2010年3月24日 星期三

救水庫 須對症下藥

 文/李鴻源(台灣大學土木工程學系教授)

 門及曾文水庫是台灣最重要的兩座水庫,其供水品質攸關民生與經濟,堪稱台灣賴以為生的命脈。血管不通,人體必病;水庫出狀況,對國家社稷亦將造成難以挽救的巨大傷害。

 2004年至05年間,石門水庫經歷艾利、馬莎等颱風侵襲,兩年內淤積量就佔庫容量八分之一(約3千7百萬立方公尺)。因而立法院於2006年通過「石門水庫及其集水區整治特別條例」,提撥250億的特別預算,以解決集水區嚴重的沖蝕問題。類似情況在南部也發生,但情況更為嚴重,曾文水庫去年經歷莫拉克颱風侵襲,一場颱風即為曾文水庫,新增了高達9千萬立方公尺的淤積量,亦約佔庫容的八分之一。

 在劇烈氣候變遷影響下,眼前我們能確定的是,未來的溫度和雨量,只會不斷打破歷史紀錄。面對如此氣候環境,水庫集水區的治理工作益形險峻,未來必須更趨謹慎與重視,且應以更具前瞻性、更永續的策略,來重新再造已然破碎的山河,保衛台灣的美麗、生命力與競爭力!


淤沙及強降雨 恐使水庫潰壩
 自1964年至2008年,這44年間石門水庫集水區遭受葛樂禮、賀伯、艾利與瑪莎颱風等豪雨侵襲,大量土砂伴隨豪雨堆積在水庫中,讓石門水庫庫容剩餘容量只剩下三分之二、約2.1億立方公尺,而水庫一年需要5次周轉庫容量才能滿足供水需求,淤積嚴重降低了水庫的操作空間,也讓供水的質與量都亮起紅燈。

 此外,石門水庫上游主流河道自1996年起共興建五個大型攔砂壩(義興、榮華、巴陵、玉峰、秀巒),在2008年2月量測結果,除榮華壩還可容納3百萬立方公尺泥砂量外,其他四座攔砂壩皆已淤滿,淤積量近3千萬立方公尺(約庫容十分之一);而原設計攔砂量約1千萬立方公尺的巴陵壩,早在2007年便因韋帕颱風損毀,泥砂逐漸往下游榮華壩推進,造成榮華壩全部淤滿。只要再來場類似莫拉克颱風規模的降雨,榮華壩、義興壩都將無法發揮攔砂功能,甚至有潰堤之虞。

 再者,根據北區水資源局資料,石門水庫溢洪道設計排洩流量11,400cms,1963年葛樂禮颱風5日內降下1,375mm的雨量,洩洪量達10,141cms之最高洩洪紀錄,迫近石門水庫洩洪極限。經重新檢討後,政府於1979年增設排洪隧道,排洪能力提升至13,800cms;而 2004年艾利颱風4日內降下967mm平均降雨量,洩洪量則已高達8,594cms,為石門水庫歷史第二高紀錄。莫拉克颱風5日內在台灣南部降下平均雨量達1,988mm,遠超過石門集水區歷年紀錄,類似的豪雨未來若在台灣北部的石門水庫中出現,在極大降雨、庫容減少和溢洪道瀕臨極限三個因素下,石門水庫的洩洪量將超過現有容量、有潰壩之虞。這將是北台灣最嚴峻的考驗!

 相同的問題也在曾文水庫發生,自1973年至2009年共36年間,庫容剩餘容量約4.5億立方公尺,祗剩下八分之五。上游主流河道,自1979年起雖共興建六個大型防砂壩(達邦、達德安、福山、樂野、里佳、大埔),但現已全部淤滿,淤積量近1.6千萬立方公尺(約庫容的百分之二),攔砂壩在攔阻泥砂進庫區的量,並沒有石門水庫來得的高。

 此外,曾文水庫溢洪道設計排洩流量9,470cms,而莫拉克颱風在6日內降下1,988mm的平均降雨量,造成洩洪量達8,024cms之最高洩洪紀錄,其平均進水洪峰流量達11,729cms,接近水庫設計洪水之「可能最大洪水」12,430cms,水庫風險已是一個不得不考慮的課題。

 在劇烈氣候變遷影響下,根據前面分析,石門與曾文水庫的潰壩風險也相對提高,一旦潰壩發生,對大臺北與台南地區之衝擊,其後果難以想像,政府應審慎面對這個問題,用總合治水的概念、國土規劃的手段以為因應。

水庫清淤 應依地制宜
 2006年通過250億預算的「石門水庫及其集水區整治特別條例」,而2009年為因應莫拉克颱風造成的嚴重淤積,政府預計投入430億進行曾文及南化等水庫的清淤工作,前者以治本為考量,後者連治標都談不上。至於石門水庫及其集水區整治方法,是否完全適用於曾文水庫,則必須就地形、地質、雨量、各項監測資料與土地利用逐一探討。

