前 言 第一節 水循環 第二節 水平衡 第三節 水資源 第13章 水文概說 前 言 第一節 水循環 第二節 水平衡 第三節 水資源
前言 水是人類生活中所不可或缺的資源。其中以海洋所占的比例最大,其次為地下水,大氣中的水氣雖然很少,卻關係著一地溼度及降水量多寡。 陸地上的水,以固態的冰雪占大部分,分布於極區及中、高緯度的高山區;河、湖所占比例雖小,但與人類生活最息息相關。
第一節 水循環 水循環:大氣中的水、地表水和地下水,以降水、蒸發散、入滲、逕流等方式循環,使水資源得以更新。
(一)降水 降水:地表及地下所有淡水之來源,其形態包括液態的雨,固態的雪、霰和冰雹等。 洋面上之降水量約為陸地的4倍。 受海洋氣團影響的海岸地帶,降水量較內陸地區為多。
(二)蒸發散 蒸發散:地表水的蒸發與植物的蒸散合稱為蒸發散。 就長期而言,全球的總蒸發散量與降水大致維持平衡。 水體及植物進行蒸發散作用時,因吸收空氣中的熱量而降溫,因此海岸地帶的夏溫較內陸地區涼爽。
(三)入滲與地下水 入滲:地表水進入土壤、岩石孔隙的過程,稱為入滲。 地下水:當雨水或地面水沿著土壤空隙或岩石裂縫下滲到地面以下,稱為地下水。 安全出水量:唯有使地下水抽取量低於補注量,才能維持地下水永續利用之需求量,此即稱為安全出水量。
地下水的種類 自由地下水:若下滲過程中遇到不透水層開始累 積,使岩層中充滿水分,形成飽和 層,則儲存流動其間之水,稱為自 由地下水,其頂面稱為地下水面。 受壓地下水:因岩層結構,使雨水流入兩不透水 層之間,累積達到飽和狀態,則形 成受壓地下水。 不飽和帶:在地下水面以上的岩層和土壤空隙並 未填滿水分,稱為不飽和帶。
井的種類 普通井:古老之淺井多半汲取自由地下水。 自流井:當井深入受壓地下水層,且因含水 層傾斜,井口面低於受壓地下水面 ,地下水會自動湧流而出,稱為自 流井。
地下水種類示意圖
(四)逕流與水文歷線 當降水量超過入滲量,雨水便在地表累積形成逕流,再匯聚為河川,注入大海。 降水時地表逕流匯聚進入河川,使水位高漲,雨停之後,河川水位緩慢下降,這種河川流量隨著時間變動的圖形,稱為水文歷線。
(四)逕流與水文歷線 若集水區的森林密布,雨水在坡地土壤入滲率較高,使洪峰滯延期增長,因此降雨產生的逕流較少,使洪峰高度降低。 若集水區有不當開發,導致入滲率低,形成地表逕流,不但會提高洪峰,也縮短洪峰滯延期,增加洪水氾濫機會。
第二節 水平衡 地表透過水循環,總水量幾乎維持不變。
地球各緯度帶的降水特性與水平衡 因為各地區降水、蒸發、逕流具有季節性差異,使得水資源分布並不平均。
集水區 集水區:在河川周圍的山區,雨水集中流入該河段,稱為該河段的集水區。 分水嶺:集水區的邊界通常由鄰近的山脊線構成,雨、雪若落在界限外側,就會進入鄰近的集水區,集水區的邊界稱為分水嶺。
水平衡 集水區是研究地表水文的空間單位,可利用收入、支出、儲蓄等項追蹤其收支平衡。就某一集水區在特定時間內的水平衡而言:其收入為各種形式的降水;經由蒸發散、河水或地下水等途徑將水移出者稱為支出;以河、湖、冰雪等形式積存於地表,或入滲成為土壤水、地下水者,則屬於儲蓄。三者間的消長關係可以下列公式表達:
第三節 水資源 水是人類賴以維生的基本資源,由於水資源的存在形態及時空分布有異,加上人為規劃管理之不同,使各區域水資源的利用與調度有極大差異。
世界各地每人每年可獲得之 降水與逕流資源
乾燥氣候區的水資源利用 在乾燥氣候區與乾雨季節分明地區,地下水資源決定了當地的發展潛力。例如:美國中北部某些地區也以地下水為主要的灌溉水源,受地下水灌溉機械運作方式的影響,遂呈現出圓形的農地景觀。
坎兒井 中國新疆一帶,築地下水道,引地下水形成綠洲,使農業得以開展。此灌溉方式稱為坎兒井。
大河流域的水資源政策(一) 坦尚尼亞宣布將自尼羅河源頭維多利亞湖抽水,供該國數以百萬計的農民使用時,立即引發埃及、蘇丹兩國的嚴重抗議,使「尼羅河流域組織」立即召集流域中的10個國家共同協商水資源調配問題。
大河流域的水資源政策(二) 中國在瀾滄江興築高壩開發水力,不僅降低了下游湄公河的水位,減少柬埔寨金邊湖的氾濫機率,但卻造成營養物輸送減少和漁獲減產的後遺症。