天花湖水庫引水道的地質風險分析



——公館鄉煤礦區破碎帶不適合作為水庫引水路線

天花湖水庫計畫中,最大的爭議之一在於引水道必須穿越公館鄉境內的煤礦區。這片區域正是獅潭斷層西側的破碎帶,其地質條件極不穩定,過去也因煤礦開採而留下許多歷史痕跡與安全隱憂。從工程、地質與長期維護的角度來看,將引水道設置於此,存在極大風險,值得社會審慎評估。

1. 破碎帶的地質特性

破碎帶是斷層活動造成的產物,岩層經過強烈擠壓與斷裂,結構鬆散、裂隙發達。煤礦能集中分布於公館鄉,正是因為煤層在斷層作用下暴露於破碎帶。然而,這樣的地質對於建設水利工程卻是極為不利:岩盤不密實、承載力不足、地下水易於滲流。

2. 滲漏與坍塌風險

引水道若通過破碎帶,極可能出現以下問題:

嚴重滲漏:水會沿著岩縫流失,降低水庫引水效率。

坍塌危險:破碎岩體支撐性差,隧道開挖過程中容易坍塌,施工安全無法保障。

地震放大效應:獅潭斷層為「活動斷層」地質敏感區,在斷層西側破碎帶中,任何地震都可能造成結構快速劣化,引水道的耐震性存疑。


3. 工程與維護成本高昂

在破碎帶中施工,必須採取大量灌漿、支撐與加固措施,初期建造成本將大幅增加。更嚴重的是,即使完工,隧道仍可能因滲水、沉陷與崩塌而需要頻繁維修,造成長期的運行成本與管理風險。

4. 前車之鑑與長遠影響

台灣過去已有多起水利工程因為地質不佳導致滲漏或維護困難的案例。如果天花湖水庫的引水道貿然通過公館煤礦區,不僅水庫效能難以發揮,更可能淪為「高成本、低效益」的投資,拖累公共財政。

結語

天花湖水庫的興建,攸關苗栗地區長遠的水資源規劃。然而,將引水道設置於公館鄉煤礦區(獅潭斷層西側破碎帶)是一項高度風險的決策。這不僅涉及工程安全,也關係到水庫能否真正發揮作用。與其在不適宜的地質環境中勉強推動工程,不如重新檢討路線選擇,尋找更安全、可行且長期維護成本較低的方案,方能保障公共利益。

在獅潭蓋水庫的優勢分析


苗栗獅潭地區的地形與地質特性,使其成為潛在水庫建設的理想地點。

1. 地勢高差大,利於蓄水

獅潭山區自仙山下來地勢陡峭,天然形成高差,有利於水庫的蓄水與水壓形成。陡坡可以減少水庫壩體的長度與施工成本,提高蓄水效率,同時提供足夠的重力流量,方便後續水資源的調配。

2. 重力水流運輸,降低能源消耗

規劃水庫後,水可沿既有水圳向北運輸至百壽,再轉至明德。利用地勢落差,水資源可以以重力自流的方式輸送,降低抽水或泵站的能源消耗,提升整體水資源利用效率,而且不必打穿山脈,架設引水道。

3. 地質硬岩提供相對穩定基盤

獅潭部分山區岩性偏硬,相對於西側有砂岩、頁岩和矽砂的區域,堅硬岩層可以提供較穩定的水庫壩體基盤,有利於水庫壽命與安全管理。

4. 經濟與區域發展潛力

水庫建設可帶動當地經濟發展,包括施工期的就業機會、材料採購及基礎建設改善。長期而言,水庫可結合生態休閒與觀光發展,吸引遊客,促進地方觀光收入,並提升獅潭在地區域發展的能見度與經濟活力。

