觀點投書:水庫放水減濁,有用嗎?

2016-05-14 06:00

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透過翡翠水庫放水稀釋原水濁度,真的可行嗎?。(資料照,蔡耀徵攝)

透過翡翠水庫放水稀釋原水濁度,真的可行嗎?。(資料照,蔡耀徵攝)

去年八月蘇迪勒颱風襲台,原水濁度飆升至3萬多度,大台北自來水用戶使用到黃濁水九月杜鵑颱風來襲,原水濁度達1萬多度,造成淨水廠緊急停水。轉眼將進入颱風季節,類似情形可能再度上演,相關議題也引發討論,「水庫放水減濁」便是一熱門議題。本文擬從該議題切入,兼論濁水成因以及因應之道。

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台北市長興、公館和直潭三大淨水廠每日供應大台北地區約230萬噸用水,淨水廠的原水主要來自於新店溪源流之一的南勢溪,取水口設在直潭壩和青潭堰的蓄水區。翡翠水庫位於北勢溪之上,平常不做供水使用,而是在南勢溪水量少時作為補充水源。據報導,蘇迪勒颱風來襲,南勢溪的濁度飆升,翡翠水庫下游的北勢溪仍然清澈。

濁水成因,與水流特性息息相關。當流速低時,水的流動是平滑且穩定的,稱為層流。當流速增加,水流波動不穩定,流體質點相互混摻且運動無序,稱為紊流。南勢溪上游海拔約1300公尺,當降雨於上游處時,上游與下游之間的落差驅使水往下游流動,水流的重力位能克服部分摩擦損失後轉變為動能,流速逐漸提高而呈紊流狀態。豪雨也會沖蝕下游土壤,進入南勢溪的泥沙被高速水流攜帶往下游流動,形成滾滾濁流。因此,當降雨在上游、雨量大以及夾帶大量泥沙等三要件均滿足時,預期原水濁度會大幅飆高。

許多人認為翡翠水庫中有較乾淨的水,可透過放水稀釋原水濁度。經本文研究後發現,上述論點有諸多可議之處。

受到先前蘇迪勒颱風影響,如今只要開始下雨就會造成淨水廠水濁,讓柯文哲感嘆必須盡快解決上游水保問題。(取自柯文哲臉書)
先前受到颱風影響,淨水廠遇雨則濁,有人認為應透過翡翠水庫放水稀釋原水濁度,但真的可行嗎?(取自臉書)

首先,加水稀釋的作法主要應用在溶質可均勻溶解於水中之「真溶液」,例如溝渠中的可溶性染料即可加水稀釋其「濃度」。由於泥沙不溶解於水中,且因紊流的上舉力使泥沙懸浮在水中,所以濁水是一種「懸浮液」。加水稀釋濁度的作法,通常在製備濁度試樣時才採用,為了避免實驗誤差,測定前必須搖動試樣以維持懸浮狀態。原水減濁通常不採稀釋作法,而以沉降作用為主。當水流處於層流狀態且泥沙重量與阻力和浮力平衡時,泥沙以終端速度往底部沉降,原水濁度會逐漸降低。為有效沉降泥沙,必須盡量不擾動濁水,這與攪拌有助稀釋濃度的原理大相逕庭。

當水流處於層流狀態時,泥沙的沉降速度可由史托克斯定律(Stokes’law)推得。一般而言,粒徑愈大則沉降速度愈快,例如粒徑10微米的泥沙每小時可沉降0.24公尺,粒徑30微米的泥沙每小時可沉降2.16公尺,依此類推。假設濁水中泥沙的粒徑分布為10微米至100微米共十組,每組組距10微米,並假設取水閘門底部距離水面高度為10公尺,經計算取水閘門底部以上的原水濁度,在第1小時減少40%,第2小時減少60%,第5小時減少80%,逐漸遞減。以濁度1萬2000度及3萬度為例,分別在2小時和5小時即符合原水取用標準。原水進入淨水廠後,利用混凝劑使泥沙和水中雜質凝聚成小顆粒,使沉降速度更快,這也是利用沉降作用加速減濁的應用。

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