •為人類可利用 的水資源 •狹義的地下水 1.2.2 地下水-Ⅱ 狹義的地下水：地下水面以下的地下水 自由地下水：儲存於地下水面與下方不透水層間 受壓地下水：儲存於上下兩個不透水層間 1.2.2 地下水-Ⅲ 地下水的流出 泉：地面與地下水面交會，地下水自然湧出 井： 普通井：人工開鑿後再汲取 自流井：掘至受壓地下水層且井口位置低於受壓地下 水面 自流井 井口 受壓地下水面 1.3 水文歷線-Ⅰ 意義： 流量=河川流速 x 截面積 將河川流量隨時間變化的紀錄表現於曲線圖上 以流量為縱座標、以時間為橫坐標 其曲線型態受到流域的地理特性影響 目的： 可以估計河川所能提供的水資源多寡 暴雨時的流量變化可供作洪水預報之用 對水資源管理以及環境規劃等方面，有很重要的參考價值 1.3 水文歷線-Ⅱ 水文歷線的判讀 洪峰流量：降雨後，河流流量增加到最高峰時的流量 洪峰延時：最大降雨強度發生時與洪峰出現時的時間差 最 度大 發降 生雨 時強 若遇暴雨，則洪 峰流量會增加， 且洪峰延時會縮 短，增加水患發 生的機會 1.3 水文歷線-Ⅱ 影響洪峰流量與洪峰延時的因素 降雨 型態 洪峰流量 洪峰延時 影響 暴雨 增加 縮短 危險 小雨 正常 正常 安全 降低 拉長 安全 增加 縮短 危險 集水區 植被茂密 環境 都市化 第二節 水平衡 全球水平衡 地下水的水平衡 2.1 全球水平衡 水平衡 全球水平衡 各緯度帶的水平衡 2.1.1 水平衡 定義：指地表上某一地區，在一定期間內，水的輸 入與輸出平衡的情形 對地面而言，降水是輸入，蒸發是輸出 對大氣而言，降水是輸出，蒸發是輸入 狀態： 平衡：水輸入量______輸出量 = 剩水：水輸入量______輸出量，剩水過多，可能發生水災 > 缺水：水輸入量______輸出量，缺水嚴重，則會發生旱災 < 2.1.2 全球水平衡 全球維持水平衡的狀態 陸地 收入 支出 狀態 11(A) 7(C)+4(B) (降水) (蒸發散+逕流) 平衡 海洋 4(B)+38(E) (逕流+降水) 地球 42(D) (蒸發散) 49(A+E) 49(C+D) (降水) (蒸發散) 平衡 平衡 單位:萬km³ 受氣候及行星 風系影響 2.1.3 各緯度帶的水平衡 全球雖維持水平衡狀態，但各緯度帶之間則有明顯 的差異，大多未達平衡狀態 寒帶雖為少雨 區，但因溫度 低，蒸發量小 ，故最接近水 平衡 熱 帶 雨 林 海 洋 地熱熱 性 中 帶 帶 ITCZ 海沙莽 寒 型漠原 帶 信 副 西 極 風 熱 風 圈 帶 帶 帶 氣 旋 高 壓 2.2 地下水的平衡 地下水的補注 安全出水量 2.2.1 地下水的補注 地表水的入 滲量是最主 要的補注來 源，維持地 下水補注區 域的入滲 能力是維持 地下水平衡 狀態的基本 要務 輸入 輸出 地面的 入滲量 地下水 的流出 鄰近地下 水的流入 地下水 的開發 2.2.2 安全出水量 地下水的優點 1.出水量穩定、 2.水質良好、 3.取用方便且經濟 地下水成 為重要水 資源來源 圖12-7 地層下陷影片 影片來源http://www.youtube.com/watch?v=Sb9rDYUGznk 過度開發地下水 ，超過其補注量 (安全出水量)， 造成地下水面下降 引 下發 陷地 層 台灣的地層下陷 台北市大雨過後工地塌陷 屏東縣佳冬鄉的地層下陷情況 學生活動12-1 怎樣用最平衡? 已知宜蘭礁溪鄉的相關水文資料如下表，請問由地 下水的水平衡觀念來看，礁溪鄉能永續利用的最大 供水量應該是多少CMD? 水文資料(年平均值，單位：CMD) 地表入滲量 6840 淺層地下水補注量 8840 總補注量 14840 總開發量 16957 CMD(cubic meter per day)及每日流出公噸量 目前礁溪 鄉面臨過 度開發的 問題 第三節 水資源 水資源及其利用 世界水資源分布、汙染 與爭奪 3.1 水資源及其利用 水資源的定義 水資源的利用 水資源的開發 3.1.1 水資源的定義 水資源是指可為人類利用於生活或生產的水源 地球上的水以固態、氣態、液態的形式儲存在水圈、大 氣圈、岩石圈之中，總量大約13.86億立方公里。 能被人類所利用的，僅為其中屬於淡水的一小部分，而 這部分的比例還不足全球水量的1% 3.1.2 水資源的利用 3.1.2 水資源的利用-Ⅰ 水資源可供應於生活、工業與灌溉三方面的利用 生活用水與工業用水除了少部分直接使用山澗、井水或 泉水之外，大部分須先將自然界的水經過淨水廠的處理 成為自來水，再以管線運送至用戶； 灌溉用水可直接經由河川取水、水庫供水、池塘取水或 抽取地下水。 