5. 減少對矽砂礦資源的影響

相比西側矽砂礦集中區,水庫選址在獅潭山區高地或非礦產區,可降低對重要礦產資源的掩埋或破壞,兼顧水資源管理與礦產保護,達到經濟與環境的平衡。

6.水庫設在獅潭山區,可以遠離苗栗市區,減少對苗栗市洪災的壓力。

7.我們在後龍溪設置攔河堰,就可以把水沿著後龍溪往東送到獅潭,不需要鑽洞架設引水道,免除了引水道維修的困難。

結語

綜合地勢、地質、水資源利用及區域發展等因素,獅潭山區具有蓋水庫的多重優勢:高差提供良好蓄水條件,重力流運輸節省能源,部分硬岩提供基盤穩定,水庫建設可促進經濟發展,同時兼顧礦產保護。東側沒有砂岩、頁岩或矽砂,避免掩埋礦產資源,也降低工程與環境風險,這些優勢使獅潭成為水庫規劃的重要考量區域。

獅潭斷層西側:矽砂礦與破碎地質的兩難



苗栗天花湖地區的水庫爭議,除了涉及用水效益與環境影響之外,還隱含著一個深層的地質矛盾——矽砂礦與斷層破碎帶的重疊。

1. 獅潭斷層的地質背景

獅潭斷層是苗栗境內的重要逆衝斷層,其東側以泥岩、頁岩等為主,岩性相對緊密穩固;而西側則主要為砂岩層,其中包含大量可開採的矽砂層。這種構造差異,使得斷層兩側的地質條件呈現高度對比:一邊是相對堅硬且抗風化的地層,一邊則是疏鬆且易受侵蝕的砂岩。

2. 為何矽砂礦多集中於西側?

砂岩層出露:斷層活動使得西側的石英砂岩抬升並出露地表,形成可見的矽砂層。

沉積環境差異:過去的沉積作用,使西側堆積了較厚的砂岩層,而東側則因沉積環境不同,多為泥岩與頁岩。

風化作用加劇:砂岩質地較鬆散,經河川切割與風化後,容易形成矽砂礦床,進一步增加了開採的便利性。

因此,獅潭斷層西側自然成為矽砂礦集中分布的區域。

3. 矽砂礦與斷層破碎的矛盾

然而,這種「礦藏豐富」的優勢,卻同時隱含著地質風險:

斷層破碎帶:斷層帶本身岩層破碎,力學強度低,再加上矽砂的鬆散特性,容易造成滑動或坍塌。

侵蝕與崩塌風險:開採行為會削弱砂岩的結構完整性,加速地表崩塌與沖蝕,對下游聚落和水域造成威脅。

水庫壽命縮短:若水庫建於此區,矽砂在降雨沖刷下會快速進入庫區,形成大量沉積,縮短壽命。

水質影響:矽砂雖不具毒性,但細顆粒進入庫區,可能影響濾水設施與供水安全。

4. 政策與發展的兩難

經濟誘因:矽砂可作為玻璃、光電、半導體等產業的重要原料,具有高經濟價值。地方政府與企業對開採常抱有期待。

基礎建設需求:興建水庫被認為能增加供水保障,但若位於矽砂礦與斷層交會區,將面臨更高的維護與風險成本。

環境與安全:一旦採礦與水庫工程重疊,將使脆弱的地質環境承受雙重壓力,對生態與社會安全構成挑戰。


5. 未來思考方向

避開高風險地帶:基於地質安全,水庫工程應盡量避免設於斷層及矽砂集中區域。

矽砂開採規範化:若進行開採,應設立嚴格的環境與地質安全監測,避免誘發大規模崩塌。

多元水資源策略:與其寄望高風險水庫,不如提升區域節水、調度與地下水管理能力。

長期地質調查:建立完整的地質監測網,釐清斷層活動與砂岩破碎性的實際風險。



✅ 結論:
獅潭斷層西側的地質矛盾,正體現了「礦藏豐富」與「地質破碎」的兩難。若只看經濟價值或短期水資源需求,可能忽略了長遠的地質風險。苗栗天花湖地區的爭議,不只是水庫該不該建的問題,更是如何在天然資源與地質安全之間取得平衡的深層課題。

天花湖水庫引水道穿越斷層帶的潛在風險分析



天花湖水庫的引水道設計中,路線將穿越南寮斷層與大坑斷層。雖然這兩條斷層被判定為非活斷層,但其對引水道的安全仍存在一定的潛在風險,不容忽視。以下從地質與工程角度進行分析:

