第 十二 章 水 文

1. 第 十二 章 水 文

2. 第十二章 水文 目次 Ⅰ 水循環 Ⅱ 水平衡 Ⅲ 水資源

3. 第一節水循環 1.1 蒸發散作用與水循環 1.2 地面水與地下水 1.3 水文歷線

4. 1.1 蒸發散作用與水循環 蒸發散作用 1.1.1 水循環 1.1.2

5. 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

6. 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由土壤或水體的蒸發作用回到大氣中 水循環 經降水的過程降落到地表 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 降落到地面的水有一部分會下滲，到土壤中成為土壤水或地下水。地下水最後也會補注到河流中，使地表的河川變成常流河 剩下的部分則在地表面產生地表逕流。地表逕流有部分會暫時儲存在湖泊或沼澤中，但大多數最終又匯流於河川再流到海洋。       

7. 1.2 地面水與地下水 地面水 1.2.1 地下水 1.2.2

8. 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

9. 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

10. 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

11. 受壓地下水面 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

12. 1.3 水文歷線-Ⅰ 流量=河川流速 x 截面積 • 意義： • 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

13. 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 最大降雨強度發生時 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

14. 1.3 水文歷線-Ⅱ • 影響洪峰流量與洪峰延時的因素 土地開發使土壤的滲透及涵水能力減少，降水很快變成逕流，並集中至河道

15. 第二節水平衡 2.1 全球水平衡 2.2 地下水的水平衡

16. 2.1 全球水平衡 水平衡 2.1.1 全球水平衡 2.1.2 各緯度帶的水平衡 2.1.3

17. 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 = > <

18. 2.1.2 全球水平衡 • 全球維持水平衡的狀態 單位:萬km³

19. 受氣候及行星風系影響 熱帶雨林 西風帶 海洋性 極圈氣旋 ITCZ 寒帶 地中海型 信風帶 副熱帶高壓 熱帶沙漠 熱帶莽原 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 最大剩水區 最大缺水區 寒帶雖為少雨區，但因溫度低，蒸發量小，故最接近水平衡 接近水平衡

20. 2.2 地下水的平衡 地下水的補注 2.2.1 安全出水量 2.2.2

21. 2.2.1 地下水的補注 輸 入 輸 出 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 地下水 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

22. 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 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 引發地層下陷 圖12-7 地層下陷影片 影片來源http://www.youtube.com/watch?v=Sb9rDYUGznk

23. 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

24. 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? 目前礁溪鄉面臨過度開發的問題

25. 第三節水資源 3.1 水資源及其利用 3.2 世界水資源分布、汙染與爭奪

26. 3.1 水資源及其利用 水資源的定義 3.1.1 水資源的利用 3.1.2 水資源的開發 3.1.3

27. 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%

28. 3.1.2 水資源的利用 觀光發展 生活用水 水資源 交通運輸 工業用水 水力發電 農業灌溉

29. 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

30. 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

31. 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

32. 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

33. 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

34. 3.2 世界水資源分布、汙染與爭奪 世界水資源的分布 3.2.1 水資源的污染 3.2.2 水資源的爭奪 3.2.3 西亞的水權爭奪 3.2.4

35. 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

36. 3.2.2 水資源的汙染-Ⅰ

37. 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

38. 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

39. 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。

40. 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

41. 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