第 十二 章 水 文
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第 十二 章 水 文. 第十二章 水文 目次. Ⅰ. 水循環. Ⅱ. 水平衡. Ⅲ. 水資源. 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. 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. 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 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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第 十二 章 水 文
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第十二章 水文 目次
水循環Ⅰ
Ⅱ 水平衡
Ⅲ 水資源
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第一節 水循環
蒸發散作用與水循環1.1
地面水與地下水1.2
水文歷線1.3
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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
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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
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1.1.2 水循環
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
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
經降水的過程降落到地表
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
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
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。
水循環
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1.2 地面水與地下水
地面水1.2.1
地下水1.2.2
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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
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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
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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
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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
受壓地下水面
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1.3 水文歷線 -Ⅰ
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
流量 =河川流速 x 截面積
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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
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1.3 水文歷線 -Ⅱ
影響洪峰流量與洪峰延時的因素洪峰流量 洪峰延時 影響
降雨型態
暴雨 增加 縮短 危險小雨 正常 正常 安全
集水區環境
植被茂密 降低 拉長 安全都市化 增加 縮短 危險
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
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第二節 水平衡
全球水平衡2.1
地下水的水平衡2.2
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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
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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
=><
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2.1.2 全球水平衡
全球維持水平衡的狀態
收入 支出 狀態
陸地 11(A)(降水 )
7(C)+4(B)(蒸發散 +逕流 ) 平衡
海洋 4(B)+38(E)(逕流 +降水 )
42(D)(蒸發散 ) 平衡
地球 49(A+E)(降水 )
49(C+D)(蒸發散 ) 平衡
單位 :萬 km³
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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
信風帶
副熱帶高壓
熱帶莽原
熱帶沙漠
地中海型
熱帶雨林海
洋性
寒帶
西風帶
極圈氣旋ITCZ
最大剩水區
受氣候及行星風系影響
最大缺水區
接近水平衡
寒帶雖為少雨區,但因溫度低,蒸發量小,故最接近水平衡
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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
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2.2.1 地下水的補注
地下水
地面的入滲量
鄰近地下水的流入
輸 入
地下水的流出
地下水的開發
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
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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
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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
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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?
水文資料 ( 年平均值,單位: CMD)
地表入滲量 6840
淺層地下水補注量 8840
總補注量 14840
總開發量 16957
CMD(cubic meter per day)及每日流出公噸量
目前礁溪鄉面臨過度開發的問題
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第三節 水資源
水資源及其利用3.1
世界水資源分布、汙染與爭奪
3.2
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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
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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%
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3.1.2 水資源的利用
生活用水觀光發展
工業用水
農業灌溉
交通運輸
水力發電
水資源
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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
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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
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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
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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
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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
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3.2 世界水資源分布、汙染與爭奪
世界水資源的分布
水資源的污染
水資源的爭奪
西亞的水權爭奪
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
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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
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3.2.2 水資源的汙染 -Ⅰ
•屬有機廢棄物
•生物的排泄物還可能包含可怕的病菌,如霍亂、傷寒、痢疾等
生物排泄物及農業廢棄物
•包含重金屬及化學物質,其毒性甚強,且具有持久性,而且在自然狀況下,也不易退化或分解
•將污染物任意傾倒或埋藏地下會污染地表水和地下水
工業或產業廢棄物
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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
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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
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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。
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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
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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