一、斷層帶的地質特性

斷層帶區域的岩層通常破碎且鬆散,與周圍完整岩層相比,強度明顯較低。當引水道貫穿此類地質帶時,管道可能因地基沉降或地層不均勻而產生破裂或滲漏問題。

二、地下水滲透與侵蝕

斷層破碎帶的孔隙度高,地下水容易沿斷層集中流動,可能導致引水道管壁局部侵蝕,增加淤塞與滲漏的風險。此外,水流沖刷可能加速管道磨損,影響引水道的長期使用壽命。

三、地震與次生效應

即使斷層本身不活躍,也可能受到遠端地震或鄰近活斷層活動影響,產生局部滑動、裂縫或變形,使引水道受力異常,增加破壞可能性。

四、施工與維護挑戰

斷層帶的地質不均勻,施工時易出現塌方或淤塞,需要額外的支護與防滲措施,施工難度與成本增加。後續維護也需長期監測,防止管道因地質變化而損壞。

五、防範建議

1. 斷層穿越段加強設計:管道加厚、使用耐壓材料,並設置防滲層。

2. 完善排水設施:引導地下水流動,減少對管道的侵蝕。

3. 地質監測與預警:定期監測斷層段的地層變化與地震影響,及時採取維護措施。

4. 施工技術提升:採用專門支護工法,降低塌方與沉降風險。

結論

雖然南寮斷層與大坑斷層不是活斷層,但引水道貫穿斷層帶仍存在地質、地下水、地震等多重風險。對設計、施工與後續維護提出更高要求,必須採取科學防範措施,以確保天花湖水庫引水道的長期安全與穩定運行。

天花湖水庫與矽砂淤積風險分析



位於苗栗頭屋的天花湖地區,是台灣重要的矽礦產區之一。長期開採矽礦,使得當地溪流攜帶大量矽砂,流域範圍廣、沙量巨大。如果在此蓋設水庫,將面臨嚴重的淤積與設備磨蝕問題。

1. 矽砂的特性與水庫影響

矽砂本質上是石英砂,硬度極高(摩氏硬度7),不同於一般泥沙。古人常用矽砂製作磨刀石或砂輪,即可證明其硬度和磨蝕能力。在水庫中,矽砂流動時,會像「無數微小鑽石」撞擊和摩擦閘門、溢洪道、葉輪等金屬或混凝土設備表面,長期下來容易造成磨損、剝落甚至破損。

此外,矽砂的沉積速度極快,會迅速填滿水庫庫容,降低有效蓄水量,嚴重縮短水庫的使用壽命。

2. 水庫面臨的設備與維護風險

閘門與溢洪道:表面被磨薄,密封性下降,增加維修頻率。

水泵與輸水管道:葉輪和管壁被磨損,效率下降,需頻繁更換零件。

取水口與濾網:易被矽砂堵塞,增加清理工作量。


簡單說,天花湖的矽砂不僅造成淤積問題,更會長期威脅水庫運行設備,增加運營成本與安全風險。

3. 可能的解決策略

若仍有蓄水需求,可考慮以下方法:

1. 上游攔沙設施:建造攔沙壩或沉沙池,減少矽砂流入水庫。


2. 分散式蓄水:以多個小型水池或地下水蓄水,降低單一水庫淤積壓力。


3. 保護性開發:限制上游開採量或改進開採方式,減少沙量。



結論

天花湖地區若直接建水庫,矽砂的高硬度與大量流入將使水庫短期內淤積嚴重,設備磨損加速,極可能「建了不久就要廢」。除非投入大量攔沙與維護措施,否則從工程與經濟角度看,這裡並不適合作為大型水庫的設點。

天花湖水庫與苗栗市的距離問題:一個潛在的城市威脅



苗栗縣近年積極推動天花湖水庫的興建計畫,官方主張可以增加水源供應,解決旱季缺水的困境。然而,從地理位置來看,天花湖水庫與苗栗市區的距離卻過於接近,這一點與台灣其他主要水庫相比,顯得格外突出,也因此帶來額外的安全隱憂。

