五南官網-亞熱帶水庫湖沼學及水質管理

理工-環境與土木-環境工程
亞熱帶水庫湖沼學及水質管理

Limnology and Water Quality Management of Subtropical Reservoirs

作　　者：吳先琪、周傳鈴
出版社別：五南
出版日期：2023/10/12(1版1刷)
ＩＳＢＮ：978-626-366-582-8
E I S B N：9786263666658
書　　號：5I72
頁　　數：352
開　　數：16K
定　　價：700元
優惠價格：630元

這本書可以說是一本實用湖沼生態學。本書包含兩位作者多年來在水庫優養及生態系統管理的教學、研究及實地採樣調查所得到的許多珍貴數據、圖片，及創新的理論與生態管理技術。它由淺入深地介紹了湖庫生態的科學原理，並且分析各種保護湖泊生態、控制水庫優養、維護生態健康及多樣性的策略。本書內容結合科學及工程多個專業，兼具理論與實務，最適合學習生態學的學生做為跨領域研習材料、生態檢核及風險評估者做為篩選及評量的依據、水庫管理者做為選擇管理策略的參考、流域生態環境保護者做為評估及營造健康水環境的設計指引。世界各國均極度仰賴湖泊水庫來供給公共給水，本書之出版及流通，庶幾對維護湖庫生態及用水人的健康有些幫助。

吳先琪
國立臺灣大學農業化學學士、國立臺灣大學環境工程學研究所碩士、美國麻省理工學院土木環工博士，曾任國立臺灣大學環境工程學研究所副教授、教授、所長，現任該所名譽教授。多年來從事環境汙染物宿命、環境健康風險評估、土壤及地下水汙染防治、水庫及河口生態系統管理等之教學與研究，曾參與臺灣多座湖泊水庫之調查分析與優養改善工作。

周傳鈴
現任國立臺灣大學生態學與生物演化學研究所博士候選人及藻田生態有限公司負責人。長期從事水庫、溪流、河口和海洋等環境微藻形態分類與鑑定、矽藻的生物地理分布研究以及水質環境相關研究多年，參與無數湖泊與水庫之藻類生態調查，足跡遍及臺灣各高山湖泊、水庫及外蒙古湖泊。

