• 水環境生態工法篇

    < 第一章 > 自然生態工法簡介

    所謂生態工法即當人們採用工程行為改變或破壞大自然環境時,應遵循的自然工法,拋棄以人為本位之觀念,將萬物共榮共存於心,衡量既有生物與環境因子相互關係之維護與延續。例如:河川整治之馴化,不應該以犧牲所有河川原有之生命來換取,基於河川整治之功能下,採用生態工法,將可創造河川多樣性生機盎然之親水景觀空間,並滿足人類與萬物之需求。

     

    為保持生態環境之完整,以維持多樣化生物之生存權,需避免棲息地及遷徙路徑等破壞,在尊重當地天然條件,及人為設施與環境不相衝突前提下,穩妥適當導入人類在環境生活中為提供安全所利用的土木工程構造,均可謂生態工法。

    生態工法土石護岸取代混凝土(圖片來源:織臺灣水網)

    河溪生態工法思考模式(圖片來源:河溪生態工法,2004年出版)

    生態工法,又可稱自然工法,是基於對物種保育、生物多樣性及永續發展之體認,而提出的一種新思維和新的施工技術,其內涵包括揚棄因工程建設而阻絕生物遷徙、繁衍的不當措施,並提醒工程師在設計時,除須考量工程要求外,亦得兼顧生態系統之自然要求。

     

    近年來生態工法崛起,日漸受到大家的重視、推崇,並廣泛地應用,使開發工程都趨向於對環境保育之重視,加強原生地水土保持的強度,減低及預防天然災害之發生率,使自然生態環境能永續之利用。

    (資料來源:淺談河川整治生態工法-工程資訊)

    < 第二章 > 淺談河川整治生態工法

    由於臺灣具有特殊自然地理環境,水土保持極為不易,很容易造成坡地災害,臺灣的自然地理環境敍述如下:


    (一)地理位置:
    臺灣位於亞洲大陸外緣,環太平洋地震帶上,臺灣周圍離島絕大部分屬於火山島嶼,在地理構造上,臺灣島跨歐亞大陸板塊與菲律賓板塊,有甚多的活動斷層,由於板塊擠壓,地震頻繁,為地質較脆弱之地帶。


    (二)氣候:
    1、臺灣年雨量平均高達2,500mm以上,屬高雨量地區,民國98年侵臺的莫拉克颱風,更創下單日降雨量超過1,400mm以上的歷史紀錄,因此,臺灣是屬於降雨量及降雨強度上都很驚人的地區。
    2、根據統計資料,每年侵襲臺灣的颱風平均有3至4個,由於颱風引進西南氣流,帶來豐沛雨量,加上近年來極端氣候影響,造成的災損,更是年年攀升。
    3、土壤沖蝕效應與程度,與降雨量、降雨強度以及持續時間有著密不可分之關係。降雨量愈多、降雨強度愈大又持續時間愈久,土壤所遭受的沖蝕效應則愈大。​​

    臺灣雨量與河川流量比較圖(圖片來源:經濟部水利署)

    臺灣主要河川流域位置圖(圖片來源:經濟部水利署)

    (三)地形:
    1、高度:臺灣整體地形來看,平原約占1/4,丘陵及山地約占3/4,山地位在中央偏東,平原主要在西南部,西北部以丘陵及臺地為主。依研究統計,全島高度1,000m以上之面積約占31%,因此臺灣是一個高山的島嶼。
    ​2、坡度:坡度對於土壤沖蝕影響很大,坡度越陡、地表逕流速度越快、沖蝕力越強,所以臺灣為高坡度地區。
    3、坡長:臺灣坡地土壤的透水性,一般都不強,所以坡長大時,逕流的沖蝕力一般很強。
    4、坡形:坡面越崎嶇,增加土壤逕流量,對於土壤沖蝕作用越厲害。
    5、坡向:迎風之坡面通常沖蝕作用較大。

     