天花湖水庫選址位於頭屋鄉天花湖一帶,距離苗栗市區僅十多公里。如果以水庫壩體潰決後的洪水傳遞速度來推算,短短幾十分鐘內,洪水就可能湧入苗栗市區,對人口密集的市中心形成直接威脅。

這種地理條件的特殊性,使得天花湖水庫並非單純的「水資源工程」,而是與城市防災安全緊密相關。

觀察台灣其他主要水庫,可以發現多數距離市區都有相對緩衝:

石門水庫:距離桃園中壢與桃園市區都有數十公里,洪水若發生,仍有相當的緩衝地帶。

曾文水庫:位於嘉南平原上游,周邊主要為農村聚落,與台南、高雄等大城市有一定距離。

德基水庫:深處台中和平區山區,雖然工程規模龐大,但周圍人口稀少。

明德水庫(苗栗):雖然同樣位於苗栗縣,但距離苗栗市仍有明顯間隔,且規模較小。

相較之下,天花湖水庫的位置幾乎緊貼著苗栗市,一旦發生潰壩事件,沒有足夠的地理緩衝來延緩洪水衝擊。

水庫壩體雖然在設計上會考慮地震、豪雨等極端事件,但任何工程都無法完全排除風險。尤其台灣位於地震帶,加上近年極端氣候日益頻繁,潰壩的可能性不能完全忽視。

若將一座大型水庫設於城市上游近距離處,等於把數千萬噸的水懸掛在市民頭上,這樣的設計必須經過最嚴格的安全評估與社會討論。

在這樣的條件下,應重新審視天花湖水庫的必要性與選址合理性。若水庫必須興建,也應考慮更遠離人口密集區的地點,以確保居民生命財產安全不會被置於高風險之下。

印度對煤炭氣化作為替代能源持樂觀態度

露天開採煤炭


煤氣化被認為是一種更乾淨的選擇;圖片來源:Sajal Bose
煤氣化被認為是一種更乾淨的選擇;圖片來源:Sajal Bose
活力
瓦斯化有多清潔
印度對煤炭氣化作為替代能源持樂觀態度
薩賈爾·博斯
發佈日期
:
2022年12月29日 上午12:13
隨著全球環境問題日益加劇,環保人士對化石燃料的使用感到憤怒。煤炭是人類活動所造成的氣候變遷的最大單一因素。燃煤造成了全球46%的二氧化碳排放量,並佔電力產業溫室氣體排放總量的72%。

然而,煤炭仍然是印度的主要能源。煤炭之所以成為首選燃料,是因為它供應充足且價格低廉。

隨著再生能源和清潔能源在減輕環境影響方面穩步發展,煤炭的多元化發展和永續利用勢在必行。與燃煤相比,煤炭氣化被認為是一種更乾淨的選擇。氣化有利於充分利用煤炭的化學特性。

利用空氣、氧氣、蒸氣或二氧化碳將煤炭部分氧化,形成合成氣的過程稱為瓦斯化。合成氣是由一氧化碳 (CO)、氫氣 (H2)、二氧化碳 (CO2)、天然氣 (CH4) 和水蒸氣 (H2O) 組成的混合物。在氣化過程中,煤炭會被吹入氧氣和蒸汽,同時在高壓下加熱。

與其他燃燒技術相比,該技術在環境方面更具優勢,因此逐漸被接受。煤炭轉化為天然氣後,很容易去除硫、顆粒物和汞等污染物,這些污染物可以被分離並進行商業銷售。

清潔氣體隨後可用於生產各種燃料,例如汽車燃油或暖氣燃油。但為了確保最佳製程效率,需要深入了解影響氣化行為的煤炭特性。此外,印度的煤炭氣化經驗有限。

氣候變遷目標

印度作為2016年《巴黎協定》的締約國,已宣布三項量化的氣候變遷目標作為其國家自主貢獻(NDC),例如到2030年將國內生產總值(GDP)的排放強度在2005年的水平減少33-35%;到2030年實現約40%的累計電力裝置容量來自非化石燃料能源;到2030年透過增加樹木和森林覆蓋創造25-30億噸二氧化碳當量的額外碳吸收。

