水文概說

1. 水文概說

2. 水循環與水平衡 • 水循環 • 海洋和陸地的水分蒸發，以及植物的水分蒸散後，水氣隨著氣流上升，冷卻凝結成水滴，再以降水的形式落至海洋和陸地。降落到陸地的雨、雪，除小部分被植物截留、蒸發外，大部分在地表流動，或匯聚成河流、湖泊，形成地表逕流；部分滲入地下，成為地下逕流；地表和地下逕流最終流入海洋。水分經由蒸發散、凝結、降水和逕流的過程，不斷在氣圈、岩石圈、生物圈和水圈流動的現象，稱為水循環（圖8-1）。

4. 水循環與水平衡 水平衡 在水循環過程中，地表某一區域在一定時間內，水量收入與支出的平衡狀態，稱為水平衡。以全球而言，其為一封閉系統，沒有任何外來的水源，所以全球海洋、陸地間的水量收入等於支出，保持平衡。在一年內，海洋收入的降水量和逕流的總和，與支出的蒸發散量相同，約為50.5萬立方公里；陸地支出的蒸發散量與逕流量的總和，與收入的降水量相同，約為11.9萬立方公里；全球海陸降水量總收入，亦與蒸發散量的總支出保持平衡，各約為57.7萬立方公里。 然而，各地區因環境不同，水平衡呈現區域差異。有些地區收入多於支出，有些地區則收入少於支出，使各緯度帶的水平衡狀態明顯不同。例如，赤道附近的熱帶雨林氣候區及40˚N以上的溫帶海洋性氣候區，降水量多於蒸發散量，為剩水地區；回歸線附近的乾燥氣候區，降水稀少，蒸發散旺盛，為缺水地區（圖8-2）。

6. 水循環與水平衡 水資源 地球上的總水量約有13.8億立方公里，其中以海水量最多，但海水鹽度高，多不能為人類直接利用。因此，就人類使用的觀點而言，水資源通常指一地降水量減去蒸發散量後的逕流量，也就是河、湖等地表逕流量與地下逕流量的總和。全球各種環境的儲水量差異頗大，海洋約占97.2％，陸地約占2.8％，大氣僅占0.001％（圖8-3）。 水資源需考量地表逕流量、地下逕流量等儲存量的循環更新時間（滯留時間）。若儲存量相同而更新時間短者，可供應的水資源就較多；反之則較少。據估計，全球河水的平均更新時間約16天，地下水約1,400年；全球河川的年逕流量約2.12×103立方公里，地下水約1.053×107立方公里。因地表的河水較易取得，故人類每年從河水獲得較多的水資源。

8. 水循環與水平衡 地表水 地表水指暫存於陸地表面的水，包含冰河、河流、湖泊等。其中與人類生活關係最密切的河流和湖泊，更是不到全球總水量的0.02％。 河流水資源特性深受降水量、地形、地質等因素影響。一般而言，濕潤地區降水豐沛，河流可為沿岸居民帶來充裕的水資源，如歐洲的萊因河。地形陡峻地區谷深水急，需利用水利設施以便汲取較深河床的水資源，如中國甘肅地區利用大水車汲取黃河水源（照片8-1）。地形陡峭、岩層鬆軟的地區，地表易受河流侵蝕，河水含沙量大，水庫淤積嚴重，蓄水功能降低，如南投縣萬大水庫目前的蓄水量，只剩民國48年完工時的三分之二（照片8-2）。 湖泊不僅提供豐富的水資源，亦具航運、發電、觀光，以及調整河流洪、枯流量等功能。但湖泊受自然與人文共同影響，各有其生命週期。如兩湖盆地有些湖泊已經消失，近百年來洞庭湖的面積也大幅縮小。 地表中的河、湖提供人類生活的水量，但其水量的變化深受降水、集水區植被覆蓋情形，或土地利用的變化等而改變。例如，在人口密集的都市地區，都市用地一方面向河岸擴張，與水爭地，一方面地表不透水面積增加，導致暴雨發生時，洪水延滯時間縮短，洪峰流量增加，水文歷線呈現較大起伏的特徵（圖8-4），更易使洪水宣洩不及而發生災害。

10. Box 水文歷線 河川水量的變化，深受降水量和降水時間的影響。河川某一地點的水位，在時間上的變化曲線，稱該地點的水位歷線；河川某一地點的流量，在時間上的變化曲線，稱該地點的流量歷線。二者均能表示水文量與時間關係的曲線，皆稱為水文歷線。

11. 水循環與水平衡 地下水 地下水通常指地下水面以下，在飽和帶中的水。降水後部分水流受重力作用，向下滲透到某一深度時，若遇到不透水層，則滯留於該層上方的孔隙中，形成飽和狀態，稱為飽和帶地下水。飽和帶的上方界面，稱為地下水面。地下水面與地面間的地層，其孔隙未完全被水分子所充塞，稱為不飽和帶（圖8-5）。 地下水的利用方式，以自然的出泉或人為的打井為主。當地下水面與地面相交時，地下水即以泉水形式自然流出，如屏東平原的湧泉帶。取用地下水的人為方式，通常是鑿井到飽和帶地下水層，從普通水井取水。有些水井若鑿至兩不透水層之間的受壓地下水層，且含水層傾斜、井口高度低於受壓水面，則地下水會從井口自然湧出，稱為自流井（圖8-5）。 每年降水或地表水下滲，成為地下水來源的水量稱為補注量。一地地下水抽取量如果低於補注量，將不致造成環境衝擊，此抽取量即為安全出水量。民國八○年代，臺灣每年地下水天然補注量估計約為40億立方公尺，但抽取量約60億立方公尺，遠超過補注量，造成地下水位下降，原有水井逐漸乾枯，居民因而必須抽取更深層的地下水。以濁水溪沖積扇為例，該地區因長期過度抽取地下水，造成淺層地下水枯竭，許多水井必須鑽至200、300公尺深，才能取得較穩定的地下水源。

