連喝水都奢侈的高昂代價 森林火災如何讓溪流變色 | 環境資訊中心

連喝水都奢侈的高昂代價 森林火災如何讓溪流變色

2021年07月20日
編譯:柳婉郁(國立中興大學森林學系特聘教授 )

美國進入野火季節。森林發生火災,除了空氣品質變差,附近居民的飲用水水質也有可能出狀況,丹佛市就曾為此多出一筆2600萬元的天價賬單。森林平日涵養乾淨水源、空氣與多種生態系功能,災害時方能彰顯出重要性。

美國有50%的飲用水源來自森林茂密地區,究竟森林大火如何影響水源供給,美國地質調查局(USGS)的科學家們對此做出解釋。

美國森林大火。圖片來源:U.S. Geological Survey(CC0 1.0)

美國森林大火後的殘跡。圖片來源:U.S. Geological Survey(CC0 1.0)

更大、更久、更嚴重 逐年增加的森林大火

近年來美國森林大火越來越頻繁,雖然森林火災是許多生態系統中的自然過程,在養分循環和其他生態相互作用中發揮著重要作用,但是在過去的幾十年裡,美國西部森林火災的次數、規模、嚴重程度和時間長度均大幅增加,且這樣的趨勢預計將持續下去。

美國西部森林火災之燃燒面積(英畝)
美國西部森林火災之燃燒面積(英畝)。資料來源:美國地質調查局。

光是在2020年,就有超過800萬英畝的土地——幾乎是康乃狄克州和紐澤西州的面積——因森林大火付之一炬;加州和科羅拉多州均有歷史上最大森林火災記錄;野火燒毀了奧勒岡州喀斯喀特山脈西側的分水嶺,然而該地區通常非常潮濕,很少發生火災。

全美國花費超過32億美元來撲滅這些森林火災,數千人被迫撤離家園。

森林緩慢過濾乾淨水,野火灰燼直衝入溪流

就一般水文學而言,森林是吸水海綿也是過濾器。當雨落在森林時,樹木和其他植物會利用水來生長和繁衍。樹葉和樹枝以及森林地面上的落葉層,在水到達地面之前攔截水,保護土壤免受侵蝕。當水到達土壤時,它會被吸收,然後緩慢釋放到溪流中,這有助於補充地下水含水層並降低洪水的風險。當水流過土壤和岩石時,土壤和岩石充當過濾器,去除污染物。許多森林流出的水只需要很少處理即可飲用。

森林火災(以下稱野火)使這些海綿與過濾功能降低。一場野火燒毀森林植被和落葉,導致更多降雨直接落在土壤表面。野火熱量會重新分配植被和土壤中的有機物質,土壤加熱也使土壤孔隙減少,吸收降雨能力降低。因此野火燒毀景觀後,大部分降雨不會滲入土壤,而是以徑流或地表流動形式迅速流過地表。


前:森林吸收和過濾降水能力提供足夠乾淨水源;後:火災後植被土壤性質和水流模式改變。圖片來源:USGS

美國森林大火。圖片來源:U.S. Geological Survey(CC0 1.0)

美國森林大火。圖片來源:U.S. Geological Survey(CC0 1.0)

快速流動的水吸收野火灰燼和沈積物並將其帶入溪流中。大雨甚至會導致破壞性的泥石流。以前乾淨清澈的溪流被灰燼、沉積物和燃燒的物質堵塞。受到空氣污染或採礦等其他干擾影響的森林中,隨著地表水流調動更多物質,養分和金屬濃度也會增加。

這些變化帶給水公司或水資源管理者相當大的挑戰,因為必須運用額外的處理方法,產生額外的成本,才能將這些水提供給民眾飲用。

地表水質受損 水庫也受害

沉積物、灰燼到地表水,會導致地表水品質受損、水庫儲存損失及水供應商與客戶高成本。包括:(1)濁度(沉積物)和硝酸鹽、磷、溶解有機碳和錳的濃度增加;(2)水庫中的沉積與優養化;(3)水處理效率降低;(4)溪流棲息地改變。

舉例來說,在1996年的布法羅河火災和2002年的海曼火災之後,大量沉積物被送到下游水庫,該水庫為科羅拉多州丹佛市及其附近的數百萬人提供用水。其後花費超過2600萬元疏浚沉積物,以恢復水庫的蓄水能力。2007 年的Zaca火災後,加州聖巴巴拉市的「水處理」成本增加60倍,從每年3.3萬美元增加到210萬美元。


左:1996年7月暴雨導致野火燃燒區域內侵蝕,使沖積扇沉積河支流口。圖片來源:RH Meade,美國地質調查局;右:森林火災後由地表流攜帶沉積物填滿降低供水能力。圖片來源:Doc Searls, CC

還有許多因素會影響流域內發生野火後水質問題,可能因素包括:坡度、地質和土壤類型、被燒毀的比例、燒毀嚴重程度、火災後降雨時間、數量和強度、燒毀區域與河流之聯通性,以及過去之土地用途。

有何解決方法與適應策略呢?科學家建議,水管理者確實可使用相關策略工具來減輕和適應野火影響。

潛在適應策略包括:(1)強降雨季前儲水槽外供水水庫;(2)當預測高強度暴雨時關閉進水口;(3)建立替代供水;(4)規劃和安裝預沉澱池,以盡量減少向水庫輸送侵蝕的灰燼和沈積物;(5)增加沉澱能力;(6)與土地和火災專家合作,處理相關燃料管理,以減少發生大規模嚴重野火的可能性;(7)安裝即時監測網絡,發送高降雨強度、洪水或高濁度警報,為暴雨期間水設施管理決策提供相關資訊。

參考資料