為達成目標,印度煤炭部已主動採取行動,透過煤炭氣化技術利用煤炭,力求2030年實現1億噸煤炭氣化目標。印度煤炭公司已與印度三大國營企業(孟買電力公司、印度石油公司和印度天然氣公司)各簽署了一份諒解備忘錄。印度國家煤炭公司印度分公司也正在與孟買電力公司簽署諒解備忘錄。

西孟加拉邦、奧裡薩邦、恰蒂斯加爾邦、馬哈拉施特拉邦和泰米爾納德邦計劃建造地面煤氣化(SCG)項目,預計總投資3,500億盧比。印度煤炭部長普拉拉德·喬希表示:“建設SCG項目旨在減少外匯支出,促進自力更生,並充分利用本土資源。”

11 月,在啟動第六批商業煤炭開採拍賣時,財政部長尼爾瑪拉·西塔拉曼表示,由於全球能源價格(尤其是天然氣價格)不斷上漲,印度需要加大對煤炭生產和氣化項目的投資。

煤氣化適用於低灰分煤。遺憾的是,印度主要生產高灰分煤,因此可行性令人擔憂。此外,該方法尚未得到充分測試。
印度擁有約3,440億噸非焦煤儲量,其中約1,630億噸已探明。按照目前的消耗速度,預計還能維持五十多年。印度約80%的煤炭用於火力發電廠;90%的煤炭產量來自露天開採。

因此,如果印度能找到可持續利用這些儲備的方法,將大有裨益。此外,利用國內煤炭儲備變得更加重要,尤其是在印度缺乏原油和天然氣等其他燃料來源的情況下。這些燃料的需求分別高達82%和45%依賴進口。這使得印度面臨價格波動和供應不穩定的風險。

全球煤炭氣化市場分為北美、亞太、歐洲、拉丁美洲、中東和非洲。據報道,中國佔最高市場份額。過去,印度曾致力於將煤炭氣化用於化肥和鋼鐵製造。

「煤氣化適用於低灰分煤,」印度煤炭公司一位前董事長表示。 「遺憾的是,印度主要生產高灰分煤;因此,可行性令人擔憂。此外,這種方法尚未經過深入測試。」 這是一種相對較新的方法,尚待發展。為了鼓勵該行業發展,政府應該激勵私營部門,降低並合理化稅收結構,使其更具競爭力和可持續性。

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維護煤礦坑作為戰略儲備資源的重要性

挖煤礦



在能源轉型與低碳政策的浪潮下,煤炭逐漸被視為落後、污染的能源。然而,煤礦坑並不應該因此而被徹底放棄,更不應該因為其他建設計畫(如引水道或水庫工程)而遭到破壞。事實上,煤礦坑作為戰略資產,仍有保留的必要性與價值。

1. 戰略儲備資源

石油與天然氣雖然是現代工業與民生的主要能源,但皆面臨枯竭風險與國際市場價格劇烈波動。煤炭蘊藏量豐富、分布廣泛,一旦全球能源供應受阻,煤炭依舊能成為「最後防線」。若煤礦坑因引水道或其他建設而被破壞,等於永久喪失這項戰略儲備資源。

2. 保護能源多元化

能源安全的核心是多元化,避免過度依賴單一來源。煤炭雖非最佳選項,但作為一種可隨時啟用的後備能源,對國家穩定有其必要性。若礦坑遭破壞,不僅喪失能源後盾,也使國家在危機時少了一道防線。

3. 技術進步帶來新契機

隨著煤氣化、煤液化與碳捕捉封存(CCS)技術的進展,煤炭利用不再等同於高污染。未來若技術成熟,煤炭甚至有可能以更清潔的方式重新進入能源結構。此時,現有的煤礦坑將成為重要基礎,若過早破壞,將錯失再利用的可能性。

4. 避免不可逆的破壞

一旦煤礦坑被引水道或其他工程淹沒、切割,就再也無法恢復。這種不可逆的破壞,不僅失去能源儲備,也破壞了可能的文化價值、研究價值與經濟潛力。相比之下,妥善維護與管理煤礦坑的成本,遠低於日後能源危機下重新尋找替代方案的代價。

