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台湾水利

2020-04-09 21:01

概况

中国台湾省(简称台)位于中国海岸线的中段,为南海和东海的分界位置,地处119°36′~122°E、21°50′~25°22′N之间,隔台湾海峡与福建省相望。海峡两岸最窄的距离只有130 km,水深平均100 m,最深约200 m,东侧面临太平洋,海岸陡峻。台湾地区包括台湾本岛及周围属岛共有大小岛屿80余个,陆地总面积约3.6万km2,其中台湾本岛面积约3.58万km2,南北长度394 km(北起富贵角南至鹅銮鼻),东西宽度如果取浊水溪口到秀姑峦溪口的直线距离约140 km,台湾本岛海岸线长约1 139km。另有澎湖、金门、马祖三大岛群,面积分别为127、150.5、28.8 km2

地质与地形

台湾的地层,以第三纪海相沉积为主体。中央山脉东半部为中生代和古生代变质岩地层所构成,西部山麓地质区由第三纪碎屑岩层组成,东部海岸山脉地质区由新生代第三纪岩层组成。

由于受东侧海洋板块不断的挤压,产生造山运动,地表仍在不断隆起,根据14C同位素测定,中央山脉的上升率每年高达4~5 mm,因此本岛为一地质年代甚轻的褶皱山脉地区,岛内高山叠起,山脉的走向与岛的狭长走向近乎平行。中央山脉、雪山山脉、玉山山脉和阿里山山脉,与东部的海岸山脉合称为台湾的5大山脉,其中以中央山脉为主干,形成台湾岛的脊梁,也是台湾岛东西部河川的分水岭。地形起伏变化很大,且极为陡峭。岛内多高山少平地,其最高山峰玉山海拔高程达3 950 m,超过3 000 m的山峰达100座以上,海拔1 000 m以上的山区面积占全岛面积的32%,100~1 000 m的浅山丘陵台地占31%,100 m以下的冲积平原占总面积的37%。

气候和降雨

台湾位置介于全世界最大的欧亚大陆和海洋之间,北回归线通过海岛中部地区,属于热带和副热带海洋性气候区,受亚洲季风和岛内高山地形的影响,台湾的气候以高温、多雨和强风为特征。此三者随季节变化和区域的差异甚为明显。

平原的年平均温度高达22℃,4月份之后平均温度即达20℃以上,且长达9个月之久,其中6~9月为最热,平均温度在26~28℃之间,最高日气温超过30℃。从11月至翌年3月称为凉季或冷季,除山区外各地最冷月均温度多在15℃以上,平均最低温度亦在10℃以上。山区主体气候明显,随高程不同可具体分为热带、亚热带、温带和寒带4个气候区。

全岛多雨,多年平均年雨量达2 515 mm,山区多达3 000 mm以上,而最高地区可达6 000 mm。全岛降雨受季风和地形的影响很大,一般山区多于平原,东部多于西部,北部又多于南部。台湾的降雨主要有东北季风雨、锋面雨(即梅雨)、局部地形雨、雷雨、台风雨5种不同类型。台湾年降雨总量为905亿m3。各分区年雨量以北部区域最为丰沛(2 934 mm),东部区域次之(2 715 mm),南部区域又次之(2 501 mm),中部区域最少(2 081 mm)。各月降雨分配很不均匀,降雨多集中于5~10月,占全年降雨量的78%。

经济社会

台湾地区2000年末人口总数近2 300万人,比1952年增长1.6倍多,每平方公里人口密度达638人,城市人口占76%。产业发展均集中于台北、桃园、台中、台南及高雄等城市区。经济增长较快,历年平均增长率高于6%,人均国民生产毛额,由1952年约200美元,增加至1996年约1.28万美元,增长近65倍。产业结构迅速改变,20世纪50~90年代,农业生产降低至仅占生产毛额2.7%,工业生产比重提高至34.9%,显示该地区由农业社会转变为工、商社会。

