陳文福1,3 呂學諭2
摘要
沖積扇地層是台灣重要的地下水資源區，其中濁水溪沖積扇及屏東平原沖積扇群，估計 地下水占全台抽用量之80 %。飲水中含硝態氮所造成的危害，於高濃度（>10 mg/l）時可能
造成孕婦流產及新生兒藍嬰症（缺氧致死）；中濃度（1-10 mg/l）時可能會致癌。監測數據顯
示從1991年開始，濁水溪沖積扇扇頂的地下水含有中高濃度的硝態氮，因為扇頂區礫石層透 水性佳且缺乏泥層隔絕，易受農業化肥與生活污水滲入的影響。本研究整理1997－2007年於 濁水溪及屏東平原地下水區的監測數據顯示：濁水溪地區約10 %觀測井的硝態氮濃度偏高，
多位於扇頂補注區，曾超過環保署飲用水限值10 mg/l的井有：東和、坪頂、社寮、古坑、二 水、新光、田中等7口，其中又以新光及古坑井超過限值的次數最多。屏東平原約有32 %的井 硝態氮濃度偏高，其井數較多的原因為屏東平原扇頂礫石層的分布比濁水溪地區更廣。監測 十年間有四口井的濃度曾超過限值：萬巒一、建興一、泰山一及新庄一，又以建興一較嚴重。
本研究也發現：降雨及河川水的補注，因稀釋而使硝酸鹽濃度降低，但在乾季時、因土壤水 份蒸發，造成淺層地下水的硝酸鹽濃度升高。地下水往中下游流動，硝酸鹽因脫硝作用，濃 度降低至檢測下限以下。淺層含水層受硝態氮污染已是全世界所面對的嚴肅課題，台灣亦然，
並且台灣特殊的沖積扇含水層、其扇頂部份缺乏泥層保護，加上人口及農業活動密集，化肥 或生活污水可能進入含水層。目前許多沖積扇地區，其地下水仍是自來水水源之一，當局應 重視此區域性的污染。後續研究應擴大監測的樣本數，例如監測自來水水井及居民自有水井，
以瞭解居民飲用水的硝態氮濃度。
關鍵詞：扇頂補注區、濁水溪、屏東平原、地下水、硝酸鹽
1. 嘉南藥理科技大學溫泉產業研究所
2. 國立中正大學地球與環境科學系
3. 通訊作者，電子郵件：[email protected]
前言
沖積扇地層廣泛分布於台灣島山脈的東西部兩側（林朝棨，1957），是重要的地下水資源
區，其中以濁水溪沖積扇（或稱濁水扇洲）及屏東平原東側的沖積扇群最為重要，估計地下 水年使用量約50-60億噸，占全台抽用量之80 %（經濟部水資源局，1999）。扇頂補注區的地 層以礫石層為主，透水性佳但缺乏泥層隔絕，污染很容易隨地下水流動，在溶氧濃度高時，
水中含氮的物質常被氧化為硝酸鹽，導致地下水中硝酸鹽濃度過高（陳文福等，2003）。含氮
物質來源可能是農業化肥、生活污水、化糞池污水等。飲水中含過高硝酸鹽將對人體產生許 多危害，例如：硝酸鹽在消化道中被還原成亞硝酸鹽，於高濃度（>10 mg/l）時，可能造成孕 婦流產及新生兒藍嬰症缺氧致死；中濃度（1-10 mg/l）時、硝酸鹽為一氧化劑，可能會致癌
（Follett, 1989），目前我國環保署的飲用水水源標準之硝態氮限制濃度為10 mg/l。
沖積扇地層的地下水，通常由扇頂進入、往扇中及扇尾流動。地層中有許多元素會參予
氧化還原反應，例如：有機碳、溶氧、氮、硫、及重金屬（如鐵及錳），不但會形成新礦物並
且也會改變地下水水質。氧化還原反應通常有微生物參予及催化，因反應所提供能量有高低 差別，因此有些優先進行、有些較後（Chapelle, 2001）。以還原系列為例：溶氧還原優先進行、
然後依次硝酸鹽還原、錳還原、鐵還原、硫酸鹽還原、最後甲烷生成（Stumm and Morgan,
1981）。一般而言，剛補注入地下的水含有溶氧，往深處流動時，因無空氣接觸，漸被地層及
