科技如何解決水資源問題

水關乎人類生存,水資源短缺的問題不僅影響國計民生,也牽動國際關係,各國目前紛紛投入資源,謀求增加水資源之良方。臺灣雖然年平均雨量高達2500公釐左右,但因降雨季節集中在5-10月的豐水期,須有相關科技來調適枯水期之水資源需求。近一世紀來,臺灣出現各種解決水資源問題的科技運作,例如水庫、人工增雨及諸類中小型水資源系統的開發,以下就此三項分述之。另加介紹自來水管的漏水率與汰換,討論水資源之管理與維護問題。

水庫

1950年代起,工業用水需求大增,興築水庫成為解決水資源問題的主要途徑,臺灣現行運作之主要水庫都是在這之後興建,但是近年來水庫蓄水供水功能也逐漸出現問題,主要在於強降雨發生次數增加,引發明顯土石流失,造成水庫淤積量增加,其中以石門水庫、曾文水庫、南化水庫之淤積比率較高,目前均在30%以上。每年政府都投入大量資源進行開挖清淤,但成效仍緩不濟急,未能充分解決淤積之問題。

為避免泥砂淤積池底,水庫防淤工程亦陸續展開,除了攔砂壩之外,上述三個水庫著手築起防淤隧道,據經濟部水利署資料顯示:石門水庫第一階段防淤隧道工程預計於2021年完工;曾文水庫防淤隧道預計於2016年9月完工;南化水庫防淤隧道預計2018年2月完工。築成後,將在汛期渾水進入水庫時,即啟動排砂,盡可能減少淤積泥砂量。待三項工程完成之後,未來防淤成效當有所改進,可延續水庫之使用壽命。

人工增雨

每逢缺水時期,人工增雨(俗稱人造雨)的計畫也是國內現行採取的因應措施。現行人工增雨方式分為空中施作與地面施作,空中施作的方式為以飛機到高空噴灑乾冰、碘化銀於雲中;地面施作則是在迎風面燃燒焰劑使其飄到雲中。例如2015年2月中旬,冷鋒面通過臺灣北部,氣象局與國防部即啟動人工增雨計畫,每兩小時監測是否具備人工增雨工作的條件,飛機待命隨時起飛執行。然而需要人工增雨的時期,即因偏乾而使大氣水氣含量不足,難以獲得大規模之雲層來造雨,故其所顯現之降雨量通常並不顯著。近年來國內持續進行人工增雨相關研究,如台灣大學大氣資源與災害研究中心的「人工增雨技術精進研發計畫」,嘗試藉由集水區氣候與地理條件改善飛機種雲方式、研發更有效的暖雲焰劑等途徑,期能在乾旱時期為台灣多爭取一些水資源。

中小型水資源系統的開發

運用化整為零之概念,開發家庭或社區型之中小型水資源系統也是調控水資源的策略,例如雨水貯留再利用系統、回收水利用系統、及省水器材的使用,均能有效增加水資源,但目前這些系統之普及度仍待積極推廣。金門、馬祖、澎湖等外島則是以興建海水淡化廠方式因應軍民用水需求,但海水淡化廠一直存在著造廠與製水成本過高的問題,通常是為特定目的而建置為,例如中鋼公司的南星海淡廠、台電公司的大林海淡廠與興達港海淡廠,就民生用水需求而言,因水價偏低,致使海淡廠仍無法作為全面性解決水資源問題的方案。

自來水管理

水資源問題除開源之外,節流亦重要。臺灣自來水的高漏水率是存在已久的問題,據經建會2013年資料顯示,臺灣自來水管漏水率達20%。過去臺灣的自來水管線多採用預力混凝土管、鑄鐵管及塑膠管,歷經20-30年的使用期,面臨管線龜裂、破漏、生鏽之情況,成為高漏水率的主因,也因此臺灣自來水公司於2013年至2022年執行「降低漏水率計畫」,進行自來水網的改善,使用球狀石墨延性鑄鐵管、不鏽鋼管等耐用的材質進行管線汰換,預期完成之後可降低5.3%漏水率,當可為台灣省下可觀之水資源。

上述運用科技解決水資源問題的方式,仍有繼續努力與改進空間。面臨水資源問題的國家所在多有,水科技的研發亦是不遺餘力,例如以色列高再用率的污水循環系統、先進的海水淡化技術、節水的農業滴灌技術,以及新加坡的新生水等技術,都是值得我們借鏡的水科技。

▲2015年春季南化水庫面臨旱情(圖片來源:林志成攝)

(本文由科技部補助「海洋與環境變遷」執行團隊撰稿)

責任編輯:蔣忠益∣國立高雄海洋科技大學基礎教育中心

審校:游保杉∣國立成功大學工學院

名詞解釋

新生水(NEWater):新加坡的民生廢水回收再利用計畫,於1998年開始籌劃,以薄膜分子科技將民生廢水層層過濾淨化後,供工商業使用,也生產可以飲用的瓶裝水。該計畫預期在2060年滿足新加坡55%的用水需求。

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石門水庫清淤作業及庫容維持策略把握低水位時機 加強曾文水庫清淤南化水庫防淤隧道工程發包完成 即將施工匱乏變黃金 以色列自豪水科技、〈雨水貯留再利用相關案例〉、〈臺灣水資源海水淡化〉、〈石門水庫防淤隧道工程計畫(第一階段)〉、〈曾文水庫防淤隧道工程〉、〈南化水庫防淤隧道工程發包完成 即將施工〉、〈NEWater〉、人工增雨技術精進研發計畫(1/2)

本文作者:吳孟青、王御風

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