1.1	興建水庫之趨勢未已
由於人口增長、土地開發利用以及產業的發展，全球仍有許多地區缺乏足夠的水資源。為了調節在濕季與旱季雨水的不平衡，儲存濕季時的地面水，供應旱季時給水之需，興建水庫仍然是最常用的解決方案。以亞熱帶地區的台灣本島為例，全島面積為36,188平方公里（36,188 km2），2013年的年降雨量為986億立方公尺（9.86 1010 m3，由2738 mm 之年雨量算出），其中有719億立方公尺形成逕流，然而有83.5%之逕流水流入海中，僅有16.5%的水得被取用。而一年可取用的地面水中，有74億立方公尺取自河川，有43億立方公尺（占取用地面水之37%）取自水庫（圖1-1）。可見水庫在水資源供應上之重要性。（經濟部水利署，2014）
世界上雖有少數拆除水庫的例子，但是世界各國水庫的數目仍然不斷在增加。目前在國際大壩委員會（International Commission on Large Dams, ICOLD）註冊有案，人工壩體高度超過15公尺的水庫有58,402座（註：數字可能偏低，因為有些國家未註冊故未列入）。如以國家來分，中國是水庫最多的國家，擁有23,842座，其次為美國，有9,265座（ICOLD, 2016）。
以台灣本島為例，至2014年底，現有之水庫壩堰計有100座，合計其設計蓄水總容量有285,319萬立方公尺，有效容量188,619萬立方公尺；其中以曾文水庫最大，設計總容量74,840萬立方公尺，有效容量47,214萬立方公尺；其次是翡翠水庫，設計總容量40,600萬立方公尺，有效容量33,459萬立方公尺。目前正施工建造中之水庫壩堰，有以公共給水及工業用水為目標之湖山水庫，及以公共給水為供水目標之中庄調整池2座。已完成規劃尚待推動之水庫壩堰有4座，包括苗栗縣之天花湖水庫及其越域引水，台中市之大安大甲溪水源聯合運用輸水工程，高雄市之高屏大湖，南投縣之鳥嘴潭人工湖，其功用均以公共給水為主。為了開闢水源，另有規劃中之水庫2座，包括新北市之雙溪水庫及屏東縣之士文水庫（經濟部水利署，2014）。以中國大陸為例，近年來大型水庫的數目也增加極迅速，從2000年的420座增加到2010年的550座（Yang and Lu, 2014）。
1.2	水庫帶來的問題
興建水庫給農業帶來穩定的灌溉水來源，也提供公共給水、發電、航運、防洪及觀光遊憩等用途。但是水庫也給環境或人類帶來了一些問題。首先，擷取河水進入水庫，將使得下游河川的水文發生改變，例如河水流量降低。近20年間穿越中國、寮國（Laos）、泰國（Thailand）、柬埔寨（Cambodia）和越南（Vietnam）的湄公河（Mekong）主流上已興建了13座水壩，規劃中的還有12座，支流上的水壩更是不計其數（Cronin, 2012；Eyler and Weatherby, 2020）。專家指出2016年柬埔寨與越南的嚴重缺水，是受到上游興建水壩的影響（Minh and Wright, 2016）。除了下游灌溉與公共用水的不足，水文改變也會使得河川水深改變，影響河川生態環境。河口水量減少使得海水入侵到河流的更上游，使整個河水的鹽度增加，造成對於淡水生物不良的生長環境。湄公河在上游水庫興建後發生的海水入侵，使湄公河三角洲40萬公頃的稻田無法耕種（Minh and Wright, 2016）。
水庫也影響了河流從上游搬運物質到下游及海岸地區的能力。河川上游的營養鹽、有機物質碎屑和泥沙被攔阻而沉入水庫的底部，減少了下游及海域浮游植物及屑食動物的食物來源，也使得海岸的沙源減少了。卡亞布理水庫（Xayaburi Dam）興建後，湄公河的沙源減少了一半（Herbertson, 2012）。
水庫水域及環境的變化也影響當地的人文與生態環境。除了淹沒區的居民們被迫遷移之外，許多原本棲息在淹沒區的動植物也移居別處或消失了。台灣雲林縣湖山水庫於2016年建設完成開始蓄水，預定淹沒區原有222隻八色鳥（Indian Pitta, Pitta brachyuran），目前僅剩數隻，未來蓄滿水後是否能再度恢復原有的族群數量，尚待觀察（聯合報，2016）。由於水深及流速的改變，水生生物的種類也跟著改變。位於台中市大甲溪下游的石岡水壩於1971年啟用之後，大甲溪原生種的香魚就絕跡了，石岡水壩以上的河段，迴游性的白鰻及毛蟹等也消失了。
直接對於公共給水及公眾健康有影響的是水庫水質惡化所衍生的問題。累積泥沙、藻類滋長以及水體有機物質濃度增加幾乎是水庫必然的宿命。由於水庫減緩了河水的沖刷，上游集水區釋出的氮及磷等植物生長所需的營養鹽類就累積在水體下層及底泥中，不斷循環被藻類利用。生長旺盛的藻類以及食物鏈上的生物死亡遺留許多有機物質，也沉降到底層然後分解，造成水庫水中有機物濃度增高。這個現象稱之為優養或富營養（eutrophication）。優養的水庫中會有藻類產生的臭味及有機物質的顏色，有時候也會有藻類產生的毒素（Carmichael et al., 2001）。在傳統的淨水處理程序中，藻細胞容易堵塞濾床，造成淨水處理效能大大降低；而最嚴重的影響是含高有機質的水加氯之後會產生消毒副產物（disinfection byproducts），造成自來水飲用者的致癌風險。
濕熱的亞熱帶區域包括亞洲大陸的台灣、中國大陸長江流域與福建省、貴州省、雲南省、緬甸、印度北部、美國南部各州、墨西哥等大約緯度 23.5度至40度左右的地區，也包括一些熱帶的高山或高原，例如越南及台灣南部的一些區域等，在氣候上有些共同特徵：通常有乾濕兩季，其中暖季多雨，而且常有熱帶氣旋帶來豪雨。這種氣候特質造成各季降雨量不平均（這也是需要建造許多水庫的原因），炎熱的氣候及豪雨引起強烈的土壤風化與流失，大量營養鹽進入水庫。暖季炎熱但是冷季不算很冷，最冷月均溫在2至13℃之間（Wikipedia, 2016），很少下雪或結冰，適合藻類生長。水庫在暖季有明顯水溫分層現象，冷季才混合，屬於一次混合型（monomictic）的水庫，有機物及營養鹽隨死亡的動植物碎屑沉入深水層（hypolimnion），累積至下一次水體完全翻轉（turnover）時又回到表水層（epilimnion）而刺激藻華爆發。因此許多亞熱帶水庫都受到水質優養問題所困擾。
以台灣本島20座主要水庫為例，若以四季平均水質之綜合卡爾森優養指數（Carlson Trophic State Index, CTSI）（註：各國及各管理單位所採用之優養定義不同，有關優養指數之定義將於第12章詳細說明）評估，有5座為優養（eutrophic），有13座呈現普養（mesotrophic），而僅有二座能維持貧養（oligotrophic）（圖1-2）。如果以任一季出現過優養狀況來看，有三分之二的水庫都有優養現象（行政院環保署，2015）。
台灣離島金門、馬祖及澎湖的28座水庫的平均水質，全部都是優養狀態。金門主要供水水庫的水質已經惡化至淨水處理廠無法正常出水（見表1-1），除了藻類濃度（以葉綠素濃度代表）很高之外，總溶解有機碳濃度也都超出做為公共水源的標準 4 mgL-1。原來金門自來水各廠之總設計出水量為每日14000立方公尺，但是目前因為水質惡化導致處理效能不足，每日只能出水7000立方公尺。其中優養水質中含有高濃度之有機物，成為消毒副產物生成潛勢（Disinfection Byproduct Formation Potential, DBPFP），以致在金門太湖淨水廠及榮湖淨水廠的淨水處理過程中誘發出三鹵甲烷及鹵乙酸等致癌物質。2013年8月水質檢測的結果顯示三鹵甲烷濃度都超過環保單位訂定的飲用水水質標準80 mg/L（駱尚廉等，2013）（圖1-3）。水中過高的藻臭味或是顏色也是優養造成的水質問題。2009年台灣地區水庫中檢測出藻臭成分2-MIB或geosmin的事件有30多起。另外濾床被藻體堵塞的事件也時有所聞，這些情形都會造成供水停止或減量（張嬉麗，2011）。

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