台灣濕地90年4月號第23期
人工濕地應用規劃與法治課題

國立中山大學海洋環境工程系/邱文彥教授

一、前言
「濕地」,指陸地與水域間經常或間歇被潮汐或洪水淹沒的土地,不但是「水」、「土」交界的重要推移區,具有特殊的物理環境,同時也是地球上生產力最豐沛的生態系統。如何保護、發揮和運用這些濕地的多樣性功能,近年來已經成為國際間重要的研究議題;尤其,濕地保護和水資源管理、生物多樣性等相關問題的結合,更備受重視。除了自然濕地外,近年來國外對於協助廢(污)水處理、調洪滯流、景觀休憩和生態復育之人工濕地,發展更為快速,成效更為顯著。我國對於濕地之相關研究向來不多,人工濕地之研究探討,更屬起步階段,非常值得深入研究,俾使各類類型濕地充分發揮其功效。本文旨在介紹應用人工濕地時,其規劃應考慮之基本要素,以及應用於台灣可能面臨之法制課題,供國內進一研究發展之參考。

二、人工濕地基本概念
自然濕地在美國某些地區當作廢水排放與收集的用地,至今已有超過一百多年的歷史。當人們開始監測這些接受廢水的自然濕地時,人們便開始認知到濕地淨化水質的潛能,因而逐步模仿,成就了人工濕地的研究熱潮。「人工濕地」是應用生態工程技術,以處理廢(污)水或彌補自然損失的人為設施,具有將污染物涵容同化(assimilation)及轉換的能力,也兼具自然濕地生態系統中物理、化學和生物間交互作用處理之特性,既不需能源輸入,也具有不必經常維護管理與自給自足等優點(林瑩峰,1999)。但是,一些人為活動不經意形成的濕地,也可能具有特殊意義。過去,陽明山國家公園管理處在竹子湖一處窪地填埋土地,希望闢建停車場,卻因民間保育人士發現該處有保育類植物「台灣水韭」,而引發是否為「濕地」的爭議。最後,陽明山國家公園管理處終於決定保留該一濕地,作為研究教育的場所(邱文彥等,1999)。因此,對於「人工濕地」的認定、保護利用問題,政府相關機關有必要格外審慎。

在經濟發展與生態保育兩種理念的衝突下,應用人工濕地以取得開發與保育平衡的作法,日漸受到重視。由於功能與目的的不同,人工濕地大致歸類為下列四種(Kadlec and Knight, 1996):

1. 水質處理為目的之人工濕地
無論是天然濕地或人工濕地,由於其中生物的分解或吸附等作用,對於淨化水質都有相當的功用。然而,如果任意將高濃度、高污染的廢污水排入天然濕地中,將可能超過濕地的負荷能力,而嚴重污染天然濕地的水質,造成野生動植物的死亡、棲息地的惡化,破壞濕地的生態平衡。但如能運用人工濕地的技術,不僅能淨化水質,還能有效去除高污染的廢污水。由於這種處理式的人工濕地能夠自行設計(self-design),同時兼具自然界的永續性(sustainability),因此具有成本花費較少和所需外加能量亦少的優點(Mitsch, 1993)。

2. 彌補自然功能之人工濕地
美國於一九七二年間制訂的清潔水法(Clean Water Act of 1972),第四○四條就已納入了濕地填埋開發利用的管理制度。依據清潔水法的規定,美國工兵署(Army Corp of Engineers)被授與濕地開發(permit)的審核發照許可過程,但環境保護署(EPA)則保留最終的准駁權。然而在真正運作時,聯邦與州各有所司,任何地主土地開發行為除了必須符合所有法令的規定,取得依據第四○四條的許可外,同時也應取得第四○一條的認證(certification)。根據美國的規定,地主要取得這些許可之前,應當避免對濕地造成不利的影響。如果衝擊無法避免,則需儘量減低對濕地的影響。過去美國傳統的作法,是以類似的濕地代替被填埋開發的濕地,因此通常選用同一地區或其他地區的濕地來替換,但較佳的情形為選取同一流域或生態系的濕地,來取代被填埋的地點,這些被選取的濕地較能符合原有填埋濕地的功能。然而這些代替作法雖然能維持濕地的零淨損失,但可能逐漸形成零散濕地,無法達到原有濕地的功能。然而較新的作法有所謂的「補償性銀行(mitigation bank)」的設置,以購買信用(credits)方式,集結鉅資後創造出更完整大面積的濕地。美國這套制度主要在追求濕地面積與功能的零損失,但制度的效果也激發了人工濕地的發展,創造人工濕地來取代因開發而造成無可避免的濕地破壞情形。然而補償性人工濕地(artificial wetland)是在非濕地地區開發之濕地,目的是用來創造或取代因為濕地開發利用而消失或惡化的自然棲息地(Katy-Cypress Wetlands Mitigation Bank, 1999; 邱文彥,1999)。