地下水中的耗氧物（例如有機碳）消耗，溶氧漸漸減少，水流越深或越下游（進入拘限水層），
還原系列依次進行，地下水質因此會有帶狀特徵分布（Champ et al., 1979; Chapelle, 2001）。
除了地下水環境外，海洋沉積物也有類似的現象，由海水-沉積物交界面往越深處，還原程度 越增加，氧化還原帶狀特徵依次出現，稱之為「成岩序列」（diagenetic sequence）（Froelich et al., 1979）。
溶氧及硝酸鹽帶通常分布在地下水的源頭補注區，含溶氧帶的地下水，溶解之亞鐵離子 較少，含氮物質（如有機氮及氨態氮）會傾向形成最終產物--硝酸鹽，以濁水溪沖積扇為例，
扇頂的觀測井如二水、田中、六合等井，都發現有中高濃度（>1 mg/l）的硝態氮（圖1及圖2）。
統計1956-2001年的數據顯示，田中地區地下水的硝態氮濃度，可能從1991年開始升高（謝永 旭，1994-2003；陳文福等，2003）。1997-2001年監測扇頂34口井也發現地下水中硝態氮濃度 界於0.47~17.8 mg/l，四年來呈穩定增加的趨勢，累積曲線中間值分別為：0.47、1.26、1.56、
1.82 mg/l，年增加率約為0.28 mg/l（陳文福等，2003）。本文的目的，為整理及分析近十年來
（1997-2007）的地下水觀測網監測數據，探討濁水溪沖積扇及屏東平原的硝態氮濃度分布與 趨勢，提供相關單位參考，呼籲國人重視此一污染問題，並提醒地區民眾應防範可能的健康 威脅。
研究方法
本研究使用的井為經濟部水利署及中央地質調查所設置的觀測井（經濟部中央地質調查 所，1995，1999；台糖公司地下水中心，1999-2004）。濁水溪沖積扇的觀測站井共有191口，
選擇其中位於扇頂補注區的22口，1997年至2001年為每年監測一次，2002年至2003年、為每 月一次監測，2004至2005則監測20口（其中兩口因鄰近施工而廢棄）、旱雨季各一次，2007
年的數據則是引用自農業工程研究中心（2007）的監測報告（表1、表2）。屏東平原的觀測井
總數有134口，其中43口的硝態氮較高，應屬於扇頂補注區，1998-2007年每年監測一次（表3）。 採樣法依照環保署公告「地下水採樣方法」(NIEA W103.50B)，採樣前需預抽三倍井水 (purging)。抽水時每隔5分鐘，記錄地下水之溫度、pH、導電度（EC）、水位、濁度，當抽出 三倍井管水後、或pH及EC值穩定 (pH±0.1、EC±5 %)，才停止抽水與採樣，並填寫現場採樣 記錄表。水樣以冰桶保存，於24小時內送回化驗室，硝態氮的檢測法為馬錢子鹼比色法（NIEA W417.50A），檢測下限為0.06 mg/l。
濁水溪沖積扇
彰雲地區含高濃度硝態氮的地下水主要分布於扇頂，氚定年數據顯示，都是50年內補入 的新水（劉聰桂，1993-2001；Liu, 1995；陳文福等，2003），同時扇頂補注區的地下水也含 有溶氧，含氮的化合物在溶氧的氧化下，轉變為硝酸鹽。根據地下水勘測隊（1957）的調查，
除兩口井外，本區硝態氮的背景濃度約在0.2 mg/l以下。又根據自來水公司的水質監測，約在 1991年後，田中地區地下水中的硝態氮濃度有明顯增高的趨勢，由小於2.0增加為6-10 mg/l之 間。