水系及水资源

全岛大小河川共有151条,其中主要河川19条。以中央山脉为主要分水岭,多为东西流向,分别流入台湾海峡和太平洋。由于河川发源地势高峻,河川长度短促,比降陡峭,许多急流河川与海口多为卵石沉积。河川流量变化大,河川含沙量高,河道分叉,蜿蜒曲折,河床面积大,河川腹地甚广。最长的河川是浊水溪,长186 km,流域面积3 168 km2,实测最大洪峰流量达11 200 m3/s,流域面积最大的河川是高屏溪,长171 km,流域面积3 237 km2,实测最大洪峰流量17 900 m3/s(参见彩图Ⅲ—34)。

Ⅲ—34.台湾省水系及工程分布示意图

台湾可利用的水资源分为地表水和地下水两类。地表水包括河川、水库、湖泊、山涧溪流、池塘、伏流水及海水淡化等水源。主要的供水水源是自然取用的河川水、水库、池塘等调蓄水和地下水。年平均径流量为668亿m3,丰水期(5~10月)为514亿m3,占77%,枯水期(11~次年4月)为154亿m3,占23%。地下水天然补给量(台湾称补注量)1991年统计约40亿m3,地下水实际开采量已达到71亿m3。由于超采导致海水入侵,地层下陷,影响面积已达1 184 km2,占平原面积的11%。

水旱及地震灾害

台湾地区自然灾害严重,频繁难治,影响人民的生产、生活和生态环境。主要由于台风影响,暴雨(豪雨)导致泥石流、山地滑坡(山坡崩塌)、水土流失灾害,台风季节过后,冬春季节又干旱少雨,水利设施不济,造成农业干旱受灾。

据统计,太平洋产生的台风,1897~1991年的95年中,台湾遭受台风袭击340次,平均每年3.6次。一次台风的降雨量达数百毫米,有的高达1 000 mm,如1990年9月黛特台风大兴溪马太鞍站总降雨量为1 135 mm,1996年7月31日~8月1日的贺伯台风的总降雨量为1 374 mm(大湖山站)。历史上最大日降雨量曾出现过1 672 mm(阿里山)。由于集水面积小,河道陡峭,山洪急下,给下游地区带来严重洪水灾害。据统计,每年台风洪水造成的损失达60亿台币。

据水土保持部门1982~1989年调查统计,有2 535处崩塌地,崩塌面积为8 110 hm2,以台北县最多,有360多处,台南次之,有350处,宜兰县345处。在1906~1993年88年间,发生有感地震19 251次,平均每年地震219次。1900年以来台湾地区发生7级以上地震18次。

水利发展

治水历程

台湾水利开发历史较长,可划分为5个时期。

(1)台湾的史前水利。台湾史前文物遗址和早期平埔族生活考证,早期人们生活圈都远离高屏溪、浊水溪、淡水河和兰阳溪等大河流域。这与一般规律相反,其原因,一是台湾河川坡陡流急,河岸变迁频繁。二是“河道两岸因湿气过重,瘴毒猖獗,人多患恶性症疾或赤痢等症,致死者不计其数”。故早期台湾地区水流附近无居民生活。

(2)明清时代的水利。据台湾八堡水利会史记载:“清康熙四十八年(1710年)……灌溉东螺东堡(田尾)等八堡之农田。”后称八堡圳(渠)。由于该引水工程,促使浊水溪下游冲积平原成为台湾地区之农业中心。自清乾隆末年到清嘉庆、清道光年间,又陆续开圳道。清代末,“芝兰堡之埤圳发展呈现新貌”,并逐渐形成早期的繁荣景象,这与当时水利事业的发展密不可分。

(3)1895~1945年时的水利。日本侵占台湾50年中,由于台湾发展农业的需要,注重水利的开发,进行“改旧建新”,渐入“科学之治”。1939年第二次世界大战爆发,加上1941、1942、1943年连续3年灾害,堤防破坏、渠道田地损毁无收。20世纪30年代制定的全岛土地改良方案,拟新设工程51处,改良面积60万hm2,后因战事影响,仅完成1处。至1945年日本投降时,全岛灌溉总面积共有56.2万hm2。台北龟山第1座水力发电厂,是在1918年兴建的。第二次世界大战末期,水电设施遭轰炸及台风、洪水的侵袭,发电设备几乎全毁。1945年时大小水力电厂共有28座,装机容量221MW,实际供电能力尚不足65MW。