3. 調洪緩流為目的之人工濕地
調洪緩流,是利用河川流域內的濕地(如洪水平原),來調節洪流之控制手段。台灣有一些河口、洪水平原、高灘地和沿河魚塭等,應該具有作為調洪型濕地之潛力。然而,目前許多河川都以硬性堤防作為防洪的主要手段,使得使用軟性調洪措施的機會大為減低。但在另一方面,一些重大建設(如南部科學園區)因容易淹水,目前構想以闢建一作滯洪池來解決問題。此一構想應屬可行,但如果能結合暴雨逕流之控制、淨化、循環用水和生態保育之考量,意義更大。

4. 養殖為目的之人工濕地
養殖型濕地,目的在孕育生態資源及水產養殖而設置,主要的意義在生態復育或平衡,對於水資源管理的相關性,顯然較不直接。

上述四個人工濕地的類型中,國內外環境工程界一向較側重於水質處理式濕地的建造,因此相關文章佔參考文獻最主要之比例。至於以回復生態系統為主的彌補性濕地和調洪型濕地,在現有文獻中似不多見。因此,本文將盡可能補充,提供國內參考。

三、人工濕地規劃因素
由於美國各地普遍認知到濕地價值的重要性,因此聯邦方面為了保護濕地而制訂了一九七二年的清潔水法,奠定了濕地管理的基本母法。除了使用濕地應經許可外,開發者也必須採取彌補(Mitigation)的措施。這項作為,塑造了補償性人工濕地(artificial wetlands)產生的要件,使目前美國各地這類濕地的制度知名於世,對於破壞或劣化的生態環境,也發揮彌補的作用。

日本東京灣的「谷津干潟」和「葛西臨海公園」,以及大阪灣的「南港野鳥園」都是補償性濕地良好的範例。「谷津干潟」位於新習志野市,當年在填海造地時先預留一處海域,同時構築兩條渠道,以供潮汐進出漲退,並維繫留置海域之生命力。目前谷津干潟已經吸引可觀鳥種,不但成為觀賞教育之重要基地,也獲指定為「國際重要濕地公約」的保護區;這種填海方式,不是以「人」為唯一思考,而兼顧「生態」的作法,可說直接給予台灣填海造地的一種反思參考。「葛西臨海公園」也具有相同思考方式,填海塑造的公園,除了工程品質嚴格要求外,納入人文氣息(如防波堤設置汐風廣場),同時將水族館排水再予利用,創造「淡水」、「半鹹水」和「海水」三種野鳥棲息環境。大阪灣的「南港野鳥園」亦採相同思維模式,兼顧人與生態的考量。

目前台灣西海岸大規模的填海造地行為,對於生態環境已經造成難以回復的損失;即使環境影響評估有所謂「環境管理對策」或「承諾事項」,但多半只關切污染的防治,對於生態系統的回復或彌補,幾乎沒有作為。例如,今天彰濱工業區和離島工業區的興建,有廢水、廢棄物或空氣污染的考慮,卻無生態彌補之措施。因此,日本東京灣、大阪灣填海造地時有關人工濕地的生態回復工法,頗值得參考。
無論是那一種人工濕地的興建,最根本的原則是儘量與自然合一,亦即是「生態工程(Ecological Engineering)」方法的採行;此外,自然功效和管理維護,也必須一併考慮。茲將一般人工濕地之設計原則彙整如下:

1. 設計最小維護管理需求的人工濕地。人工濕地必須發展自行管理與自行設計的植物、動物、微生物、土壤基質和水量。因為人工濕地的自行管理與自行設計使得人工濕地自給自足減少成本。

