首頁 > 全球暖化的預測與因應:未來是否缺水
:::

全球暖化的預測與因應:未來是否缺水

臺灣是個海島國家,水資源全依靠降雨,但臺灣地區降雨的時空分布極為不均,這項特性深深關係著水資源的規劃與利用。
 
 
 
水,一向關係到國家民生的大事,它更是一種越來越珍貴的資源。水的問題基本上只有 3 類:太多、太少及太髒。碰觸水資源問題的科學家,都在跟這 3 個問題奮鬥。

氣候異常第一個影響的首推降雨。近幾年來,臺灣地區降雨除了原本時空分布不均的特性外,降雨強度明顯極端化,一場豪大雨之後常常就有水災的新聞。另外,相較於過去的歷史紀錄,近幾年乾旱出現的頻率更高。這些都顯示氣候變遷正在影響降雨的型態,使得水資源的使用規畫更加不易。其實台灣原本先天體質就不好,再加上氣候變化的因素,真可謂「先天不良,後天失調」呀!

臺灣水資源分區

臺灣位於亞熱帶與熱帶交接處,年平均雨量約為兩千公釐。水利署把全臺灣分成 4 個水資源區,即北、中、南、東 4 區。

北區包括臺北縣市、基隆市、桃園縣、新竹縣市及宜蘭縣,境內重要河川有蘭陽溪、淡水河、鳳山溪及頭前溪。中區包括苗栗縣、臺中縣市、南投縣、彰化縣及雲林縣,境內重要河川有中港溪、大安溪、大甲溪、烏溪、濁水溪及北港溪。南區包括嘉義縣市、臺南縣市、高雄縣市及屏東縣,境內重要河川有朴子溪、八掌溪、急水溪、曾文溪、鹽水溪、二仁溪、阿公店溪、高屏溪、東港溪及四重溪。東區包括花蓮縣及臺東縣,境內的重要河川有和平溪、花蓮溪、秀姑巒溪及卑南溪。

臺灣水文知多少

提到水資源之前,一定要先了解臺灣的水文概況。說到水文,可不是按照字面翻譯的「水的文學」呢,而是舉凡牽扯到水的發生、循環、分布、物理化學特性、以及對環境或生物體的反應,都可以稱為水文。因此要從地形、氣候、還有河川型態,來了解臺灣的水資源。

首先是地形。臺灣位於亞洲大陸東側新褶曲帶上,標高 1,000 公尺以上的山區占全島面積的 32%,其中至少有 25 座高峰海拔高度超過 3,000 公尺;100 至 1,000 公尺之間的丘陵與臺地約占 31%;100 公尺以下的沖積平原占 37%。這代表臺灣是個很「立體」的島,一旦降雨,水很快地就會往大海流去,不容易留在陸地上,這是臺灣水資源的一個大問題。

接下來是地質。臺灣地區是屬於沉積性地質,一般北部砂岩成分較多,南部則以泥岩或頁岩為主。此外,臺灣山脈大多數屬沉積岩及變質岩,這些岩石性質脆弱且經過高度風化,易受降雨強度大及雨水流速高的影響,而造成嚴重的沖蝕作用,並因地震頻繁而更加嚴重,極易危害山坡地的穩定。舉例而言,7 年前的 921 地震造成大量山坡地被震鬆,颱風一來很容易就會產生土石流,對生命財產造成重大威脅。

再來是氣候。臺灣受季風影響,而且地形複雜,綿延於中東部的中央山脈高聳且面積大。大部分臺灣雖屬亞熱帶氣候區,然而從平地至高山,由於高度造成氣溫遞減,實際包含熱帶、溫帶及寒帶 3 個氣候區。

臺灣主要山系是南北走向,構成本島的脊梁,又與盛行季風斜交,形成東北部與西南部氣候的差異。冬季受蒙古高壓控制,形成東北季風型天氣;春夏之交受滯留鋒面影響,造成梅雨型天氣;夏秋之間則受颱風不定期的侵襲;再加上春季在東北季風與西南季風交替之際的乾旱,因此臺灣面積雖然小,各地區氣候變化卻十分複雜。

也就是說,小小的臺灣島上卻有著「多樣性的氣候」,你很難想像在一個地方要穿厚重的衣服才保暖,但是往南走 300 公里卻熱到只要穿一件短袖的衣服。但是這的確就發生在臺灣,近幾年在過農曆年的時候,臺北都冷得要死,但是往南走 300 公里到了臺南、高雄及屏東地區,卻是豔陽高照。這種複雜的天氣型態衍生出來的降雨型態,讓臺灣南北部及東西部的差異性變得很大。雖然在平均雨量上看不出來,但是氣候對降雨時間、空間分布的影響卻很明顯。