    (四)地質:
    臺灣約在400萬年前因造山運動及板塊運動擠壓,將海底沈積物推擠到海平面以上而形成,地質年代很輕。

     

    (五)河川:
    臺灣地區共有河川131條水系,主要河川21條,次要河川29條,普通河川81條及無數的野溪坑溝,由於受到地形影響,各河川流短水急,河川侵蝕作用力大,河川流量隨降雨而迅速漲落。

    綜上所述可以看出,臺灣因地勢陡峻,河川坡降急促,枯豐流量相當懸殊,所以在引水灌溉利用及防洪工程甚為不易。一般水利整治的設計規劃,常於河川上游集水區擇址興建水庫,在下游平原地區實施河川整治,堤防構築及配合區域排水系統。可惜早期興建水庫與河川整治,大多未考慮到河川生態保育,只著重於興建防洪堤以束範洪水,殊不知堤防讓民眾與河川疏離,難以靠近;另早期河川水利工程大多使用混凝土材料,著重於工程效益,往往忽略自然環境的協調及生物生存之考量,導致河川整治完後,呈現單一灰色調外觀及內涵,及造成原棲息河川之動、植物生態環境被破壞,不利於生存,最後逐漸消失,淪為河川生物之沙漠。

     

    近年來,民間的生態保育意識及觀念日益漸升,政府則全力推動河川生態保育及河川親水景觀美化工程。因此,生態工法之觀念大為推行,落實以出永續生態觀念為主的設計,以保存河川永續之生機及發展。

    (資料來源:生態工法應用於河川治理&淺談河川整治生態工法-工程資訊)

    臺東入船橋溪整治以大量混凝土施作導致生機盡失(圖片來源:聯合報)

    < 第三章 > 淺談河川整治生態工法

    為創造一個河川棲地多樣性的生態,河川治理重點在於增加生物的岐異度(多樣性),因此必須從河川平面及其縱、橫斷面形式的配置上,予以整體充分的考量,規劃原則如下:

     

    (一)確立生態基流量:
    河川生態基流量需考量流域集水區河川型態、水體、生物存活最小需求等因素,進而推估維持河川水路與河川生物共同所需之基礎流量。河川實施低水治理設計生態基流量,應在規劃及設計階段即導入河川生態工程理念,整合當地河川流域型態及動植物生態特性調查分析結果,併入改善工程考量內。
    (二)維持既有河道天然蜿蜒度:
    依據日本河川研究資料指出,天然河川蛇行長度約為河川寬幅8~20倍,河道應避免過度人工槽化或截彎取直,否則將造成減少蓄水、滯洪空間及降低下游洪峰到達時間。
    (三)河川護岸型式、高度、坡度與材質之選擇:
    基於工程安全條件下,應針對河川生物生長過程、植物根系、棲息環境特性等,選擇最適當之護岸種類。可以活用就地植生,採用粗糙性及多孔隙之護岸材料取代水泥鋪面,如石積護岸、蛇籠、原生植被、植岩互層法等,以營造適合生物棲息地之環境。​

    (四)營造河川廊道生態系保育空間:
    沿河向及河岸兩側緩衝帶,創造多層次之植栽景觀綠帶,提供民眾休閒遊憩之親水空間,兼具給予多樣性生物群生存空間。
    (五)營造多變化之水流狀態:
    創造兼具沈砂池之深淵,改變緩流淤積之淺瀨,透過適度改變流向及流速,提供河川多樣性生物群棲息環境,如河床木柵、木工沈床、蛇籠斜堰、潛壩、石塊堆置等設施。
    (六)減少河道阻礙性人工構造物:
    如水庫、溢洪堰、攔河壩及攔砂壩等。依必要性於河道阻礙構造物,設置適當魚道或魚梯,容許迴游性魚類之溯溪,維護魚類族群之生存繁衍。
    (七)避免非必要之混凝土鋪底工:
    改鋪以砂石透層,增加河底浸透性及生物膜之層次,以增強水域自然淨化之機能。