5. 國際經驗的啟示

德國、美國與中國等國家,都在不同程度上保留煤礦坑,不論是作為能源後備、產業轉型,或是文化教育資產。這些國家的經驗顯示,煤礦坑不是單純的過去遺跡,而是具有戰略與發展價值的資源。台灣若因引水道工程破壞煤礦坑,將與這些先進國家的策略背道而馳。


結論

煤礦坑是一項國家戰略資產,應該以維護與管理為原則,而非因短期建設需求任意破壞。引水道或其他大型水利工程若破壞了煤礦坑,不僅消耗了寶貴的能源後備,也可能造成文化與環境的損失。為了長遠的能源安全與國家利益,應優先考慮保護煤礦坑,避免因一時的開發而失去未來的戰略資源。

煤礦坑保留的戰略意義與國際案例



隨著石油與天然氣在全球能源結構中的主導地位,煤炭逐漸被邊緣化。然而,煤礦坑是否應該全面封閉,仍是一個值得審慎思考的議題。從能源安全、技術發展到文化傳承的角度來看,煤礦坑的保留具有重要的戰略意義。

1. 能源戰略後備

石油與天然氣皆有枯竭與價格劇烈波動的風險。煤炭雖然屬於高污染能源,但其蘊藏量豐富、分布廣泛,一旦面臨能源危機,煤炭仍能成為「最後防線」。因此,保留煤礦坑與相關基礎設施,有助於國家在非常時期維持基本能源供應。

2. 能源多元化保障

過度依賴單一能源將使國家在國際情勢變化中暴露於高度風險。煤炭雖然並非最佳選項,但作為一種相對穩定且可確保供應的能源資源,其存在能在能源結構中發揮「平衡器」的作用。

3. 技術發展潛力

煤炭利用方式已不再局限於直接燃燒。現代科技如煤氣化、煤液化與煤基化工,能將煤炭轉化為合成燃料或化學原料。若未來碳捕捉與封存(CCS)技術成熟,煤炭的污染問題將大幅減輕,甚至有可能重新成為能源政策中的重要選項。

4. 文化與教育價值

煤礦產業在近代工業化過程中扮演了關鍵角色。老煤礦坑不僅是工業遺跡,也是歷史與文化的見證。適度保留與轉型,可發展為礦業博物館或觀光資源,讓後代理解能源開發的歷程與代價。

5. 環境與安全考量

廢棄煤礦坑若缺乏管理,容易引發坍塌、積水與酸礦水污染等問題。因此,煤礦坑的「保留」並不意味放任,而是需要透過安全維護與環境監測,確保其不對周遭社區與生態造成長期危害。


國際維護案例

各國在煤礦坑保留與轉型上,採取了不同策略:

德國:2018 年關閉最後一座硬煤礦,但魯爾區煤礦被列入 UNESCO 世界文化遺產,並發展為觀光景點。同時,褐煤礦仍保留作為能源後備,甚至在能源危機時重新啟用部分煤電廠。

中國:持續利用煤炭並推動煤氣化、煤制油等先進技術。部分具有歷史價值的煤礦坑則轉型為煤炭博物館或教育基地。

美國:透過 Abandoned Mine Land (AML) Program 維護廢棄礦坑,避免坍塌與污染。一些礦坑被改造成資料中心、儲能設施或觀光資源。

日本:保留軍艦島(端島)等煤礦遺址,成為世界文化遺產;部分地下煤礦坑則改造成地震、岩土等研究設施。

波蘭與中東歐國家:仍依賴煤炭作為主要能源,部分廢棄礦坑轉型為抽蓄式儲能設施,兼顧能源後備與轉型需求。


結論

煤礦坑不應被視為過去的包袱,而應作為一種戰略資產妥善管理。透過合理的規劃,煤礦坑既能在能源安全上發揮後備作用,也能在文化教育、科技發展與產業轉型上展現價值。從德國的文化保存、美國的治理轉型,到中國與波蘭的能源後備,不同國家的經驗顯示:即使在低碳轉型的大趨勢下,煤礦坑的保留,仍然具有不可忽視的意義。





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