沿地下水流動至中下游，硝態氮濃度很明顯減低，例如在田中－田尾之間，地下水中硝 態氮由6.79-7.16 mg/l、驟降為0.12 mg/l或更低，往更下游，濃度都在0.2 mg/l以下（圖2）。此 現象應是地下水已漸進入硝酸鹽還原帶，因地層中有機質降解，致使水中硝酸鹽被脫硝作用 還原成氮氣（Stumm and Morgan, 1995）：
5CH2O + 4NO3
+ 4H+ = 5CO2 + 2N2 + 7H2O
若以濃度0.5 mg/l為界，高濃度硝態氮的地下水分布，在彰雲地區五個含水層中，以第一 含水層的分布最廣，達全面積的1/8，顯示越淺層、越接近補注源的地下水中含硝態氮濃度越 高（圖3）。
1997至2007年補注區20口觀測井，硝態氮濃度歷年變化如圖4。依不同水文地質區，可分 成四個次分區：彰雲扇頂、山區、雲林扇頂及斗六沖積扇。
一、彰化扇頂區：有田中、溪州、田尾、柑園及二水，以田中的濃度最高，平均約5-8 mg/l，
2003年1月至6月有明顯超過環保署飲用水源水質標準10 mg/l；其次為柑園及二水，二水井曾 在2000年時超過標準；溪州及田尾之硝態氮平均都在0.5 mg/l以下，可能因為已經進入硝酸鹽 還原帶。
二、山區井：有新光、坪頂、竹山、社寮，以新光及坪頂的濃度最高，平均約6-12 mg/l，
有7次檢測值超過10 mg/l。新光及坪頂井的深度都已進入頭嵙山層的砂泥互層段，其中坪頂井 的深度達186 m，含水層中泥層增多，對於地面水的補注應有阻絕的作用，另外其中的有機質 應能還原硝酸鹽，但此兩口井的硝酸鹽濃度卻非常高，可能顯示該地之含水層已有破裂。此 兩井位於八卦及斗六台地隆起之背斜軸，其含水層應存在破裂面，致使地面水能迅速進入較 深的地下水層。
三、雲林扇頂區井：有六合、烏塗、刺桐、西螺及石榴，以六合及烏塗的濃度最高，平 均約4-9 mg/l，接近10 mg/l，但仍沒有超過標準值。刺桐、西螺及石榴之硝態氮平均大都在0.5 mg/l以下，可能因為已經進入硝酸鹽還原帶。
四、斗六沖積扇井：有崁腳、古坑、溫厝、東和，以古坑的濃度最高，平均約6-12 mg/l，
有16次檢測值超過10 mg/l。其餘崁腳、溫厝及東和之硝態氮平均大都在5 mg/l以下（圖4）。
初步發現地下水的硝酸鹽氮濃度以旱季較高、雨季時較低，如古坑、新光、田中、坪頂 等，例如在2002年8-9月時其地下水位最高、但硝態氮的濃度卻最低（<5 mg/l）；2003年4-7月 時地下水位最低、但硝態氮的濃度有明顯的偏高（>10 mg/l）。可能因雨季時大量降雨，可沖 稀地下水中硝酸鹽氮濃度，但旱季時，缺乏雨水補注，若有高濃度的化肥及灌溉水流入地下，
則易形成較高硝酸鹽氮濃度的地下水（圖5）。
統計1997至2007年的監測數據顯示，補注區20口井硝態氮濃度最高可達23.2 mg/l（新光 一2007年），中位數於2000年時最高、為3.57 mg/l（圖6）。十年來曾超過10 mg/l的井有：東和、
坪頂、社寮、古坑、二水、新光、田中等7口，其中又以新光及古坑井超過10 mg/l的次數最多，
顯示其地下水受到硝態氮污染的情況最嚴重（表2）。
屏東平原
本區地層以多個沖積扇組成，地形由東向西降低，扇頂處以厚層礫石層為主，分別向西、
西北、西南扇狀展開，地層向西砂泥層厚度漸厚、層次漸多。地下水的流向，基本受到沖積
扇地層控制，流向有兩個主要分量，由東向西（沖積扇）及由北向南（由陸至海），合成區域
扇地層控制，流向有兩個主要分量，由東向西（沖積扇）及由北向南（由陸至海），合成區域