臺灣水資源的利用 農業灌溉用水佔70% 工業用水約佔10% 民生用水則約佔 20% 此三種水資源利用之間的競爭， 成為重要的社經議題 3.1.2 水資源的利用-Ⅱ 傳統農業的灌溉方式，常需耗用大量水資源，還 可能導致土壤鹽鹼化 現代趨勢為使用灑水 灌溉，或埋於作物根 部的水管直接對作物 滴水灌溉，可以減少 漫流到土壤中浪費掉 的水，提高用水效率 土壤鹽鹼化 鹽漬土通常是因灌溉方式不當所 造成，水分由作物根部吸收或蒸 發至空氣中，但水中夾帶的鹽類 卻大部分留在土壤中，這些遺留 的鹽分必須有良好的排水系統才 能沖洗清除。在沿海地區，過度 抽取地下水，造成地下水位降低 ，淡水水壓減弱，因而海水滲入 地下水中，稱為海水入侵現象， 也會造成土壤鹽鹼化 3.1.2 水資源的利用-Ⅲ 水力發電： 素有「白煤」之稱，不會污染環境，在河床落差大的地區 便可利用水力來發電。如沿大甲溪即有一連串水力發電廠， 如德基、谷關、天輪等。 航運： 若河川水位穩定，河水寬度與深度符合航運的需求，流速平 緩，河道不過分彎曲，沿岸經過經濟發達的地區，即可形成 重要的水道。臺灣的河川屬於洪枯變化大的荒溪型河流，故 多無航運價值。 觀光： 湖光山色的大壩可發展觀光業，如台灣的日月潭 3.1.3 水資源的開發-Ⅰ 隨著全球氣候變遷、沙漠化面積日廣、以及人口的 增加，世界上缺水的地區正逐漸擴大，為了解決水 資源不足的問題，必須開發更多的水源，並提高水 資源利用的效率。 無法獲得合理安全飲用水的人口百分比 圖片來源http://www.theglobaleducationproject.org/earth/human-conditions.php 3.1.3 水資源的開發-Ⅱ 水資源開發的方式 建設水庫：可以調節河流供水，但會產生對於於自然環 境的衝擊 多植林：厚植『綠色水庫』以涵養地下水、減少洪患威 脅 收集雨水：是最快速有效增加水資源的方法。都市地區 可在建築物屋頂直接收集雨水，農村地區亦可利用大型 雨水收集槽儲存雨水以備使用 養成節約用水的習慣 3.2 世界水資源分布、汙染與爭奪 世界水資源的分布 水資源的污染 水資源的爭奪 西亞的水權爭奪 3.2.1 世界水資源的分布 地球上的總水量為13.86億立方公里，而人均水量 約為10,800立方公尺 隨著人口增加及產業發展， 用水量不斷增加 人均水資源量： 一地的年降雨量或地表逕流 量除以當地的人口數 因台灣人口增加快速，目前台灣的人均水資源量已 低於全球平均，屬於水資源相對貧乏的地區 3.2.2 水資源的汙染-Ⅰ 生物排泄物及 農業廢棄物 • 屬有機廢棄物 • 生物的排泄物還可能包含可怕的病菌，如 霍亂、傷寒、痢疾等 • 包含重金屬及化學物質，其毒性甚強，且 工業或產業廢 棄物 具有持久性，而且在自然狀況下，也不易 退化或分解 • 將污染物任意傾倒或埋藏地下會污染地表 水和地下水 3.2.2 水資源的汙染-Ⅱ 人類各種活動與生產過程中排放的二氧化硫、二氧 化碳和氮氧化物等污染物，會隨著氣流進入大氣 中，然後與水汽結合成酸性液體，然後再降落地 面，即成酸雨。酸雨再流到河流和湖泊中，又造成 河水和湖水的酸化，進而影響到河湖中的生態系 統。 美國遭受酸雨侵害 而枯死的樹林 3.2.2 水資源的汙染-Ⅲ 由於人口成長與工業發展，人類對水資源的消耗日 益增加，但水汙染亦日漸嚴重，估計全球約有近10 億人口無法取得衛生的飲用水，水汙染的問題是 水資源利用上的隱憂 台灣由於工商業發達，人口成長快，都市化程度高， 使水汙染問題持續增加 台南二仁溪的汙染 情形 3.2.3 水資源的爭奪 隨著全球暖化，世界水文環境也愈趨惡劣。因極端 氣候的發生頻率大增，水、旱災的災情頻傳。 然而缺水的危機有增無減，在水污染的威脅下，水 資源愈趨珍貴，各進步國家均積極發展水的回收 再利用，以及雨水、海水等新興水資源利用與相 關產業的發展。 過去水被視為理所當然的環境要素，今日已經是公 認的有限資源。尤其是缺水地區，便容易在水資源 共享、水權歸屬的問題上產生爭議。 3.2.4 西亞的水權爭奪 約旦河的水權引發了1967年的以阿「六日戰爭」 兩河流域的水權 土耳其控制兩河流域的上游， 在1980年代開始興建大壩， 除增加發電量，亦想藉機控制 下游 3.2.4 西亞的水權爭奪 下游的敘利亞 及伊拉克的嚴 重抗議，增加 西亞的緊張的 情勢