13. 學生活動8-1 下面4張照片：曬衣、下雨、河川、水井，為日常生活中常見的水循環過程現象，請回答下列問題。 1. 請寫出4張照片分別代表的水循環過程。 2. 依據水循環概念，請將所附的4張照片貼紙貼於合適的位置。

14. 世界水資源的分布與利用 世界水資源的分布 全球各地水資源因降水、蒸發散的差異而有不同。以洲別而言，南美洲降水豐沛，總逕流量約為世界平均值的2倍（圖8-6）；非洲降水量雖接近世界平均值，但由於蒸發散強烈，總逕流量僅及世界平均值的一半，成為全球缺水嚴重的地區，水資源相對不足。以國家而言，巴西位居赤道兩側，降水量多，可利用的水資源最豐富（圖8-7）。回歸線附近的埃及、科威特等國，年降水量少，且蒸發散旺盛，為水資源較為缺乏的國家。而臺灣每人每年可利用水資源雖有4,090立方公尺，但因降雨量的時空分布不均，而且地形坡度大，河水迅速注入海洋，更且水汙染嚴重，實際可用水量大減，幾乎每年都會面臨季節性、區域性用水緊張的狀態。 總逕流量雖可反映一地可利用水資源量的多寡，但一地每人可用水資源的豐裕或匱乏，也與該國人口數、水利設施等有關。例如，印度水資源量比日本多，但人口眾多，每人平均可利用的水資源反而較日本少（圖8-8），而且印度缺乏完善的水利設施，居民常面臨嚴重的缺水問題。

18. 世界水資源的分布與利用 水資源利用的方式 自古以來，人類為滿足生活和產業所需，興建各種水利設施，以獲取充足水源。古羅馬時期為了供應羅馬城的用水，將遠處山麓的水源先儲存於蓄水池，然後再利用地勢的落差，興建10多條高架、密閉的水道橋，每天提供30多萬噸的水量，作為城市居民家庭生活、公共浴場、噴泉等用途。中亞、西亞和北非乾燥地區的居民，在地表下的不透水層之上挖掘暗渠，將沖積扇的地下水引到目的地，以減少水分蒸發，形成饒富特色的水利工程，稱為坎井（圖8-9）。 工業革命後，隨著人口和產業的成長，全球用水量不斷增加（圖8-10），興建以蓄水為主要目的的大型水庫，成為許多國家取得穩定水源的方法。利用鑽井技術取得淺層或深層的地下水（照片8-3）、以電腦控制的滴灌方式（照片8-4），也都是現代水資源利用的方法。

22. 世界水資源的分布與利用 世界水資源的問題 二十世紀後半紀，全球人口在50年間增加2倍，但用水量卻增加了5倍。人口的增加與產業的發展，使全球用水量激增，許多國家面臨水資源危機。預估到二十一世紀中葉，全球60多個國家的70億人口，將陷入水資源供應嚴重匱乏的困境。隨著水資源日益緊缺，水的爭奪戰將愈演愈烈，尤以流經2國以上的國際河川，水資源的管理與分配常是造成衝突的主因。 以瀾滄江為例，該河發源於中國青海省，下游進入中南半島後稱湄公河，流經緬甸、寮國、泰國和柬埔寨，最終在越南入海（圖8-11），為沿岸5,000多萬居民生活用水與漁獲的重要來源。1986年中國計畫在瀾滄江流域陸續興建25座水電大壩（圖8-12）。1996年第一座水壩完工蓄水後，導致下游湄公河水源減少，影響農業活動，也造成泰國北部的湄公河水位下降而影響航運，更使上游營養物質因大壩的攔阻而未能輸送至下游，以致下游漁獲量減少，如2003年湄公河漁獲量僅剩上游建壩前的一半，嚴重影響漁民生計。 針對中國瀾滄江流域開發所導致的國際問題，下游地區的國家和環保團體，希望中國遵守國際河川規約──上游國家在進行重大水利工程建設前，應與下游國家磋商，下游國家有權對大壩興建工程進行環境影響評估，並對居民可能蒙受的損失要求適當的補償。

23. 世界水資源的分布與利用 世界水資源的問題 範例：約旦河-以色列與週邊國家 範例：鹹海面積縮減 範例：印度河-印度與巴基斯坦

26. 學生活動8-2 • 　　參考圖8-13並回答下列問題。 • 依據圖8-13，請分別計算臺灣與全球可利用水資源量？（單位：毫米） • 臺灣可利用水資源較全球充沛，但每人平均可利用水資源卻僅及全球二分之一。試說明其原因。 • 由於臺灣每人平均可利用水資源較少，因此日常的省水措施是人民應有的觀念。請與同學分享2種家中目前可以實施的省水方法。