 石門水庫集水區面積約763平方公里,地勢起伏從海拔135m至3,500m。坡度大於55%的面積佔集水區61%,集水區上游的桂竹林層上段以細粒鬆砂岩為主,其膠結疏鬆易碎,容易產生土壤沖蝕,中區之石底層以砂岩與頁岩互層,大寮層則以頁岩為主,加上斷層線經過,此區易產生崩塌,至於南區之巴陵層以板岩與頁岩為主,地質不穩定,易產生大面積崩塌。

 而曾文水庫集水區面積約481平方公里,平均標高約963公尺,平均坡度54.4%,集水區東北區含頁岩及受激烈擾動之砂頁岩互層,岩性脆弱,而西南區岩層則相對較完整。

 石門水庫集水區之年平均降雨量約2,370mm,每年五至九月的降雨量佔全年65%,主要是颱風帶來豐沛雨量,另外尚有西南氣流所造成之雷陣雨及熱帶性低氣壓所帶來豪雨。曾文水庫集水區之年平均降雨量達2,918mm,每年五至九月的降雨量佔全年80%以上,而十月至翌年四月則因雨量稀少,普遍呈現乾旱現象。

 水庫從建造開始,跟人類的生命一樣,不免歷經生老病死的過程。人生病,尚須經過醫生評估、診斷,方知病因,對症下藥。如今曾文水庫生病了,人們卻往往只知症狀(泥沙大量淤積,減少水庫壽命),而未深究病因(集水區泥沙來源,庫區泥沙特性),就先依樣劃葫蘆、找個石門水庫整治藥方來用?姑且不論可能產生之後遺症,單就成效來看也必然有限。因此,筆者建議應提出更有效的解決方案:

 1. 整體診斷-資料監測、建置、與維護
 在沒有完備資料下談集水區治理與管理,就如同瞎子摸象般,難窺全貌亦不知所措。建議應先審視過去集水區相關資料,如石門水庫集水區內共有15個雨量站,並自1957年起建置5個水位站,泥砂濃度觀測站共10個,且定期進行河道測量調查,有長年觀測資料足供泥砂來源之判定使用。

 反觀曾文水庫,其集水區內雖有9個雨量站,並自民國91年起建置2個水位站,作為泥砂濃度觀測,但卻未定期進行河道測量調查,泥砂來源判定在時間與空間上均顯不足。因此需要規劃未來監測工作,以決定監測區位與頻率是否增加?資料建置與後續維護亦應重視,這些都是當下應儘速著手辦理的工作。

 2. 對症下藥-管理治理與水庫清淤並重
 石門水庫與曾文水庫的共同問題是淤積嚴重,唯石門水庫相對曾文水庫資料完整,資料庫之建置使決策有所依據,才能知道「石門水庫及其集水區整治計畫」的經費應如何配置與編列,而曾文水庫的整治經費400億若只用在清淤,恐怕無法解決問題。曾文水庫集水區每年每公頃產砂148.6立方公尺,約是石門28.7立方公尺的5倍。其先天體質不良,如不同時進行上游集水區管理與治理工作,恐藥量加倍也難恢復。

 3. 決策支援-減少成本與增加效益利器
 水庫集水區泥砂來源主要分為崩塌地與一般土壤沖蝕,崩塌土砂量受地質條件與雨量差異影響最大,而一般土壤沖蝕量則受土地利用影響較深。

 根據衛星影像崩塌地判釋及土壤沖蝕現地採樣結果分析,石門水庫集水區之土砂來源會依地質、雨量、土地利用等因素而不同,上游至庫區崩塌地來砂比例從93%至46%不等,土壤沖蝕平均每年每公頃9.6噸;而曾文水庫集水區上游至庫區崩塌地來砂比例從91%至7%,土壤沖蝕平均每年每公頃32.8噸,約石門水庫集水區的3倍多。

 因石門水庫及曾文水庫各子集水區的崩塌地與土壤沖蝕比例並不相同,因此應先補足曾文水庫資料庫內的現地觀察資料,方能對症下藥,並深切檢討過往管理不足之原因。如能進一步補充相關資料,建置泥砂決策支援系統,針對集水區特性判斷其治理優先順序與策略,整治的比例與區位也可隨之調整,節省治理成本並提高整治效益。

 當前石門及曾文水庫所面臨的問題,是危機、也是轉機。莫拉克風災雖為台灣帶大嚴重災損,但也因此讓人們必須正視水庫潛藏的危機與問題,只要能提前應變、及早準備,做出正確的策略並落實執行,實不失為一否極泰來的契機。

作者簡介
李鴻源,曾任台灣省政府水利處處長、台北縣副縣長,現任台灣大學土木工程學系水利組教授,專長在河川水力學、泥砂運動力學、流體力學。


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