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營建知訊 347 期/2011/12 《每月專題/全方位思考

汪中和

救高鐵》

中央研究院 地球科學研究所研究員

從二十世紀初期開始快速發展的氣候暖化,已經成為二十一世紀全世界必須 共同面對與解決的首要議題。根據聯合國「政府間氣候變化專門委員會」(IPCC) 於 2011 年十一月公布的一份特別報告: 「管理極端事件與災難風險以提升氣候變 遷調適」(簡稱 SREX),全球持續暖化將使得未來極端氣候更常出現。2011 年在 日本、澳洲、美國、紐西蘭、中南半島、巴基斯坦、中國大陸、南美所經歷的地 震、海嘯、龍捲風、暴風雪、洪水、乾旱、山崩、土石流,只是未來更強、更大 災難的序曲。 以泰國曼谷為例,自 1983 年發生嚴重的洪澇後,泰國政府便投入大量的資 金建造排水和蓄水系統。曼谷已建有 200 個防洪閘門、158 個抽水站、7 個巨型 地下水道,和 1682 條總長 2604 公里的運河。不過,這些系統主要是以曼谷本地 遭受豪大雨的情況而設計,對來自北方的滔滔洪水根本無法應付,而此顯示過去 的防災規範已經不符現今的需求,更談不上去面對未來的衝擊;這正是世界各國 共同面臨的困境。 IPCC 報告也明確指出,二十一世紀全球各地破紀錄高溫出現的頻率和強度 都會增加;高溫快速的提升,將使得 2050 年時,地球最高溫度可能就突破攝氏 2 度的門檻,遠遠超過以前保守的估計。IPCC 希望這份報告為氣候極端現象與 相關災難的風險管理,提供堅實的科學基礎,並敦促各國政府做出適切的規劃, 儘早採取有效的對策。

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救高鐵》

由於地表熱能不斷累積,帶動氣候與水文變化日趨劇烈與極端,不但世界各 國都窮於應付,也對台灣的水資源造成難度極高的挑戰;隨著氣溫不斷升高,未 來的調配與管理的任務,將更形艱鉅,我們必須全力因應並作好準備的工作。 對台灣而言,自 1950 年代以後,水文變化及降雨型態的演變,不但幅度逐 漸增大,極端性也從 1980 年代以後快速增強,基本上與氣溫的升高趨勢有極高 的相關性,呈現的主要特點是: (1).降雨量的變化日趨極端,南北區域性的差異逐漸擴大 自 1950 年代以來,臺灣北部及南部有清楚且方向相反的降雨量趨勢,一條 隱形的乾溼分隔水文線已沿著新竹及花蓮之間形成;北側降雨量逐漸增多,南側 則逐漸減少,表示臺灣南北降雨量的差距正向趨於擴大的方向惡化,是台灣水資 源管理最大的隱憂(圖一左 a)。

(2).降雨日數全島性的全面降低

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在相同降雨量的條件下,降雨日數的多寡與洪澇-乾旱的發生,以及水資源 的調配息息相關。整個臺灣的平均降雨日數自 1950 年來長期變化一直持續遞減, 與降雨量的變化型態顯然不同。以區域而言,北部地區相對和緩,南部及東部地 區則是明顯且快速的減少,尤其 1990 年以後,南部及東部地區的年降雨日數比 1950 年代以前都降低了一個月以上(圖一中 b)。 (3).豐雨期的降雨強度逐漸增強 整個臺灣的平均降雨強度與降雨日數的變化型態剛好相反,自 1950 年來長 期變化是持續升高。尤其豐雨期的降雨強度,北部地區的增加率是東部地區的 2 倍,南部地區雖然有降雨量降低及降雨日數減少的現像,但近年降雨強度仍不斷 增高,都是要特別注意的發展趨勢(圖一右 c)。

