水文循環與洪水 < 摘自科學發展月刊374期 2004年 2月 6～13頁 >
森林被砍伐、地表上覆蓋不透水鋪面、與河川爭地，種種都市化的結果，
使得水源涵養能力下降；工業化的結果產生了大量的二氧化碳等溫室氣體，
改變了全球的氣候環境，這些因素都使得洪水的規模與頻率與日俱增。
作者：游保杉（國立成功大學 水利及海洋工程學系）
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水在大氣、海洋與陸地三大系統之間，以不同的形式移動，使得三大系統中
的水維持平衡。其中水從大氣以降水形式落至大地後，經由截流、窪蓄、蒸發
散、入滲、滲漏，然後產生地表逕流，匯集至河川而流入大海，最後又經由蒸
發返回大氣，形成水文循環。
在陸地上，從降雨到產生逕流過程的水文現象，即一般所謂的降雨—逕流關
係。水利工程師嘗試利用數學方法建立降雨—逕流模式，以模擬洪水過程。在
降雨—逕流關係中，每一個水文現象均與逕流發生的行為有關。簡單地說，水
文循環現象即為產生洪水的基本機制，當流域水文循環系統產生超量逕流，使
河川無法容納其流量時，即漫淹河川兩岸形成洪水。
http://www.epochtimes.com/b5/2/8/14/n208446.htm
二○○二年八月德國東部與南部暴雨持續，引發洪水，
至少有一萬七千人撤離薩克森邦，數十人被困在家中，
薩克森邦大部分地區的電力與電話線路中斷，德國火車
也停止駛入該區德勒斯登大站。
水文循環與水平衡方程式
海洋與陸地水體，因接受太陽的熱能而氣化到大氣，此一過程稱為蒸發；另
外，陸地上土壤與植物所含的水分也會氣化到大氣，則稱為蒸散。這些經蒸發
或蒸散作用（統稱為蒸發散）的水氣，被大氣環流傳送到大氣上層，凝結成液
態（水滴）或固態（冰晶）而形成雲。在適當條件下，大氣中的水氣會冷卻降
落成為降水。在降水過程中，部分水滴或冰晶在降落途中，會再度蒸發成水氣，
只有顆粒較大的水滴或冰晶有機會落到地面而形成降水。
http://www.nsc.gov.tw/files/popsc/2004_13/9302-01-02.JPG
水文循環圖解。（降水→截留、窪蓄、入滲、地表逕流→蒸發、
蒸散→ 凝結→ 降水，形成周而復始的水文循環。）
部分降水直接落在植物葉面、樹幹上而未能降落到地面的，稱為截留。降落
到地面的降水，部分又為土壤所吸收而入滲於地下，蓄存在地表下的土壤水，
部分繼續滲漏而形成地下水。超過土壤入滲量的雨水形成地表逕流，沿著地表
坡度向低處流動，填滿地面低窪處的窪蓄後，繼續向低處匯集形成河川逕流，
最後再流入大海中，繼續蒸發為水氣，重新開始水的循環。
當考慮一流域系統的水文循環時，降水就是此系統的輸入量。截留、窪蓄、
入滲與地下水是此系統的儲存量，蒸發散量與流出量是系統的輸出量。在一流
域內輸入量應等於儲存量與輸出量的和，水平衡方程式可表示為：
輸入量 ＝ 儲存量 ＋ 輸出量
（降雨量） （截留、窪蓄、入滲與地下水） （蒸發散量與流出量）
一般洪水模擬與很多水文模式，均依據此一水平衡方程式來設計。此方程式雖
然簡單，水文學家已歷經長久努力，從觀測到建立數學模式，以計算其中每一
項目，但仍很難做到精確的估算。主要原因之一是：影響水文現象的降雨、地
貌、地文、地表覆蓋或土壤地質等因子，均有顯著的空間變化特性，人類在流
域進行有限的點觀測所得資料，無法精確掌握空間變化特性。近年來衛星遙測
技術的發展日趨成熟，能夠提供較完整的空間資訊，水文學家未來或有可能較
為精確地使用水平衡方程式。
洪水是如何形成的
從水平衡方程式來看，發生洪水有兩種可能。第一種是水平衡方程式中的輸
入量（即降雨量）太大所引發，可稱為自然氣候條件造成的洪水。當自然流域
地貌與地文特性未受干擾，其截留、窪蓄、入滲、蒸發散與地下水的特性保持
不變，即該流域的水平衡方程式中，儲存量大致上維持固定時，如果發生超量
降雨，依據水平衡方程式，流域即會有大量的流出量，而形成洪水。
近數十年來，由於工業發達、物質生活提升，使得二氧化碳、甲烷、氟氯碳
化物等造成溫室效應的氣體明顯增加，導致現今全球氣溫有上升的趨勢，進而
影響降雨的型態。據聯合國跨政府氣候變遷研究小組二○○一年二月提出的研
究報告指出，未來氣候暖化對亞洲國家的傷害將特別大，土地將更為乾燥，颱
風、乾旱、洪水等極端氣候型態發生機率增加且程度增強。
http://news.bbc.co.uk/hi/chinese/news/newsid_1340000/13405292.stm
俄羅斯西伯利亞東部城市雅庫茨克，是雅庫特地區的首府，二○○一年五月
雅庫特地區發生了俄羅斯百年來最嚴重的洪災。
當然，全球氣候變遷與區域之間的關係，仍需進一步研究與確認，但臺灣在
幾年前，北部納莉風災、南部譚美風災及中部桃芝風災，都在各地形成百年難
見的災難性降雨。此外，世界各地同時均有異常洪水災害的發生。
該研究小組在同一期的研究報告中也指出，英國泰晤士河與塞文河到二○五○
年，因氣候變化因素，二到五十年重現期距洪水量大約增加 10～20％。其他
地區如希臘中部 Ascheloos 流域、北歐與孟加拉共和國的氣候變化，未來對
這些地區洪水的發生時間、延時或頻率等特性均有所影響。
http://www.gcc.ntu.edu.tw/20020509/liucm/index-1-STORY.htm
二○○二年八月捷克首都布拉格遭受多個世紀以來最嚴重的洪災。
發生洪水的第二種可能原因是水平衡方程式中的儲存量減少（即河川流域的
水源涵養能力降低）所導致，在相同輸入量下，因儲存量減少而增加流域流出
輸出量，這是人為活動所造成的洪水。
當人類活動干擾自然流域地貌與地文的特性時，比如流域土地利用改變與都
市化後，可能改變流域截留、窪蓄、入滲與地下水的特性，使流域水文循環的
儲存量（即水源涵養能力）減少，於是在相同的降雨條件下，因水平衡方程式
中儲存量減少，導致流域的流出量增大而形成洪水。台灣近年來不論在流域大
量種植茶、檳榔、高山蔬菜等經濟作物，以及都市化後建築物與不透水面積的
持續增加，均已明顯影響流域截留、窪蓄與入滲等特性，減少了對降雨的儲存
量，致使流出量增加。
< 待續 >
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