江崇榮1,2 陳瑞娥1
摘要
台灣地區依據自來水法和飲用水管理條例，已針對地表水廣泛劃定水源保護區；此二項 法規雖亦適用於地下水水源保護區之劃定，然而因為地下水系統較難掌握，地下水水源保護 區劃定工作尚未展開。本文以濁水溪沖積扇地下水區為例，整合過去數年來水文地質及地下 水補注相關調查研究成果，評估主要補注區之分布範圍，建議劃定為地下水水源保護區，希 望能經由地下水水源之保護，達到地下水資源永續利用之目標。
關鍵詞：地下水水源保護區
1. 經濟部中央地質調查所
2. 通訊作者，電子郵件：[email protected]
前言
臺灣地區民國78年至87年之年平均用水總量約181.3億立方公尺，其中由河川引水供應 75.9億立方公尺（41.9 %），地下水抽用量62.8億立方公尺（34.6 %），水庫供水42.6億立方公 尺（23.5 %）；由此可知，地下水供水量為水庫供水量之1.5倍（經濟部水利署，2003）。有鑑 於地下水資源之高度重要性，而地下水補注區為地下水之水源地，因此行政院環境保護署民 國87年提出之國家環境保護計畫，明訂應調查研擬地下水天然補注區範圍，建立補注區水 質保護及污染源管制措施。然而地下水系統埋藏於地下，在缺乏水文地質基本資料及長期地 下水水質和水位觀測資料狀況下，地下水天然補注區範圍之劃定及保育工作尚未落實。
經濟部自80年至97年間執行臺灣地區地下水觀測網整體計畫，全程三期共17年，投入大 量人力和物力，建置觀測井網，蒐集水文地質及地下水水位和水質基本資料；其中以第一期 七年完成建置之濁水溪沖積扇和屏東平原地下水區，資料最為完備；依據相關研究成果，江 崇榮和陳瑞娥 (2004) 曾提出屏東平原地下水水源保護區劃定之芻議。本文則針對濁水溪沖 積扇，以水文地質、地下水流場及地下水水質特性圈繪補注區範圍；用氫氧穩定同位素質量 平衡分析，評估地下水不同補注水源所佔之比率；利用地下水位歷線及地下水層蓄水係數，
進行地下水收支分析；據以釐定主要地下水補注區之範圍，建議劃設為地下水水源保護區，
希望對保護區土地利用及水土污染做適當管制，使地下水資源管理能朝向永續利用的目標跨 出一步。
水 源 保 護 區 相 關 法 規 及 劃 定 概 況
水源保護區相關法規主要有自來水法和飲用水管理條例；其與保護區劃定之條文及劃定 情形概要如次：
水質水量保護區
自來水事業對其水源之保護，得視實際需要，依水利法向水利主管機關申請辦理，或請 水利主管機關會商有關機關，劃定及公布水質水量保護區域，禁止在區域內一切貽害水質與
水量之行為（自來水法第十一條）。
自來水公司依據自來水法，以其取水口以上集水區及下游400公尺河川行水區為範 圍，並以天然稜線為界線，申辦劃定水質水量保護區；從民國64年起陸續劃定111處水 質水量保護區，其中包括水庫水源保護區16處，河川取水口水源水質水量保護區95處，
總面積約9,902平方公里（駱尚廉，2001）；迄民國91年1月，公告廢止四區及縮減高屏 溪流域水源水質水量保護區範圍，總面積成為9,061平方公里，約佔臺灣面積之25 %。
地下水雖然也是自來水公司之重要水源，然而並未針對其取水井之地下水水源加以界 定及申辦劃定保護區。
水質保護區
行政院環境保護署依民國86年修訂之飲用水管理條例第五條，劃定飲用水水源水質保護 區77處，及飲用水取水口之一定距離範圍49處，總面積約3,577平方公里，約佔臺灣面積之10
%（駱尚廉，2001）。其所稱之飲用水水源為自來水及水質符合飲用水水源之地面水體和地下
水體（飲用水管理條例第三條及第六條）。飲用水水源水質保護區及取水口一定距離範圍內，
原有建築物及土地使用，經主管機關會商有關機關，認為有污染水源水質者，得通知所有權 人限期拆除、改善或改變使用；其所受之損失由自來水事業或相關事業補償之（飲用水管理 條例第五條）。
以上兩法劃定水源保護區之目的，均在保護飲用水之水源；自來水法之水質水量保護區 之劃定，是由自來水事業單位提出申請才辦理，主管機關處於被動；而飲用水管理條例之水 質保護區，則由主管機關主動評估劃定，因此尚可包括自來水事業以外之飲用水源，劃定之 適用範圍較大；惟水質保護區劃定工作起步較晚，而且目前以符合飲用水水源水質且為甲類 水體者為主要劃定對象，因此已劃定之範圍反而較小，並且大部分與水質水量保護區重疊。
地下水雖亦為臺灣地區之重要飲用水水源，然而目前尚未針對地下水體劃定水源水質保護 區；因此佔水資源供應量三分之一的地下水，仍然處於沒有受到積極保育的狀態下。
濁 水 溪 沖 積 扇 地 下 水 水 源 保 護 區 之 劃 定 步 驟
本文所稱地下水水源指的是地下水補注區；地下水補注區可從水文地質結構、地 下水流場和水質特徵等釐定其範圍；地下水補注水源，可利用氫氧穩定同位素之質量 平衡分析，評估各項補注水源所佔之比率（江崇榮等，2005）；地下水補注量，可利用
