河流作為與自然和好的媒介

文:C.W. Kuo

兒時的小溪

小時候回屏東阿嬤家,都會去附近一條小溪玩耍,我蹲在灘地上,挖出一條水道,再拿木片做擋板,築起小水壩,然後欣賞著自己的傑作。過沒幾天,下了一場大雨,雨停水退之後,我跑去看看自己築的小水壩是否安好?結果我連那片玩耍的灘地都不確定在哪?遑論我那小小的水壩了。小小的我第一次感受到大水後的河灘地是會變動的。

但那條小溪還是容易親近,直到長大後有一天再回去,發現河岸被封上了水泥,坡腳還放了很多的水泥鼎塊。溪水依舊流動,但彷彿失去了生命力,自此之後,我就再也沒有下去玩耍。

你的家鄉附近也有這樣一條變樣的小溪嗎?

踏入河流研究

讀研究所一年級的暑假,我報名了一個營隊,我是小隊輔,活動其中一天要跟著教練帶著一群國中生溯溪。時值盛夏,我們泡在沁涼的溪水裡,走過淺灘,游過深潭,又從天然雕刻出的岩石溜滑梯溜下,體驗到被溪流擁抱的幸福感。

那一次溯溪之後,我決定碩士論文改作河流地形學(又稱河相學)的研究,原因很簡單,這樣我調查的時候就可以泡在溪水裡了。開始閱讀河流地形學的文獻後,才明白溪流中潭瀨交錯的變化是有其韻律的,河床的礫石就像是交織在樂譜上的音符,長短、形狀、排列都有其意義。這背後運作的物理機制,讓深潭可以維持深潭的樣子,成為魚類棲息與避難的家;讓淺瀨可以維持淺瀨的樣子,表面激盪出美麗的水花,底下成為魚類覓食的天堂。

我選了坪林一條美麗的溪作為我碩士論文的研究區,那個夏天如我所願的常常泡在溪水裡測量、撿石頭。十多年後的現在,我每年都會帶著一班小六的學生去這條溪走步道、看岩層、泡溪水。這樣的實察行程對我來說,也像是每年回去看看這個老朋友。

幸福的河流

小溪有吸引你親近的魅力,大河用它的壯闊包容萬物。在紐西蘭就讀博士班時,有一回和教授、同學前往南島野外實察,我們踏上寬廣的辮狀河,眼前是一望無際的壯麗河灘,腳踩著冰涼的河水量測流速,那河水來自於上游的高山雪水,凍到我的腳幾乎沒有知覺。另有一天早晨,教授帶大家到河岸邊,拿起本子念了一首詩,是一位詩人描寫眼前這條河的早晨景象,大家就這麼靜靜地聽著詩,看著河。人與河流間的關係,可以很親密。

另一次去了北島,教授帶著同學們,分組討論眼前這條河可以如何復育?探討著上游集水區的墾殖歷史、因發電需求興築水壩的影響、溪流裡的外來種魚類,還有濱溪植生的穩定功能。但其實當下在我眼前的,是一條溪水潺潺、景色優美的溪流,我心裡想著,這溪流狀況已經算是很好的了,你們竟然還想讓它更好?我想起我家鄉那無數條快被整死的溪流,覺得紐西蘭的河流真的很幸福。

溪流減法工程

回國後因緣際會進入了工程顧問公司工作,我們團隊主要是以河相學(河流地形學)作為理論基礎,協助機關(如河川局、林務局、水保局、農水署等),執行溪流生態復育方面的規劃。

早期機關以災害防治為治理的第一要務,故大量使用混凝土工法,讓許多流被水泥護岸、防砂壩、固床工鎖住,甚至變成「三面光」河道。近年來因環境意識的崛起、環保團體的積極行動,加上專家學者具前瞻性的建言,治理機關的思維亦逐漸轉變,開始朝向環境永續與韌性治理的方向前進。不僅新建的公共工程開始納入生態檢核機制,甚至已被水泥鎖住的溪流,開始被提出來進行構造物的調整,除了修復被破壞的生態環境,也是重新修補人與溪流之間的關係。

我們的團隊很特別,傳統的工程規劃是設計並加上人工構造物,我們則是反其道而行,說好聽一點叫做減法工程,說直白一點就是把沒必要的水泥都拆掉,包含堤防、護岸、固床工,都可以拆。拆除人工構造物並不是罔顧安全的拆,而是先清楚認識河流的自然營力條件,順應溪流的變化特性,讓溪流可以達成自然平衡。人不再與自然抗衡,而是學習調適。

以下簡單分享幾個我們團隊參與的計畫:

  • 河川廊道規劃(本案由中興工程顧問公司主辦)

河川治理或管理界線的劃設,須考量沿河既有土地利用,然而若未給予河川適當的作用與消能空間,工程可能受損,民眾亦可能因為受到堤防保護而產生安全感,增加土地利用強度,一旦發生超過保護標準的事件,可能導致更大規模的災損。河川空間若受壓縮,河川亦難透過其固有之河床地形發育(潭、瀨、砂洲等),發揮消能穩定的功效。

「河川廊道」係指自然狀況下,河川營力作用之沖淤變化範圍。劃設河川廊道及還地於河,是當前許多國家面臨極端氣候,河川治理與管理之重要潮流。我們團隊以河相學觀點出發,考量歷史廊道、未來變動範圍、主要堆積範圍與溢淹範圍,擬定河川廊道的劃設方式(如圖1)。期使河川空間在最少量的工程介入下,兼顧河防安全與環境生態、文化景觀等多重價值。

