水利工程非萬靈丹

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

羅馬浴場：帝國先進的水利設施

水與都市衛生也有很大的關係。人類總是居住在河川、湖泊、湧泉等可以立刻取得乾淨水源的地方。但隨著文明的發展，人口集中的都市日漸發達，水源也因此逐漸短缺，於是發展出可大量供應乾淨水資源的設備——上水道。

所謂的上水道，指的是透過建造溝渠等方式，將水從郊外的湖泊或河川上游引進城市。

最早大規模建設上水道的是古羅馬人。他們不但整頓了上下水道、做出用水沖刷排泄物的馬桶，更驚人的是，他們甚至建造了公共廁所——考古學家曾在一處遺址裡挖掘出一千六百座馬桶。

從西元前三一二年至西元三世紀左右，古羅馬建設了許多上水道，從數十公里遠處將乾淨的水引進都市。當時以建造地下管線為主，不過也會用石材和磚塊建造拱型的水道橋；而且為了保持水質，還沿著主要管線設置蓄水池和過濾池。這些運送到市區的水，會分配至公共浴池、宅邸、公共設施，以及讓民眾汲水的噴泉。

古羅馬的公共浴池規模龐大，內部裝潢也十分豪華。一般來說，每座城市至少都有一座公共浴池，做為重要的社交場所。裡面設有專用的房間，由專人在身上抹油，並用木製或骨製刮板將身上的汙垢連同油脂一起刮除，以及不同水溫的浴池、蒸氣烤箱、健身房、圖書室等，民眾還可以在公共浴池內的講堂談論哲學和藝術。

高跟鞋、斗篷和香水 衛生觀念的倒退

然而，隨著羅馬帝國覆滅，大部分的上水道也遭到破壞。一直到中世紀晚期，不但上下水道長期不見天日，連公共廁所也消失了。當時的基督教教義認為，所有肉體欲望都要盡可能節制，裸體入浴是深重的罪孽。公共浴池就別提了，連自家也未設置洗浴設備，可說完全不具備衛生觀念。

這麼一來，城鎮會變成什麼樣子呢？

民眾在道路和廣場上隨意大小便。只能隨便處理的結果，使得排泄物滲入地下，導致病原菌汙染水源。

貴婦們身穿下襬寬大的長裙，就是為了方便隨地排泄；十七世紀初問世的高跟鞋，則是為了避免街上的糞尿泥濘弄髒腳而設計出來的——所以當時的高跟鞋不只是鞋跟，連鞋尖也會墊高。據說，當時甚至有鞋底高達六十公分的超級高跟鞋⋯⋯

另外，民眾會從二樓或三樓的窗口，將尿壺裡的排泄物直接往路上傾倒，所以外出時需要穿上斗篷，以遮擋這些「天上掉下來的禮物」。由於危險有可能隨時從天而降，當時的紳士才會養成護衛淑女走在道路正中央的習慣。

當時的人不太洗衣服，也完全不泡澡或沖澡。為了掩蓋體臭，有錢人會噴上大量的香水，香水工業發達的背後，其實是這個緣故。

乖乖照規定，才叫有禮貌

當時的人一旦感覺到便意，根本不在乎時間、地點，直接公然在外排泄。就連十七世紀的法國代表性建築凡爾賽宮，在早期的建設工程中，根本不包含廁所用和浴室用的水道設備。

宮殿裡，像是太陽王路易十四和著名的瑪麗．安東尼王后，他們所使用的都是坐式馬桶——臀部挖空的椅型便器，而排泄物就積放在下方用來承接的盆子內。當然，國王的馬桶不但鋪上了天鵝絨，還以金銀刺繡做為裝飾，是非常豪華的設計。

這個時代的凡爾賽宮，包含王公貴族、僕人在內，推測約有四千人住在裡頭，但宮中的坐式馬桶僅有不到兩百八十具，數量嚴重不足。因此，在宮中舉辦豪華絢麗的舞會時，愛乾淨的人還會帶著攜帶式便座，再由僕人負責將桶內的排泄物倒進庭園裡；當然，宮中的排泄物也一樣倒在這裡。至於未自備便器的人，則會直接在走廊、房間角落、庭園草叢裡大小便。結果，以美麗聞名的庭園處處充滿糞便，散發出嚴重的惡臭。