這種半世紀以來的不利降雨趨勢變化,已經對台灣地表水資源運用產生二方 面的明顯衝擊: (1).地表水的引用量日漸降低 台灣年用水量自 1950 年逐漸成長到 1980 年之後就略微下降,但大體上仍維 持在每年供水 180 億噸左右的範圍。其中地表水(含河川及水庫的總和)所占的比 例,自 1980 年以後,就已呈現降低的趨勢,基本上反映降雨量長期以來南北差 異擴大及降雨日數全面降低的影響;加上近 30 年來河川因人為汙染嚴重,又進 一步縮減了可用的地表水量,造成近年來台灣地表水引用量難以按需求增長的困 境。 (2).水庫的淤積快速升高 由於降雨強度逐漸升高,加上台灣本是地質板塊作用的活躍區,以及 1980 年代以後的鬆綁政策,山坡地的水土侵蝕作用大幅度增強,對台灣 44 個重要水 庫帶來沉重的淤積壓力。2004 年艾利颱風及 2009 年的莫拉克颱風所帶來的超強 豪雨,分別給北部的石門水庫,以及南部的曾文、南化水庫造成大幅淤積的影響, 就是明顯的例子。未來這個危機仍會持續威脅水庫的壽命,進一步降低地表水資 源的供應穩定。

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救高鐵》

當地表水不足的時候,地下水就是最重要的替代水源。其實利用地下水資源 有多項優點:地下水藉由蒸發作用的損失甚小;不須昂貴輸水設施,只要鑿井即 可抽取,受時間與空間之限制甚少;現代鑿井技術不斷進步,開發成本相對較低; 在戰爭及天然災害發生時,較地表水庫安全;在旱災及地震天災時能夠即時發揮 救急的效用。因此開發地下水資源以補充地表水之不足,是各國水資源經營管理 的一大重要項目。然而地下水資源亦有其先天性的限制,如受地質因素影響使得 儲水、導水條件各地不同;自然補注受降雨時空變化的影響甚大;一旦遭受汙染 非常難以處理還原等;使得地下水資源並不能無限制的隨意開發。

臺灣地下水資源的主要孕育區為沿海沖積平原、臺地、盆地及谷地,其中又 以西南沿海及宜蘭平原為臺灣最重要的地下水區。由於地表水的供應減少,地下 水的抽取量自 1980 年代以後就不得不大幅提高,以因應各項標的用水的需求。

圖二列出臺灣地區歷年地下水使用量的增長情形。由該圖可清楚看出,自

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救高鐵》

1950 年以來,台灣地下水使用量一直不斷增長,約自 1980 年以後,地下水抽取 量就開始超越自然補注量。目前臺灣地區每年地下水的使用量約為 55~60 億噸 (相當於十個曾文水庫滿水位的水量),超過年自然補注量 40~50 億噸甚多,比 重也增加到約佔年總用水量的三成,其中以灌溉用水消耗最多,佔地下水抽取量 的 45%,養殖用水佔 32%,工業方面佔 14%,民生方面則有 9%。以區域來說, 則以南部及中部透支地下水的情形最嚴重,約占整個地下水用量的九成。由此可 見地下水資源的功能十分重要,對臺灣經濟和社會的發展有極大的助益和貢獻。 臺灣由於二十多年來水資源的使用供需失衡,造成地下水資源長期透支,尤 以西南部地下水超量使用的情形甚為嚴重,並導致地下水位急遽下降、沿海地區 地層嚴重下陷、海水倒灌及海水入侵等國土資源損害問題,其中地層下陷衍生的 問題尤其影響深遠。 地層下陷的原因來自超抽地下水,使原本充滿水溶液的未固結地層孔隙,因 補注不及變空了,加速了地層的不均勻的壓實作用而引起。地層下陷區域除了臺 北盆地以外,其餘均是位於沿海地區,與地下水位急遽降低的區域是一致的。臺 灣沿海地區是地下含水層的末端,一方面由於自然補注緩慢,另一方面則是養殖 業大量抽取地下水,導致地下水位快速下降,然後地層緊接著產生下陷。 臺灣下陷的面積最高時期達 1,057 平方公里,約佔平原面積的 11%,而累積 最大下陷量如屏東佳冬即深達約 3.3 公尺(圖三)。因地表低於海平面,不僅部份 陸地沉浸在海水裡形成土地鹽化,在梅雨及颱風時還引發積水不退,河水氾濫或 海水倒灌的災害,據行政院農委會估算每年造成的社會成本損失約 100 億元,因 此地層下陷防治已是刻不容緩的工作。