(4)1945~1949年时的水利。此间台湾主要是积极进行修复工作,包括防洪设施、灌溉设施、自来水设施和水力能源设施。截至1949年,修复及新建主要河流堤防工程的总长为63.5 km,丁坝278座;次要河流堤防工程总长12.5 km,丁坝19座。同时还进行了一些抢修工程,以利防汛准备。1949年全岛灌溉面积总计59.9万hm2

(5)1949年以来的水利发展。近50年台湾水利主要在5个方面有较大的进展。①防洪工程。其工程量与1949年比较成倍增加。截至1994年底,已有堤防2 254 km、护岸689 km、丁坝8 533座。②海堤工程。台湾四面环海,台风频繁,沿海低洼地区常遭潮浪侵袭及海水倒灌之害,为此兴建了海堤工程,至1994年底有海堤456 km、防潮堤97 km。③区域排水设施。在河川出口近海地段,设置防潮闸,防止海水倒灌,避免潮汐浸入,并兼顾排水。截至1994年,共完成改善排水路120 km、构造物296座,改善潮汐浸水面积4 980 hm2。④水库设施。截至1994年底,有大小水库37座,合计其蓄水总容量以完工当年计26.48亿m3。⑤地下水开发。地下水开发是以供应都市及工业用水为主,由于大量的开采,曾导致台北盆地发生严重的地层下陷。1971年公布了台湾地区地下水管制办法。据1991年统计,有水井206 509个,年抽水量71.39亿m3

水资源开发利用

台湾水资源利用早期以农田灌溉为主,20世纪70年代中期,农业用水量约占总用水量的90%。此后20年来,随着社会结构的逐渐改变,经济发展和生活质量的提高,工业和生活用水量迅速增加,农业用水量逐渐减少。据1993年各区域水资源供需情况统计,总用水量171.06亿m3,其中工业和生活用水44.55亿m3,占26%;农业用水126.51亿m3,占74%。上述用水指消耗性用水,非消耗性用水主要是发电用水。1993年水力发电总装机容量2 560 MW,年发电用水量约115亿m3;火力发电厂冷却用水量(淡水部分)仅为0.06亿m3,未计入工业用水量内。

水资源保护

河流水污染是台湾水资源开发利用中的重大问题之一。特别是1979年以来,随着经济的快速发展和人类活动的加剧,大量污染物被排入河川、水库、灌渠及地下水等水体中,导致河川水质恶化、水库与湖泊富营养化以及地下水水质盐化,严重影响水资源的开发利用,甚至危害人民的健康。

台湾有关部门的各类政策、计划和白皮书中都将水质保护列为重要内容,有关的研究、教育、整治计划、推广宣传也都在大力进行。其主要对策包括管理与技术两个方面,具体措施如下:①加强法制措施与管理稽查;②设立水源保护区,加强监测、管理与预防工作;③辅导养猪户解决畜牧废水污染问题;④加强下水道建设,减少生活污水污染;⑤研究土壤3级处理生活污水的可行性。

水灾害防治

为减轻台风及其引发的洪水、泥石流、滑坡及崩塌等灾害带来的巨大损失,在灾害防治上采取了一系列工程措施及非工程措施。

(1)工程措施。为控制水土流失,减少泥石流的发生,开展了集水区综合治理,包括山坡植树、崩塌地及岸坡防护工程,有阶梯式护岸、蛇笼及方形混凝土块保护岸基脚等多种形式;沟道建防沙坝、潜坝以及设排水沟等各种措施。通过对各种形式防沙效果的研究,采取分离泥石流颗粒,拦粗排细,能更有效地减小泥石流的峰值流量,从而降低了灾害程度。在主要河流上,则修建水库调蓄洪水,两岸修堤防保护广大平原地区不受洪水灾害。