宮殿的庭園造景師見狀，非常憤怒，便在庭園裡插了一座「禁止進入」的牌子。一開始大家還不放在眼裡，直到路易十四下令要遵守立牌的指示，賓客才開始守法。

事實上，法語「禮儀」（uiquette）的原義就是「立牌」——最基本的禮貌，其實就是遵守既有的規定。而從這段軼事中，我們也可以預見，惡劣的衛生條件，必然為生命帶來重大威脅。

——本文摘自《世界史是化學寫成的：從玻璃到手機，從肥料到炸藥，保證有趣的化學入門》，2022 年 2 月，究竟出版，未經同意請勿轉載。

編按：今年3/31師大曾召開記者會，並發布新聞稿詮釋兩則師大學者參與的研究，惟因多數相關報導未說明兩項研究發現之關連性或差異性，筆者團隊重新訪問了黃婉如助理教授，並撰寫此稿以釐清科學事實。

當臺灣正面臨67年來最嚴重的旱災之際，北美加州在近年來也面臨了空前的旱象，當地政府甚至於今年度破天荒地開始進行限水措施。有鑑於各地極端氣候變異現象頻頻發威，了解其形成原因更顯重要。而國立臺灣師範大學地球科學系的助理教授黃婉如近期所參與的兩項研究，正是針對全球氣候變遷如何影響北美、臺灣近來的極端天氣現象做進一步的探討，其研究成果已分別刊登在英國皇家氣象學會的《大氣科學快報》與《國際氣候期刊》上。

猶記近兩個冬季，美國東部受到低壓的影響，飽受極端低溫的侵襲，如今美西也受上方高壓影響，正面臨百年大旱。黃婉如助理教授與美國猶他州立大學的研究團隊利用電腦模擬分析，發現在化石燃料造成的全球暖化影響下，將會增強上述大氣環流變異的強度，並造成北美的極端氣候變異加劇。此研究的主要作者，猶他氣候中心副主任、旅美臺灣學者王世宇教授認為，此研究最主要的貢獻，就是利用氣候模式所模擬的結果去找出影響北美極端氣候變異加劇的主要成因。

另一方面，臺灣正面臨大旱，也在4月份開始進行第二階段限水，那這樣的極端氣候變異與上述的北美大氣環流變異現象有關嗎？很遺憾的，北美與臺灣地區的大氣環流特性大不相同，無法直接作比較，但若從黃婉如的研究團隊在去年針對「過去20~30年間，臺灣5、6月(梅雨期)的降雨特性」所做的統計分析，也發現近30年來臺灣梅雨期的降雨型態有在變動的趨勢。研究發現，由鋒面所帶來的降雨天數逐漸減少，而午後對流的降雨天數與降雨強度則有增加的趨勢。目前，雖然無法直接解答此研究所發現的「鋒面降雨天數減少現象」與今年乾旱是否有關，但至少從天氣型態不斷變化來看，我們應正視氣候變遷對民生的影響。

從氣象局的網路資料可見，在臺灣一般將5、6月視為梅雨季，而梅雨期間臺灣最主要的降雨來自於在春夏交替時，因冷、暖氣團勢力僵持不下所形成的滯留鋒所帶來的降雨。而因每年冷、暖氣團勢力不同，滯留鋒出現的位置與時間並不固定，所以可能會往南或往北振盪、也可能會較早或較晚才開始影響臺灣。但就觀測資料發現，近30年來冷、暖氣團的勢力皆有向北移的趨勢。若由此推測，梅雨鋒面活躍處的位置應該也有北移的趨勢。倘若此氣候趨勢不變，則代表未來梅雨期間鋒面降雨對南臺灣的影響可能明顯較北臺灣小，而這對解決目前旱象並無幫助。此外，若再加上「強降雨事件增加，大水可能導致沖刷大量泥沙增加水庫淤泥」的考量，這方面也是不利於水庫蓄水。

總之，雖然我們對氣候變遷的複雜行為尚未參透，但對此必須呼籲各項民生相關單位應正視氣候變遷的相關議題，以因應趨於頻繁的極端天氣。

感謝支援本文的相關採訪工作的Pansci實習編輯張鳳茹、Xmallwolf協助！

本文同時發布於作者部落格地球故事書

延伸閱讀：

關於鋒面by氣象局

關於梅雨by氣象局

師大新聞稿：地科系參與國際研究 解釋極端氣候變異增強趨勢

文／羅智華

防水患需因地制宜

梅雨季鋒面帶來的連日大雨，讓台灣從南到北都降下了驚人雨量，許多低漥地區頓時成了「水鄉澤國」，而首善之區的台北都會區也不堪瞬間豪雨肆虐，就連熙來攘往的交通要道基隆路也頓時成了「基隆河」，不少人苦笑自己上班就像在「渡河」般辛苦，而眼看颱風季節又即將來臨，更多民眾擔心的是如何避免水患發生，不要讓「我家門前有小河」的窘況一再上演。