然後是河川。臺灣各河川都是短且陡,遇到暴雨時就會水流湍急,挾帶大量泥沙,但是暴雨結束後沒多久,河川又回復到原本的樣子。由於上游河谷陡峻狹窄,地質脆弱,水流出河谷以後,河床又很寬淺,因此容易造成泛濫。

以流經嘉南平原的八掌溪為例,河床平均坡度是四十二分之一,即河川每往前 42 公尺就會往下「掉」1 公尺。或許很多人對這種數字沒有感覺,舉個例子來說,如果你跑完 100 公尺以後,發現你往下掉快要一層樓,這種坡度大概就是四十二分之一。用物理的角度來看,在四十二分之一的坡度下,水流所受的重力是坡度為兩千分之一時的 47.6 倍!由此,就不難了解為什麼臺灣的河川很湍急了。

最後是降雨型態。臺灣地區年降雨量是由東北逐漸向西南遞減,降雨的空間與時間分布不均,其中大約 68% 的年雨量集中在 5 月至 10 月。而且降雨強度變化很大,再加上山區的影響,形成若干小型的閉合式降雨中心。

簡單地說,臺灣降雨依強度可分成兩種,第1種是夏秋之間的颱風,颱風可以在短短的數天內降下大量的雨,近幾年的颱風幾乎都有破 1 千公釐雨量的實力。各位試著想想,假設颱風的雨下在完全排水不良的低窪地,5 天之內下了 1 千公釐的雨,地上的積水就將近 1 公尺了。第2種降雨,包括春夏之間的梅雨、冬天的季風雨、以及其他時間所下的雨。雖然午後雷陣雨的強度也很大,但有句俗話說「西北雨落不過田埂」,僅僅是地區性的降雨,因此就尺度而言,把它列入第2種降雨。

總而言之,從開始到現在,我們全都繞著一個主題在打轉,那就是台灣所有的條件都不利於水資源的收集。分布不平均的降雨(雨不是一下子來太多,就是很久都不來),且雨降在崎嶇不平的地方(因為多山),又挾帶大量泥沙(地質問題),更重要的是河川短而且水流湍急。因此,在台灣處理水利問題的難度可以說是世界數一數二的,必須格外謹慎!

臺灣的水資源

臺灣的水資源只有降雨。雨降下來以後,可以分成兩種型式,一種是地面水,另一種是地下水。

地面水

地面水就是我們很熟悉的河川。在臺灣,河川的利用方式有水庫及攔河堰,其中水庫又比較重要,因為臺灣的水庫比攔河堰還多。臺灣很多條重要河川都蓋有水庫,水庫的功能最重要的就是蓄水,在水多的時候把水攔下來,在水少的時候就可以拿來利用。除了蓄水以外,水庫還有防洪及灌溉的功能,這要看興建的時候如何考量。在臺灣最受矚目的水庫應該就是位於桃園的石門水庫,講到石門水庫那可真是有說不完的故事!

石門水庫是臺灣第1個國人設計興建的水庫,主要功用有灌溉、防洪及提供民生用水,是用土石興建而成的土石壩,當時政府收入大概一半都拿去蓋石門水庫。石門水庫蓋好以後,隔年的夏天就有一個強烈颱風叫作葛樂禮,這個颱風的風雨紀錄在臺灣依然保持第1名,迄今沒有被打破。當時風大雨大,眼看石門水庫的水位就快要超過壩頂,而對土石壩而言最怕水從壩頂溢流而過,這可能導致水庫崩塌毀壞。因此當時設計水庫的工程師們戲稱他們手牽手站在壩頂上,打算與石門水庫共存亡。

經過這個颱風的洗禮後,浮現了一些原本沒想到的問題。石門水庫的地形條件很好,在大漢溪中游有兩座山脈隔溪對峙,因此叫石門。但是地質條件並不是很好,它的泥沙問題較嚴重,每逢豪大雨就有泥沙沖刷進入庫區,這個問題如果放著不管,等到泥沙把水庫淤滿的那一天,水庫也就報銷了。因此石門水庫後來又增設排沙道,把流進水庫的一部分泥沙排掉。這時候又有很多水庫陸續完工,其中較重要的有臺北的翡翠水庫和嘉義的曾文水庫。

後來,民國 90 年夏天的納莉颱風帶來了豐沛的降雨,但是也造成石門水庫排沙道的損壞,因此現在石門水庫等於是把大部分從上游沖刷下來的泥沙留在庫區,對水庫而言實在是一大威脅。再加上 2007 年 9 月 20 日的韋帕颱風,使得上游巴陵攔沙壩損壞,雖然水利署強調不影響下游水庫的安全,但是巴陵壩在損壞之前就已經淤滿泥沙,若處理不當難免會有泥沙流進庫區。說到這裡,不禁為石門水庫捏一把冷汗。