(2)非工程措施。①在科学研究的基础上加强管理。对已发生的泥石流、滑坡及崩塌事件进行调查、分析和研究,对各种因素可能影响滑坡等的程度赋以不同权重,并加以综合得到各分区的综合指数,用综合指数来表示各地区发生滑坡等的危险程度并划出4个区域,进行相关的管理。绝对危险区(综合指数大于81),为不可开发区;危险区(综合指数61~80),为不宜开发区;潜在危险区(综合指数31~60),为尚可开发区;安全区(综合指数小于30),为适宜开发区。②建立泥石流、滑坡、崩塌预警、预报系统和防灾、救灾系统。对已发生过泥石流危险区域进行调查,并对其分布状况、地形特性、降雨及流量、沙量等资料进行分析,掌握泥石流与水文气象等因素的关系,制定泥石流防灾对策及预警、预报系统。③其他措施。对民众进行水土保持和环境保护教育、宣传活动,并进行防灾知识教育,提高全民的防灾意识。同时制定一系列法令、条例以保护山坡地的安全,最大限度地减少灾害损失。

农田水利

台湾农田灌溉面积最高曾达88万hm2,20世纪90年代后逐渐减少到约52万hm2,此占总耕地面积的60%,其中由农田水利会系统管理的灌溉面积约有40万hm2,其余约12万hm2由农场或农民自建系统灌溉。灌溉农田中水田约46.5万hm2,旱地约5.5万hm2。农业用水量:如1991年为135.5亿m3,占总用水量175.7亿m3的77%。其中农业用水中农田灌溉用水量约103.3亿m3,养殖渔业和畜牧业用水32.2亿m3。进入21世纪,农业用水量比例有下降的趋势。

台湾的灌溉工程大多直接自河川取水,少部分由水库供水。如1991年农业用水量135.5亿m3中,直接自河川的引水量占60%多,由水库供给的水量占24%,其余近15%取自地下水。农田灌溉引水渠首工程共有470多处,干渠1 036条,其中大部分自河道取水。早期的无坝引水渠道工程常于汛期遭受水毁,如今都已改造为低水头有坝引水枢纽(于河道一侧或两侧取水)。进水闸前一般都设置冲沙闸。在渠系工程中,干、支级渠道大多采用现浇混凝土衬砌结构。灌区内斗渠一级大多采用混凝土U形槽。

水土保持

土壤侵蚀主要存在水蚀和风蚀2大类。水蚀为主要侵蚀类型,分布广泛而严重。风蚀多发生在台风季节的干旱地区和沿海地区,约有18万hm2的农地遭受风蚀。崩塌、滑坡、泥石流为台湾具有重要位置的特殊侵蚀方式,常常与重力和水力共同作用形成物质移动,造成重大灾害。

水土保持措施。早期的群众性水土保持以蔗田修建梯田(当地称之为平台阶段)为主要措施。现阶段水土保持工作的重点主要有6个方面:①山坡地保育利用;②山坡地保育利用管理;③山坡地紧急防灾;④治山防洪;⑤集水区调查规划;⑥水土保持及集水区研究。

台湾的水土保持工作起始于20世纪50年代初。1958年“八七”特大水灾的发生,引起了台湾省有关部门及各界人士的重视,进一步认识到水土保持对防灾减灾的重要性,从机构体制到水土保持的工作任务和内容,以及水土保持的科学研究和教学工作,都得到了全面发展。1989年正式成立水土保持局,下设立6个工程所,分别负责其管辖区的水土保持工作。健全的机构使台湾的水土保持工作有了全面的发展。

水力发电

台湾的水能资源蕴藏量较为丰富。根据1996年发布的资料,全岛理论上的水能资源蕴藏量为11.73 GW,相当于电能1 027.3亿kW·h,可以开发的水能资源约为5.05 GW,只占理论水能资源量的43.0%。在可开发的水能资源中,已开发1.59 GW,正在开发320MW。据台湾电力公司1999年统计,水力发电厂36座,装机容量1.82 GW,抽水蓄能电厂2座,装机容量为2.60 GW。