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救高鐵》

從水利署 2011 年公布的數據看來,目前因地下水超限使用,台灣地層下陷 仍然嚴重持續的地區集中在彰化、雲林及嘉義;更麻煩的是,嚴重地層下陷的區 域正逐步從沿海地區向平原的中心移動。以雲林地區而言,現在的下陷中心在土 庫、元長一帶,而下陷變化最大的區域則在虎尾附近(圖四)。這些位置恰好接近 台灣高鐵雲林段的路線,下陷的趨勢已對高鐵在雲林地區行車的安全產生威脅。 高鐵是 2007 年一月開始正式營運,當初規劃設計時,萬萬沒有料到雲林地區的 地層下陷會向內陸區移動的如此快速,以致在不到 5 年的時間裡,就開始面臨地 層下陷所帶來的衝擊與影響。

以過去的紀錄觀察,雲林地區的地層下陷中心,從當初的口湖、宜梧一帶逐 漸向東北方內移,幾乎是以 1 年 1 公里的速率逐步延伸到目前的土庫、元長一帶。 面對這個情勢,行政院正全力解決雲林及彰化地區因地下水超抽所產生的不幸結 果,需要政府、企業及民眾同心協力來減緩地層下陷的速率,扭轉未來不利的演

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救高鐵》

變趨勢。 聯合國提醒世界各國,面對全球暖化,每個國家在能源、糧食、公共衛生、 水資源方面都需要特別加強注意,水資源更是其中最重要的關鍵。展望未來,除 了氣候將繼續暖化外,海平面上升更是持久的威脅,將會逐漸淹沒沿海低平的地 區,不但影響身家安全,也縮減水資源(包括地表水及地下水)的有效使用,對台 灣的衝擊更是不能輕忽。針對臺灣地下水資源而言,建議必須特別著重下列的課 題:(1) 在全球氣候變遷下,臺灣降雨量的時空變化趨勢及海平面上升對地下水 資源的影響;(2) 臺灣中央山脈綠色地下水庫對水源涵養、地表水逕流及地下水 補注的關係;(3) 積極推動臺灣各地下水區的補注源、補注率及補注量的研究, 同時設定地下水抽取安全界限,並推動地下水人工補注計畫,強化地表水及地下 水的聯合運用,以維護地下水資源能永續的妥善運用;(4) 推動立法,從嚴限制 地下水超限區域的汲用;並實行地下水使用付費制度,專款專用於地下水資源的 研究、保育與開發。 臺灣過去數十年來在生態環境上疏於管理,百病叢生,這些問題的根源在於 先天負荷太重,後天又管理失調所致。如今臺灣外有全球氣候暖化所帶來的嚴重 威脅,內有天然資源耗竭和環境管理不當的隱憂。在這樣一個雙重壓力的情況下, 我們必須制定更嚴謹的法規去積極管理,否則將來會處處失序,進而嚴重影響國 家發展。因此,臺灣需要在立法與執行面上強力的去改善。地下水資源的困境及 高鐵危機就是其中最明顯的例子。如何發揮智慧,善用可以掌握的每一滴水,不 但影響將來的生活品質,也決定國家未來的永續發展,我們需要加緊努力!

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正視地球暖化警訊(營建知訊 2013 11)3 3