地下水

地下水是另一個水資源。臺灣的地下水共分 9 區,分別是臺北盆地、桃園中壢台地、新苗地區、臺中地區、濁水溪沖積扇、嘉南平原、屏東平原、蘭陽平原及花東縱谷。地下水的利用有其限度,因為地下水的含水層空隙原本充滿水,而水被抽出後,空隙的填充物不見了,就會因為重力而往下掉且開始擠壓。一旦抽水的速度比地下水補注的速度高,地層就會下陷。而且地層下陷以後,不管以後再怎麼補注,下陷的地層也不會回復。

現在臺灣年用水量的三分之一是由地下水供應的,但是筆者相信地下水使用量一定比現在的統計多很多,尤其是在雲嘉南地區及屏東地區,地下水超抽問題已經到引起嚴重地層下陷了,若是繼續超抽下去,會引起海水入侵、土壤鹽化等問題,造成土地的浩劫。

IPCC 第4次評估報告

由聯合國世界氣象組織(WMO)和環境規劃署(UNCP)共同支持成立的「跨政府氣候變遷專門委員會」(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC),於 2007 年 2 月 7 日在法國巴黎舉行記者會,發布了 IPCC 第4次評估報告的第一工作小組工作摘要報告。這個報告主要是總結氣候變遷的科學分析結果,提供各國做為擬定政策的參考。這摘要報告指出全球暖化可能主要是人類活動所造成,正式的報告已置於網站上供各界參閱。

大氣中的溫室氣體(除水氣之外,有二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氟氯碳化物等)濃度自 1750 年以來已有顯著增加,且這次報告中指出:劇烈的降水事件在東亞很可能增加,與這個區域的歷史趨勢吻合。源自中國和中國東部海域的大氣擾動匯流點,經常引起日本九州 7 月(較溫暖)的極端降雨。極端降雨的頻率及強度的增加,也發生在韓國。研究顯示中國有更多極端降雨的例子,降雨日數在中國西北方增加,在南方則減少,極端降雨卻增多。

在東南亞地區,平均降雨的模擬結果都是增加的,且季節性變化很大。大致上,降雨在東亞應該會增加,但很可能是極端降雨事件增加,搭配乾旱頻率增加,水資源的管理調配會愈來愈具挑戰性。

臺灣可能受到的衝擊

過去臺灣溫度上升是全島性的,與全球暖化趨勢一致,但氣溫上升速率在每百年攝氏 0.98 到 1.43 度之間,遠大於全球平均值的攝氏 0.6 度。在許多研究過去百年降雨量的報告中,台灣過去百年來降雨的變化趨勢較無一致性,在北部、東部及東北部有增加趨勢,西南部和中部則逐漸降低,特別是西南區豐雨期降雨量降低的趨勢甚快。臺灣過去百年降雨量有北增南減的趨勢。

IPCC 在 2001 年的第3次報告中,預測 21 世紀全球地表平均溫度將上升攝氏 1.8 ~ 4.0 度,降雨在高緯度也會增加,在低緯度則增加與減少都有區域性。IPCC 2007 年出版的第4次報告,對於東亞區域的模擬分析結果,在溫度方面,預估增加幅度高於全球平均,而在降雨方面,在冬季和夏季都有增加的趨勢。但這只是東亞大區域的特徵,對於臺灣區域的氣候變遷分析仍舊不足,須再結合臺灣各地區的區域特性,才可預估臺灣區域未來的可能氣候變遷。

對於雨量,結合臺灣區域氣候型態與全球大氣環流模式,模擬預測未來臺灣水資源 4 個分區可能發生的趨勢:北區有些微增加、中區則明顯減少、南區無明顯變化、東區大幅增加。降雨的增減會直接影響到逕流量的多寡,未來各區可能的河川逕流量增減趨勢,預測結果也與雨量趨勢類似。

整體而言,無論雨量或逕流量臺灣都有增加的趨勢,但各項結果顯示,豐水期(5 月至 10 月)逕流量會增加,枯水期(11 月至隔年 4 月)逕流量則減少,且極端事件出現的頻率與強度增加,如暴雨增多且降雨增強,乾旱增多且時間增長。水災一直困擾著臺灣許多地區,例如民國 90 年納莉颱風肆虐臺灣時,臺北市捷運淹水頓時成為下水道。

如此趨勢將不利於水資源的利用,未來雨水成為可利用水的百分比將下降,使得水資源短缺。如果能夠合理地提高水價,彰顯出水的珍貴,則可減緩水資源浪費的情形。總而言之,無論現在或未來,水都是極珍貴重要的資源,因此對於未來可能面臨的各項衝擊,必須及早因應。
推薦文章