為何每逢大雨就成災？看到電視新聞播放一幕幕災區街道因大雨而成「水道」的畫面，讓不少受過水患之苦的民眾都忍不住質疑台灣水利工程排水成效究竟出了什麼問題，導致豪雨一來就「作大水」。

對此，成功大學特聘教授、同時也是水利及海洋工程學系主任詹錢登表示，ㄧ般人對水利工程往往都存有錯誤觀念與迷思，認為只要蓋了水利工程就可以「永保安康」、水患不會來敲門。事實上，這還關係到所降下的雨量多寡，以日前因鋒面影響而降下的豪雨來看，動輒超過 200 毫米的驚人雨量，即使是先進國家的水利工程設施都不一定能耐得住瞬間降下的暴雨。

他以之前發生的泰國水患為例，當時就持續好一陣子仍積水未退，相較之下，台灣的水利工程品質已經算是不錯，像「員山子分洪道」的完工就為基隆河打下重要的水利工程基礎，讓基隆河兩岸的淹水情況比過去改善許多，不會一下大雨就鬧水災。

「水利工程並非防水患的萬靈丹，而是要從多方面向整體考量才能減輕災情，」詹錢登強調，回歸基本面來看，水利工程目的是希望透過硬體設備的強化來提高排水能力、降低水患發生機率，但並不代表只要政府砸上百億元興建水利工程就能確保萬無一失，因為一旦降雨量超過水利工程承載量時，一樣有可能導致積水或淹水等問題發生。

他有感而發指出，要預防水患發生，並不是一味將堤防愈蓋愈高、或花大錢拚命蓋工程就可以，而是要保留公共低漥地、打造疏洪區，讓水有路可走；就像古早時代的老祖宗會在山林間打造梯田、水塘，讓大雨來臨時可以作為暫時的「蓄水池」，避免大水一下子就淹到民宅、造成傷亡損失。

而這樣的先人智慧也可運用在現代社會裡，對於地勢較地窪的地區要採取「非工程角度」來思考，因為「水往低處流」是亙久不變的真理，所以低漥地帶要規畫疏洪區讓大雨有「容身之處」，讓水不會立刻就往外流到市區、導致水利工程與防災規畫成效打折扣！

打造水患預警系統 規畫防災地圖

「防災規畫應該因地制宜，不能把所有地區都套用同一套防洪與防災標準，」詹錢登表示，每個地區地勢高低與地形環境各有不同，本來就應該視地形環境差異而量身打造，像台北本身由於是盆地地形，先天上就容易發生積水情況，因此保留疏洪區是不可少的基礎水利設施，像二重疏洪道的規畫就是將過多的雨水疏導至二重溪，流入大海。

詹錢登表示，「有時候水患不見得與硬體水利工程品質有關，而是人為因素所導致。」他以此次台北市文山區淹水為例，其主因就在於人為疏失，因為值班技工操作不當，將應該打開的水門關起來，導致大雨排不出去，造成涵管水壓太高而爆裂，形成淹水窘況。類似這樣的情況也意味著水利工程人員需再加強訓練，才能避免在緊要關頭出差錯。

而這也凸顯出軟硬體設備與資源雙管齊下的重要性。面對日益劇烈的氣候變遷與強降雨，相關部門在規畫水利工程時應該更有「遠見」，不能短視近利。他建議，政府當局應建立一套「防災地圖」，掌握每個縣市的低漥區有哪些，哪些區塊排水不良等，除了興建應有的堤防、擋土牆、水道工程外，建立「水患預警系統」亦不可或缺，他強調政府須把這些項目都一併納入都市規畫藍圖中整體考量，才不會陷入「顧此失彼」的窘況。

不只如此，推動防災教育、設計撤離動線亦是必要之務，他表示平日就要做好民眾與學生的防災訓練，讓大家可以預先準備才能「未雨綢繆」，了解水患發生時該如何安全撤離、有所因應，為大台北防洪計畫。

原文發表於人間福報 [2012-06-22]