2. 設計可以利用自然能源的人工濕地。例如河流中的營養物質流經人工濕地,由於營養物質自然沈澱,使得人工濕地獲得自然能源,有利於人工濕地動植物的生長。

3. 設計符合當地景觀環境的人工濕地。例如在洪水地區建造控制洪水的人工濕地來符合當地的景觀環境。此外,由於當地環境所引起的人工濕地植物疾病以及入侵的外來物種,將會造成人工濕地的壓力,使得人工濕地的生態功能降低,因此減少人工濕地植物的疾病與防止外來物種的入侵,將會使得人工濕地達到理想的生態功能。

4. 確認人工濕地的主要的目標。人工濕地的設計有多項目標,但至少要確認一項主要的目標與其他幾個次要目標。例如確認人工濕地設計的主要目標為廢水處理,幾個次要目標為彌補濕地的損失惡化、提供野生動物棲息地、洪水控制、娛樂教育等。
5. 強調濕地與水資源之關連性。尤其,人工濕地在水資源涵養、地下水補注和水源貯存等功能,應該予以強化與發揮。

6. 設計人工濕地成為生態交錯區。人工濕地可以當作陸域與水生生態系的緩衝地區,提供野生動植物的棲息環境。

7. 給予人工濕地自然演替時間。人工濕地能達到滿意的功能不是短期間的,而是需要經過好幾年直到人工濕地營養物質的停留時間或是野生生物的增加達到理想的狀態。因此,嘗試快速使得人工濕地達成生態功能的方法或是過度的管理最後終將失敗。

8. 人工濕地應兼具其功能與景觀。人工濕地宜兼顧與周遭景觀之協調配合,但其功能亦甚為重要。假如引進人工濕地的動植物生長失敗但人工濕地的整體功能卻達到起初設計的目的,這個人工濕地不能稱為失敗的人工濕地,因為人工濕地有些功能是我們所不能預期的。

9. 人工濕地不要有太多的工程設計。生態工程設計的人工濕地是模仿自然生態系統,因此不要有過度的工程設計。

由於人工濕地是人造的濕地,經由人類的設計、建造和管理,來模仿自然濕地的功能,達到污廢水淨化再利用或是補償因開發而損失之自然濕地的功能。然而在人工濕地設計之初,最初的步驟便是基地的選擇。選擇適當的基地環境可以增加人工濕地建造成功的機會,而且可以瞭解與克服在人工濕地建造所面臨的困難,避免不切實際或者非常昂貴的基地。基地評估的過程包括土地獲得、建造需求與經營管理成本費用。基地評選的因素則包括土地使用現況、管理權屬、地形、地質、水文、土壤、土地使用與擁有者、氣候和生物(Hammer, 1997)。

基地的地形地質,也會影響到人工濕地興建與維護的成本。除了彌補自然損失的濕地外,一般濕地的基地地形如果不平坦,即需增加整平基地所需的費用。因此,人工濕地的設計與規劃需要對基地進行正確、詳細的地形勘測。有些時候,適合某些植物生長的最高和最低海拔高度,以及坡度等,都需要了解。基地坡度如果太平坦可能會造成基地表面排水不良,進而導致基地淹沒,河口地區則可能有高鹽度入侵,對海岸濕地植物的生長有不利的影響。至於基地地質需要評估的項目,包括岩盤(bedrock)的性質與深度,以及基地地質的特性。選擇適當的基地地質會降低人工濕地興建的成本以及增加興建的可成性。

選擇適當的基地土壤是很重要的。基地土壤的評估包括土壤的種類與成分、分佈區域與深度。重要的基地土壤因子包括土壤中砂土、黏土、礫石、有機物質成分、顆粒大小、滲透性、侵蝕性以及化學性質。砂壤土可以提供植物生長極佳的條件,有利植物的生長。

此外,水文為主要的因素決定植物物種的分佈地帶以及濕地其他特性。濕地植物與水深和水體覆蓋之關係非常密切。目前國內研究的去污植物,最常見的為蘆薇、香蒲、布袋蓮、水芙蓉、空心菜等。此外,地下水補注和地表水(河川、逕流)補充與濕地的穩定性具有密切之關係。天然濕地在水文、土質和蒸發量之間,一定維持相當的穩定條件,但如果其中一環遭到阻滯,濕地極有可能加速其「陸化」現象。很多人工濕地之闢建,經常選擇地下水位較高之處,原因即在接近飽和濕度之土讓,以及穩定之供水來源,才能事半功倍,終年濕潤新闢濕地。

