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地下水人工补注
上传时间:2020-06-27点击:142次

何谓地下水人工补注?

地下水人工补注 (managed aquifer recharge (MAR) or artificial recharge) 係以工程的手段,将截留雨水、暴雨逕流与经过初步处理之生活污水等水源,以注入井或土壤渗滤的方式补充地下含水层,利用土壤渗滤及(或)含水层中的净化机制,达成处理、储存与再利用水资源的目的 (Bouwer, 2002; Dillon, 2005; Regnery et al., 2013)。

此方法又称为 artificial recharge、enhanced recharge、water banking 与 sustainable underground storage 等。地下水人工补注技术的应用在欧洲及美国已分别有 100 年及 50 年,澳洲近年来也积极评估此方法以纾解水资源逐渐短缺的压力。

地下水人工补注的分类

地下水人工补注依回收水注入方式可分为两大类:(一)井水注入式(ASR、ASTR 等)及(二)土壤渗滤式(SAT、渗流池等)(图一),井水注入式具有低水分挥发、不易滋生藻类蚊虫、占地面积小等优点,然而注入井有阻塞的问题需加以克服,且注入过程无法提供额外的处理效能;相对之下,土壤含水层处理 (SAT) 及渗流池方式,可利用渗流带净化水质的特性去除营养盐、有机物及致病微生物,广泛应用于污水现地处理 (on-site treatment) 及人工湖补注地下水。

除了可回收净化储存多余的水资源于地下含水层,地下水人工补注对含水层置换 (displacement) 与沖洗 (flush) 的特性,也具有处理受海水入侵盐化或遭到污染地区的潜力。

地下水人工补注

图一 地下水人工补注常见的形式:(一) 井水注入式;(二) 土壤渗滤式。(本文作者简义杰绘)

此外依据注入方式(注入井或土壤渗滤)、灌注及抽取位置、补注水是否传输移动等特性,地下水人工补注方法可在细分成下列几种形式 (Dillon, 2005):aquifer storage and recovery (ASR)(含水层储存及回抽)(图一),aquifer storage transfer and recovery (ASTR)(含水层储存传输及回抽)(图一),bank filtration(岸滤),dune filtration(沙丘渗透),infiltration ponds(渗流池)(图一),percolation tanks,rainwater harvesting,soil aquifer treatment (SAT)(土壤含水层处理)(图一),sand dams(砂坝),underground dams(地下水坝),recharge releases。

地下水人工补注的优点

地下水人工补注可克服传统兴建水库之限制,如水库场址取得日益困难、建设经费高、乾旱地方水量蒸发严重、爆发藻华及藻毒之风险、孳生病媒蚊、不具环境永续性(淤积泥沙、破坏河川生态、淹没生态及文化敏感区)等缺点 (Bouwer, 2002; Dillon, 2005),除此之外,地下水人工补注亦可与人工溼地 (constructed wetlands) 结合,有效运用雨水、民生污水厂放流水等再生水资源,为多元水资源开发方案提供一稳定的新兴水源。

地下水人工补注 – 台湾水资源多元及永续利用重要之一环

台湾受到气候变迁的影响及先天地理的特性,水资源的取得日趋严峻,因此多元及永续的水资源利用为国内非常迫切的课题。近年来全球气候变迁,极端气候频率增加,乾旱及暴雨造成稳定供水的压力与日俱增,乾旱时,水库储水日益枯竭,且河川因流量减小导致水质恶化,暴雨时,原水浊度骤增亦无法进入净水程序,此外台湾地处季风带,降雨分布不平均,中、南部丰枯水期明显,加上河川特色为流短湍急,约有 60% 的降雨直接流入海洋,水资源蕴藏不易,因此虽然降雨为世界平均值的 1.6 倍,台湾仍被列入缺水国家。

有鉴于此,国内多以水库蓄存降雨,然而夏季气温提高,水库有水量易蒸发损失、优养化藻华藻毒、增加净水程序负担、饮用水水质恶化等缺点,另外,地下水亦为国内重要水源,然而超量抽取地下水也已造成水位下降,进而造成地层下陷、海水入侵盐化,以及没有妥善管理所造成地下水污染等问题。因此地下水人工补注在台湾多元及永续的水资源利用的发展上具有极高的潜力。

地下水人工补注的发展与挑战

在多元与永续水资源的开发上,地下水补注方法具有相当的优势及潜力,但实际应用上仍需要关键的研究数据及知识,其中又以水中有机物、病原菌及微量/新兴污染物在土壤渗滤过程中的传输、净化机制与去除效率最为重要,此外高滤速、低阻塞及低维护需求的滤料组合亦是一重要的研究课题,不良的地下水补注不仅无法达成蓄存水资源的目的,更有可能缩短设施使用年限或污染地下水源,唯有妥善规划及良善管理的地下水人工补注才能同时达到水资源永续利用的目标。


参考文献

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