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地层下陷(英语:land subsidence)为地层向下移动,泛指地面向下沉陷的垂直地表变形,基准面一般以平均海平面为基准。地层下陷系属一种不可逆之反应,亦即一旦发生地层下陷现象,以目前之科技或工程方法,无法使已下沈之地平线再上升恢复为原来地貌。

概述

天然与人为因素

地层下陷发生的时间尺度分布极广,从几日到几千年皆有可能。发生原因可分为天然因素及人为因素两类。一般而言,天然因素(如地壳板块运动、火山活动地震等)所造成者,在台湾因发生频率低,故所造成之下陷影响较小;但是多处地层下陷,主要系由人为因素所造成,超量抽取地下水所致。

人为因素

地下水抽取超量时,地下水水压将相对随之降低,于受压含水层上端不透水层中之支撑力减少,其荷重相对增加,导致区域性地层下陷之后果。同样道理,自由含水层亦会因超量抽水而产生地层下陷。从物理机制而言,地层下陷系属一种不可逆之反应,亦即一旦发生地层下陷现象,以目前之科技或工程方法,无法使已下沈之地平线再上升恢复为原来地貌。[1]

台湾现状

超抽地下水恶果

台湾超抽地下水而地层下降地区占平原面积的1/10,分布在宜兰县、彰化县、云林县、嘉义县、台南县、高雄县及屏东县等。造成的损害包括房屋龟裂、倾斜、下沉等影响居民生活安全之情况。西部沿海地区因严重地层下陷或处于地层下陷区,低洼处积水不退,在地居民祖坟都浸泡在水中。屏东沿海地区因为养殖业超量抽取地下水而使地盘不断下陷,部分地区累积下陷量达3.22m,下陷深度已接近二层楼房高。同时海水入侵地下水层导致土壤化,植物无法生存。

依“水利法”补救

1971年公布地下水管制办法后,依据“水利法”规定为防止某一地区地下水之超抽所引起之海水入侵或地盘沉陷,得划定地下水管制区,限制或禁止地下水之开发。

海水入侵灾害

在沿海地区抽取地下水会造成海水入侵。在海边超抽地下水,淡水海水的交界面就不断上升,结果使海水慢慢侵入地下淡水层的位置;如果上升作用不断进行,最后海水就会进入水井中,使淡水的供应受到水的污染而不能使用。水一经海水进入,就很难恢复淡水供应的旧观。

土壤盐化灾害

由于西部沿海地区因土地不当利用,经农业(含养殖鱼塭)用水、工业用水及生活用水等长期超额抽取地下水,造成地层持续下陷,导致该等地区现今仍有经常性积水不退及土地盐化现象,亦造成当地地工结构物、建筑物及地下管路之快速破坏,必须及早有效防治。

例如云林县台西乡沿海土壤盐化,就造成了防风林枯死的情形。台湾沿海一些湿地,本是自然生态的珍贵资源,也受到难以弥补的破坏。 长期积水不但致使农业生产困难,对于下陷地区之土地利用也产生莫大伤害, 临海地区容易造成海堤破坏,台风期间屡屡造成海浪溢淹,造成土地土壤分过高,植物难以生长。

土壤液化灾害

地下水的灾害除了人为不当的行为而导致灾害外,还有一种灾害,那就是地下水位过高而产生的“土壤液化(liquefaction)”灾害。土质较松软及地下水位较高的地区,在较强烈地震时,含水量饱和的土在重力作用影响下,其颗粒结构会有紧密化的趋势,土壤空隙之水压会升高,因为这种压力会使得土壤颗粒有效应力变得很低,土壤会失去承载能力,呈现液态化现象,就是所谓的“土壤液化”。这种现象如果发生在有建筑结构物地区就会很容易发生结构之破坏;若发生在饱和砂土,常因超额孔隙水压消散伴随地表沉陷;若发生区域向上排除的超额孔隙水压达到临界水力坡降时使上方土壤的有效应力便会减至零导致土壤产生流砂现象或喷砂现象(sand boil)。因此地下水位太高的地区,可以抽取适量的地下水,以避免土壤液化现象发生。