    (八)確保河川支流水路與主流之連續性:
    維繫河川之主流、支流、分流及水路流域網絡,尤其在河川主流與支流水路間合流部分,務必確保水面和河床間之連續性,若有主流與支流水路因應落差變化時,須設置跌水工,確保水生生物在水中自由游動,無受阻礙之慮。

    (資料來源:生態工法應用於河川治理&淺談河川整治生態工法-工程資訊)

    各種不同生態工法的河川護岸型式(圖片來源:網路截圖)

    彌陀區彌陀漁港海岸光廊(資料來源:高雄市海洋局)

    < 第四章 > 高雄市水環境改善運用之生態工法

    此次全國水環境改善計畫內,「鳳山溪都市水環境營造計畫-民安橋下游左右岸生態緩坡營造」工程,即運用生態工法,將原本水泥直立式護岸,設計採用植生緩坡護岸,以營造自然生態棲地,兼具美化河川及休憩景觀之效果,待工程完成後,不但可以降低淹水風險,更可形塑優質的水岸環境。

    在此次計畫中,延續鳳山溪上游已完成整治河岸,於下游段繼續整治,於88快速道路(民安橋)至中厝橋(寶華一路)左右兩岸執行整治。

    民安橋至中厝橋左右岸生態緩坡工程說明圖(資料來源:承造商鴻威工程公司)

    在不影響下游通洪能力原則,將原本混凝土砌作,生硬且陡直的水泥護岸,重新予以修築。左右兩岸採用1:2.5植生砌石打造生態緩坡護岸,可達到提供雨水滲入土壤,減少逕流量之效果,更可營造最接近自然生物棲地的環境,為鳥類、蝴蝶等提供食物來源和棲息地,並兼具美化河川,營造良好景觀效果。

    生態緩坡工程完工後模擬圖(資料來源:鴻威國際工程顧問股份有限公司)

    ​未來,本案工程完工後,可將治水工程結合周邊景觀,以及河岸綠地,營造出鳳山溪畔優質河岸休憩空間,以提供沿岸過埤里、保安里、南成里、中厝里及明正里等地居民優質休憩環境,提升民眾生活環境品質

    生態緩坡工程完工後模擬圖(資料來源:鴻威國際工程顧問股份有限公司)

    < 第五章 > 未來發展重點

    生態工法是為了在水利工程與生態保育間取得平衡,但並非百分之百符合自然,國內專家學者對生態工法有抱持樂觀態度亦有悲觀看法。國內對於生態工法的理論探討,或是本土性生態衝擊影響評估,還處於剛起步階段,目前臺灣河川生態保育的基本資料仍相當缺乏,水利工程人員在兼顧棲地保育之規劃設計上,亦無適當可依據之方式可供遵循。

     

    臺灣河川、溪流坡度與水流湍急程度遠大於日本與歐美等國家,淤沙量大,每年洪水期間,大量的淤沙隨波沖下,短時間內就把昂貴的人工設施淹沒或是損毀。
    ​生態工法運用於河川整治,是未來趨勢,生態工法喚起人們對生態保育與建設間權衡利弊得失之醒思與啟示,當工程進行規劃設計時,應朝多元性分析與綜合評量,並拋棄人定勝天、唯我獨尊的思考模式,尊重自然萬物共榮,順應自然法則,以「達到最大工程效益而犧牲最小自然生態之代價」,做為選擇方案之最高原則。

    然而,若只是一昧將國外經驗複製到國內引用,必定會面臨到是否適用問題,如未能審慎規劃及評估,屆時洪水來臨,將可能損失大筆公共工程經費,也喪失生態保育策略。因此「因地制宜」,找出適合本土化的生態工法便是當務之急,也是必須面對的迫切課題。

    (資料來源:生態工法-臺灣大學生物多樣性研究中心&生態工法的生態迷
    ​-談臺北市野溪整治(上) - 臺灣環境資訊協會)

    整治完成後的後勁溪,兩岸風光明媚(圖片來源:後勁溪整治網)