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地質調查新趨向:新水源 –可用的山區地下水資源

105/08/04 瀏覽次數 1484
過去雲林彰化沿海地區因長年過量抽取地下水,造成地層嚴重下陷,尤其是彰化地區近30年來累積沉陷量約達2公尺,近期更發現已對高鐵行車造成威脅。此外,2015年上半年國內遭逢68年來最嚴重的缺水危機,日月潭九蛙石雕浮現,各水庫也都即將見底,民眾只能無奈地靜候自來水的輪供。

倘若日後停水變得更頻繁,勢必對我們的生活造成很大的不便。因此,如何讓台灣水資源的供應更穩定並提升國土保安,尋找山區替代性的地下水資源將成為探勘新水源的超級任務。

密探水源處

台灣本島受板塊造山運動影響,平原區只有全島的1/3、山區卻廣達2/3。由水文循環來看,若水由山區源頭降雨而下,可經由地表產生逕流及入滲補注地下水,匯流至沖積平原後,最後流出至海邊。

沖積平原由多次的海進與海退堆積而成,有海相透水性較差的泥質為阻水層,以及陸相透水性較佳的材料如礫石、砂等為含水層,適合地下水的蘊藏。

過去先民都睿智地依水而居且多以平原區為主,平原區除了有地表水可使用外,地下水資源也相當豐富。近二十多年來,經濟部水利署與中央地質調查所(以下簡稱地調所)雖致力於在平原地下水區建置地下水觀測站井網,以有效管理地下水資源。然而,隨著社會經濟成長,平原區的水資源已漸不敷使用,同時因超抽地下水造成部分地區地層下陷,加上因國內休閒風起,山區部落與觀光遊憩區水源的需求日趨增加,探勘新水源就需往上游的山區集水區著手。

山區地層主要由表層的風化帶(或稱岩屑層)與岩盤構成,其良好的含水層主要分布在岩屑層與岩盤的裂隙中。由於台灣山區地形崎嶇且地質變化多端,如何解開山區地下水的潛能密碼找到蘊藏的地下水,需要靠一系列的水文地質調查與探勘技術。

解開地下水潛能密碼

解開地下水潛能密碼的關鍵,在於了解山區的含水層分布,也就是岩屑層與岩盤的裂隙分布情形。為此,可先透過詳細的野外地質調查,了解區域內的地質概況,並利用GIS地理資訊系統結合衛星影像,透過參數圖層的疊加分析,就可圈繪出山區地下水供水潛能區。

選擇潛在的區域後,須進行地質鑽探獲取岩心,經地質專家判斷記錄後建置地質柱狀圖。然後搭配高科技地球物理孔內井測試驗,於鑽孔中測錄各深度的影像、地下水流、地球物理等訊號,就可解析出岩層的岩性、裂隙位態、地下水流向等資料。

岩心與井測紀錄兩者搭配,可大致破解地質架構所隱藏的資訊。最後,透過水力封塞與抽水試驗於特定岩性區段或裂隙區段試驗,就可解開地下水蘊藏潛能的水文與地質的特性。

可用地下水的潛能場址

完成上述的解密工作後,可用的地下水潛能場址又該如何定義呢?根據Struckmeire與Margat的地下水產能的分類,可定義:井出水量每分鐘60~600公升的,抽水量可提供小社區與地方灌溉所需,而井出水量每分鐘600公升以上,抽水量可提供城鎮與區域灌溉所需。因此,地下水潛能場址的供水量以達到每分鐘60公升以上為目標。

然而,台灣山區有西部麓山帶沉積岩與中央山脈變質岩等不同的地質環境,可用的地下水潛能場址究竟分布在何處呢?為此,地調所從民國99年起,於大甲溪、烏溪、濁水溪、高屏溪、花蓮溪等流域,進行山區地下水潛能探勘解密行動,廣布地下水觀測站評估各地層單元的出水潛能。

評估結果以中央山脈的變質岩區有較高的地下水潛能。這區域也結合許多知名的山區部落與觀光景點,透過詳細的水文地質調查與評估,可了解山區的綠色地毯(厚層的岩屑層堆積區)與裂隙岩層的分布,就能掌握區域的地下水資源量與水質,達到部落與觀光區的穩定供水及公共安全衛生的目標。

另外,山區在地勢較低窪且有多河匯流處,或有較寬闊的河床與巨厚沖積層,都可判斷是地下水蘊藏豐沛的熱點區,具供給區域性用水需求的潛力。前者如1920年代日本水利技師鳥居信平在屏東縣來義鄉的林邊溪上游興建二峰圳,並於河床下約9公尺深的地方興建地下堰堤收集河床下的伏流水,透過重力排水經導水渠道讓下游地區可享有灌溉用水。

後者則有名竹盆地與埔里盆地因特殊的地質條件,分別成為濁水溪與烏溪流域的地下水庫。名竹盆地東北至名竹大橋,西至彰雲橋上游的隘口,南至清水溪的鯉魚大橋,面積約55平方公里。而埔里盆地四面環山,是烏溪上游的構造盆地,匯集來自南港溪與眉溪的水源,於盆地西側的隘口流出,形成絕佳的地下水庫條件,盆地面積約為46平方公里。

水資源永續與山坡地防災

「水可載舟,亦可覆舟」,缺水時會造成乾旱,而過多的水會造成淹水、洪氾,以及山區邊坡因岩層含水量過高造成邊坡不穩定,甚而發生嚴重的山崩、土石流等地質災害。如能活用暴雨入滲至山坡地層中的水源,藉由抽取地下水降低岩層的孔隙水壓,除能提升坡地穩定性外,也可增加蓄洪空間,減少坡地崩滑土砂災害所導致的泥砂淤積水庫,而能延長水庫壽命。

此外,近年地調所在南部選擇屏東縣高士崩塌地與高雄市甲仙區寶隆崩塌地,進行抽取崩塌地地下水對坡地穩定性提升的關聯性研究,顯示抽水量應可符合當地水資源的需求,且能有效提升坡地的穩定性,也可解決山區坡地環境安全、部落水資源匱乏等問題,可說是好處多多。
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