容易发生液化的地点通常出现在离震央数公里至数十公里范围内的: (1) 河滩及海滩地; (2) 离河岸不远的砂质冲积层基地; (3) 砂质的旧河道堆积; (4) 边或其它水边的填土新生地。土质疏松而又含水饱和之地表土层,不但对地震动有放大效应外,并且还可能会发生土壤液化的现象。土壤若发生液化可能使地上结构物发生不均匀下陷,土壤发生液化后会造成建筑物、道路、地下管线及梁桥墩的破坏。

淹水灾害

台湾地区地形陡峻、降雨强度集中,每年侵袭台风平均约3.5次,豪大雨数十次,平均年损失约128亿元以上。93年全年台风侵袭次数高达9次,仅72水灾淹水面积即达659平方公里。而94年612豪雨造成南部地区多处淹水,淹水面积亦超过500平方公里。 台湾易淹水低洼地区总面积约1,150平方公里,八成集中于县(市)管川、区域排水、事业海堤等未完成改善或地层下陷等地区。其中并以宜兰台北、彰化、云林、嘉义、台南及高雄沿海地区乡为甚。不但造成住宅农田损失、交通受阻、民众生活不便与安全威胁,甚而影响国家重大建设(高铁捷运、科学园区)之推动。

防治方案

地层下陷防治执行方案于1995年开始配合台湾地区地下水观测网执行。初期地层下陷有关监测网之配置,如地下水位观测井、地层下陷监测站等,无论质与量皆嫌不足;对水文地质方面也缺乏完整可靠资料,缺乏抽用地下水时空标准,导致地下水资源未能合理利用与管理。但随各年度而增设之地下水观测站、地层下陷监测,各方面也较具完整可靠资料,方案之主要目标在于解决包括宜兰县、彰化县、云林县、嘉义县、台南县、高雄县及屏东县等地区之地层下陷问题。

对策施行

政府在推动“地层下陷防治执行方案”,主要是依下列四大对策:(1)通盘规划地层下陷区土地利用;(2)加强地层下陷区产业辅导工作;(3)加强地下水管制及水资源规划;(4)教育宣导之配合。

这四大对策中,尤以对策(1)最为关键,其工作项目又分为:(i)整体规划地层下陷地区土地利用方式,及(ii)推动地层下陷区土地整复利用与保育。透过各项防护计画及各项综合开发计画之制度、规范及精神,辅以各项整复利用计画与保育措施,兼顾生态保育与发展,及合理水土资源利用。期望在整体考量原则下,能提供沿海地层下陷区最佳之改善与发展。[2]

地下水保育

地下水的流动、存蓄、抽取、补注等所涉及之现象与技术甚为复杂,不容易为一般用水人所了解,在开井取水之后,多忽略于保育的重要性,以致一些需水急切地区,在超量抽用地下水后,发生地下水枯竭、地层下陷、水质变劣与沿海地区海水入侵等问题。再由于农工业的高度发展及人口集中,各类废水应运而生,水污染亦渐及于地下水。

国家水资源的规划,首先配合自然水文系统掌握现况,以因应目前及未来的供需,再就水资源开发后对环境的影响预作评估,以免因开发或污染造成水资源的永久性损害。而对于水资源的保育概念,希望宣导普及社会,以收事半功倍的效果,使水资源开发与管理,两者达于更完善的境地。

目前对于地下水保育之作法有四方面:

  1. 地下水资源管理
  2. 地下水资源营运管理规划
  3. 地面水与地下水联合运用
  4. 地层下陷防治

参考资料

  1. 地层下陷灾害与防灾国立台湾大学气候天气灾害研究中心
  2. PC183上善若水地下水观测网