港口建设与海岸开发

港口建设大体上可分成商港、渔港、工业港及游憩港等4类。商港:目前有基隆、高雄、花莲、台中等4个国际商港,苏澳、淡水、安平等3个辅助港以及马公、布袋等2个国内商港。1997年总装卸量约为5亿t,集装箱装卸量约900万TEU。渔港:现有渔港230处,泊地面积520 hm2,其中安全避风泊地面积390 hm2,约占75%,码头岸线总长约13万m。工业港:各工业港的规模与形态由各企业使用单位依据运作需求自行计划决定。已先后开发建设了兴达、永安、麦寮、和平等4个工业港。游憩港:由于本岛地狭人稠,陆上娱乐活动受到限制,海洋旅游的需求日益殷切。

海岸开发。到1992年止,已开发完成的海涂滩地面积超过13 000 hm2,另外在规划中或尚未完成的也超过17 000 hm2,其中尚不包括面积达5 000~6 000 hm2的深水港。随着工商业需求的增加,海岸地区开发加速。

水利管理

台湾水利管理工作正在逐步加强,运行机制日臻完善。大体归纳有以下8个方面:①加强依法治水;②健全水利机关组织功能;③改进水管理制度,促进水资源合理分配,包括制定节约用水策略;④坚持编制长远的科学规划和制定水利计划作业规范;⑤改进河川治理规范及管理制度;⑥分担水利建设与维护成本以落实受益者付费;⑦增加水利投资,总的投入已占全台基建总额的第2位;⑧重视科学普及与舆论宣传工作。

台湾水利机关(构)体制可分为水利主管机关、目的事业单位和目的事业单位主管机关3类。①水利主管机关:负责水利行政、政策、法规、管理、水利建设之督导及长期计划与重大计划之研拟和审核。另有地区(市)政府水利主管机关,主要负责地区水利建设计划之执行与管理。②水利目的事业单位:依据水利业务,水利目的事业单位分为家用及公共给水、农业用水、水力用水、工业用水、污染防治、游憩、水运等类。目前较大且较重要的水利目的事业单位包括各地农田水利会、自来水公司、台湾电力公司等。③水利目的事业单位主管机关:主要是水利目的事业单位的归口主管行政部门,如内政、农业、经济、环境保护、交通等部门。

展望

根据20世纪台湾地区存在的主要问题和21世纪社会经济发展的要求,制定了“台湾地区水资源纲领计划”和“水资源经理纲领计划”等,以推动台湾地区的水资源长期开发利用,配合防灾体系等关联设施及建立最佳经营管理策略。21世纪台湾的水资源事业采取软硬体设施配合,实现有机化,方能完全发挥水资源事业的功能,支援经济持续发展所需充足稳定的水源供应及水质确保,以促进水资源之保育永续利用。

(1)台湾地区水资源纲领计划。按照4个水资源区,再划分为18个用水区,拟定水资源开发供需方案,确定2021年需增水量,日用水量为798.7万m3,相当于年增水量约29.15亿m3

(2)台湾地区水资源经理纲领计划。主要是研究提供水资源经营管理的决策,促进水资源管理效率,即提供开发、利用、分配、水质管理及水资源营运等重要决策依据。21世纪水资源事业发展的重点在都市化,期使水资源事业的有机化,进一步达到永续利用的目的。

(3)水土保持工程与生态景观的配合。未来水土保持工程处理应结合生态、景观的需求,在规划设计方面注入更多的生态理念与美学的素养,以使水土保持工程构造物成为融合于大自然的艺术品。

(4)水能利用将在30条重要河流上开发小型拦河坝、小型水库,经济上可开发的水能资源约为259.23万kW,近期优先开发的有74处,装机容量为216万kW。

(5)整合并健全水利机关组织功能,着重解决:①解决事权分散问题。亟待加强水利主管机关行政协调能力及职权,以提高行政效率与政策功能。②设置水资源自然区域主管机关。水资源依其流域地形而形成自然疆界,在管理上常须跨越两个以上的行政区域,应设置水资源自然区域主管部门。③设置水资源仲裁机构。各地区重大水利建设,如水库、堤堰之兴建等,常牵动许多层面,影响深远且涉及民众之权益事项日渐增多,政府与民众之间的水利争端时有发生,亟须设立公正客观之民间仲裁机构予以裁决。

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