圖1. 曾文溪二溪河段之河川廊道範圍
  • 國土生態綠網之藍帶綠帶串聯(本案由觀察家生態顧問公司主辦,中興協辦)

水利署於108年與林務局共同簽署「國土生態保育綠色網絡合作協議」,共同構築生態合作平台、共享資源、推動河川生態廊道與國土綠網串聯,並加強跨機關合作,以達成水環境及國土生態綠網的永續發展目標。

作為生態藍帶的河川,因為水泥堤防與護岸的設置,成為生物移動的阻隔。我們團隊協助分析歷史影像,規劃河川廊道,並模擬改善方案前後的溢淹範圍與河川能量分布(圖2)。結果顯示局部堤防卸除後,河流可恢復原有自然辮狀河的寬度,兩岸農地可做為滯洪區,讓洪水分散消能。

生態廊道之改善,必須建立在河防安全之上。本計畫以生態廊道動物移動需求及河相復育為目標,提出堤防整體改善方案,並進行改善方案之水理模擬,提供主辦機關在方案評估上的參考,做為下一步工作推動的基礎。

圖2. 花蓮溪上游堤防改善前後河川能量分布
  • 都市溪流的重生(本案由經典工程顧問公司主辦,中興協辦)

台灣河川營造過往的做法,是先使用混凝土堤岸確保防洪之單一目標後,再以表面綠美化的化妝手法,企圖改善生態與景觀。由於混凝土面層不具有生態發展所需的粗糙度及透水性,在此基礎上的綠美化並無法真正符合民眾對多樣生態系與豐富自然景觀的期待。

本團隊參與之指南溪護岸改善工程之首要目標,即示範「防洪、生態、景觀:畢其功於一役」的設計手法。期盼能改善既有河相,復育溪流生態系,並結合周遭教育資源,營造人與生物都能共生共榮的水環境。本計畫導入近自然河川工法,運用自然材料重組護岸,營造多樣棲地。期待恢復河溪生命力,誘導民眾日常型親水。本團隊辦理空拍測量,執行水文分析與水理模擬的工作(圖3)。透過匯流口削高灘、瀨區營造以及河道蜿蜒的設計,不僅能營造出自然的濱水環境,亦能讓流速均勻分布,並削減洪峰。

圖3. 指南溪下游段保護標準情境之改善前後流速分布

溪流的分析工具

在規劃溪流復育之前,必須要先深入的認識該條溪流,不僅是現況的環境介紹,更須分析歷史演變的脈絡,了解人河關係的變化,才能正確提出所面臨的課題。另一方面,新興的測量工具,可以幫助我們獲取高精度的河道資訊;不斷進步的水理模擬工具,可協助我們檢視改善方案的成效。以下簡介幾項溪流的分析工具:

  • 歷史地圖與航照影像

中央研究院所建置的百年歷史地圖,可以讓我們一窺百年來的河道變化,例如辨狀河的河幅、蜿蜒河的流路變遷,都會被記錄下來,用來訴說河流的本質。1970年代農林航空測量所開始產製的正射影像,不僅呈現歷年的河床樣貌,亦記錄了人為開墾演進與崩塌地變化,也能留下極端災變的印記。透過較長的時間尺度分析,才能描繪出完整的河相特性。

  • 測量儀器與河道地形建模

    早期測量河道使用傳統的測量工具如水準儀、全測站,透過點位高程測量,以建構河道斷面與縱剖面的變化,較為耗時耗力且資料不夠細緻。近十幾年來許多新興的測量工具被應用到河川環境。如地面雷射掃描儀,可產製高精度的點雲資料,建構細緻的河床模型,適合應用在百公尺的局部河段。而搭載相機雲台的無人飛行載具UAV,透過序列相片的拍攝與航空攝影測量的原理,配合3D建模軟體,可建構高精度的數值地表模型與正射影像。若使用新型的衛星接收儀,甚至只要一人就可以完成河道測量,大大提升了測量效能。然而UAV影像會受植生遮蔽影響,新興的空載光達(LiDAR)則可以穿透植生,獲取地面高程。不同的測量工具各有其使用上的優勢與限制,若能善加綜合運用,就能精確掌握河川與兩岸環境的空間資訊。

  • 復育方案水理模擬

溪流復育方案多應用近自然工法,勾勒出美好的生態願景。然而防災的需求不能被忽視。傳統的防洪水理計算多使用一維模擬,近十年來二維水理模擬軟體日益精進,除了一般的流速、水深與溢淹範圍之外,亦能分析改善前後的溪流能量分布,用以說明在人工構造物移除後,使用近自然工法可達到沿程平均消能的功效,且不會增加受災風險。

與自然同工的溪流復育

近年來國際自然保育聯盟IUCN倡導「以自然為本的解決方案」(Nature-based Solution, NbS),透過NbS的推動,同時達到復育生態系與增進人類福祉的目標。面對溪流環境的惡化、生物多樣性的減少,以及氣候變遷下洪水與土石流災害的威脅,溪流復育行動除了美麗的願景之外,需以河相學的系統分析為基礎,才能實踐「以自然為本」的理念。若溪流復育規劃能順應溪流本質,並與自然同工(work with nature),便可達事半功倍之效。

台灣基於河相學的溪流復育其實算是起步不久,期待未來能有更多成功的案例。透過溪流的復育,讓人與自然和好。


台大地理系&所,後來飛去羊比人多的紐西蘭唸書,有空就帶家人到處玩,欣賞自然美景。目前在工程顧問公司服務,使用GIS、UAV、LiDAR等工具從事河流研究,但最喜歡泡在溪水裡撿石頭。