地下水位歷線分析方法評估（江崇榮等，2006）。經由上述研究工作，可充分掌握地下
水補注區、補注源和補注量，以及其在地下水區空間上之分布，據以劃分出主要補注 區，以為地下水水源保護區優先劃定之對象。
（ 一 ） 以 水 文 地 質 及 地 下 水 流 場 辨 識 補 注 區
經濟部中央地質調查所之濁水溪沖積扇水文地質調查研究總報告（1999）所描繪本區之 範圍較大，北以烏溪為界，向東延伸到車籠埔斷層，向南則擴大到北港溪略南，往西則延展 到地下水層推測尖滅之處，據以描述廣域之水文地質及地下水流概念模型；圖1顯示中部地下 水層（F2）邊界、地下水流場及剖面aa′、bb′、cc′ 之分布，地下水由東側台地、丘陵及河床 區向西側沿海區滲流，烏溪、八卦山脈、濁水溪及斗六丘陵均為地下水流源頭；圖2、3、4 顯示本區300公尺深度內之水文地質，由四層地下水層間夾三層阻水層所組成，阻水層向東尖 滅，扇頂附近各地下水層互相連通；補注區由北而南有八卦山脈、濁水溪河床及沖積扇頂區、
斗六丘陵等。圖5繪出上部阻水層（T1）由西向東分布之界線T1，以及各地下水層（F1、F2、
F3、F4）礫石層由東向西分布之界線，顯示沖積扇頂附近是以巨厚之礫石層為主所組成，約 在T1線以東之扇頂區各地下水層上下互相連通，因此扇頂區之降雨、灌溉水、河水之入滲形 成本區各地下水層之共同以及主要補注。
本文以沖積扇內，亦即平原區為探討範圍（圖6），不包括區外之八卦山脈和斗六丘陵；
並以資料較多之上、中、下部（F1、F2、F3）三層地下水層為對象；而各地下水層之共同補 注區位於沖積扇頂區，相當於圖5分佈於T1以東之乙級補注區。
（ 二 ） 以 地 下 水 氚 、 溶 氧 和 硝 酸 態 氮 輔 助 辨 識 補 注 區
氚為一放射性同位素，半衰期12.43年，天然氚由宇宙線之中子撞擊大氣層中之氮原子而 成，並與氧結合成水分子；大氣之氚呈一穩定的濃度值，臺灣地區大氣及降雨含氚之背景濃 度約3.0 TU；由於1952年到1962年間進行之大氣層熱核爆試驗，使大氣及雨水氚濃度從1953 年起開始急速上升，並於1963年到達最高約600.0 TU（Yu et al., 1998）。假設1952年前入滲補 注之地下水背景值3.0 TU至5.0 TU，於1992到1997年間取樣分析，因為經40多年的衰退，氚濃 度約0.3 TU到0.7 TU，而氚分析的精確度（precision）約0.1 TU，若以1.0 TU為臨界值，當水 樣含氚大於1.0 TU，可認定其應為1953年或更晚入滲補注之水，或至少混有1953年後補注之 水，代表該水樣取樣於補注區或其臨近。水中之溶氧主要來自大氣或水生植物。未受污染之 地面水，在25 ℃左右之溶氧濃度約8 mg/l（Mc Neely et al., 1979）。當地面水入滲補注地下水 後，往深處或下游滲流，因阻水層封閉及微生物及化學作用而漸被耗盡；因此地下水高溶氧 之分布區可顯示出地下水補注之位置。以0.5 mg/l 為臨界值，大於0.5 mg/l 表示顯著含溶氧 補注區之指標，小於此值則為含氧極微之非補注區。
雨水中之硝酸態氮（NO3
－
－N）一般在0.2 mg/l以下，未受污染之地面水常在1.0 mg/l以下
（Mc Neely et al., 1979）。由於氮肥及人畜排泄物污染土壤和地面水，可使補注區地下水之硝 酸態氮濃度遠高於1.0 mg/l ；地下水往深處或下游滲流，因阻水層封閉及微生物作用下，硝 酸態氮與水中溶氧幾乎同步被還原而迅速耗盡，基於上述特性，硝酸態氮可為地下水污染及 補注區之指標，高濃度之區域為被污染區，也是地下水快速補注區（江崇榮等，2005）。
氚、溶氧和硝酸態氮為示踪劑，三者均由入滲水帶入地下水層中，可指示地下水補注區 之分布；先以氚大於1.0 TU為條件，再以溶氧或硝酸態氮大於0.5mg/l 為附加條件來輔助劃定 補注區範圍，其界線如上部地下水層和中部地下水層之R1和R2線（圖6）；上部阻水層（T1）
為上部（F1）和中部（F2）地下水層之分隔層，T1線以東為主要補注區之初估範圍，面積約 273平方公里；至於R1和R2，則以氚、溶氧和硝酸態氮標示出的補注區範圍；兩種方法完全 不同，然而所獲界線卻相當一致，可互相驗證其合理性。由於上部地下水層被覆於中部地下 水層之上，地下水區內之垂向補注必先進入上部地下水層，再向下補注中部地下水層，受兩
為上部（F1）和中部（F2）地下水層之分隔層，T1線以東為主要補注區之初估範圍，面積約 273平方公里；至於R1和R2，則以氚、溶氧和硝酸態氮標示出的補注區範圍；兩種方法完全 不同，然而所獲界線卻相當一致，可互相驗證其合理性。由於上部地下水層被覆於中部地下 水層之上，地下水區內之垂向補注必先進入上部地下水層，再向下補注中部地下水層，受兩