在海岸地區,為了建造成功的海岸人工濕地,擬建之基地必須有足夠的潮水流動和補注。而基地的水文主要是受到海拔高度、地形坡度和潮汐變化所影響。海拔高度、坡度和潮汐變化決定基地的潮間帶範圍,這些因素決定基地淹沒的程度,基地能否建造為一個成功的人工濕地。海岸或河口地區,潮汐變化將會是一項重要因素。潮汐的漲退潮,潮水流動決定基地的潮間帶面積,沈積物、營養物質與有機物的輸入與輸出以及植物的生長分佈地帶。基地有規律的漲退潮,適當的潮水流動與淹沒期間可以幫助沈積物、營養物質與有機物的輸入輸出和植物的生長,此種基地環境比較容易建造成功的海岸或河口之人工濕地。此外,強烈的波浪會影響海岸或河口人工濕地的建造與長期的穩定。波浪會影響人工濕地植物的生長,太強烈的波浪會造成植物的傷害,使得植物不容易生長。因此,在選擇建造海岸或河口人工濕地得基地時,應當避免高能量波浪的基地環境(Kusler and Kentula, 1995)。

成功的人工濕地依賴適當的水文條件。濕地水文(水深、週期、期間)決定人工濕地水體有效利用、營養物質的有效利用、有氧或厭氧的人工濕地土壤環境、土壤顆粒大小與組成,以及人工濕地相關的環境條件,例如濕地的水深、水化學(酸鹼值、土壤氧化還原電位)以及流速等。人工濕地的水深、淹沒週期與時間,同時也決定了人工濕地的植物物種。人工濕地不同的水深將造成不同的植物分佈地帶。因為人工濕地深水地區使得氧氣不能到達濕地土壤介質,影響植物的生長;人工濕地水深也會影響光線的滲透與植物的光和作用。相同的,土壤被水淹沒的週期、時間與季節性也會決定人工濕地的植物物種。許多挺水性的植物在生長期間需要一段低水位時期,然而在植物非生長季節,人工濕地水位的降低就不是那麼重要(Hammer, 1997)。

水質因素影響植物物種的選擇,水質因素包括清澈度、酸鹼值、鹽度與溶氧量。人工濕地水的清澈度對沈水性植物相當重要,假如水質太混濁就會限制光線的滲透與植物的光和作用,影響沈水性植物的生長,在此種情形之下,人工濕地選擇的植物物種以浮水性植物較適合。土壤或水的鹽度也會影響人工濕地植物物種的選擇。在含鹽的河口或海岸環境中,我們應當選擇耐鹽性植物。

由於河川流域屬動態性十足的地區,生態環境甚為敏感,因此構築和運用人工濕地應有較完整之考量;換言之,此時無論何種人工濕地的構築,應兼具污染防治和生態保育的雙重績效始稱上策。總體而言,人工濕地應以其定位為重要考慮,亦即應確立其處理對象與目的,再考慮其水質水文背景,其後才進行相關設計的研討。有關濕地設計因素方面,依據回顧之參考文獻,包括:區位、法規、成本、環境衝擊、效益、附加價值或其他等因素。基於上述相關因素,未來人工濕地之設計方案,是必須進入討論土壤介質、規模大小、植物種類、水文條件、維護管理、配置區位和其他相關環節。俟提出不同設計方案後,才予以實施。當然,這項計畫應著重維護管理問題和持續之監測評估。

世界各地對於人工濕地之研究,事實上是「邊做邊學」,從逐步實驗中獲得寶貴的經驗。因此,除非有絕對之保握,通常都先進行小規模之比對實驗,以瞭解不同之水流、污染物、結構設計、栽培植物和去污效果之差異,作為改進設計之參考。在此一構想下,將一宗較大基地分成許多小區塊(Cells)的方式,進行交叉比對的研究,成例甚多。在另一方面,人工濕地若須分階段或視廢(污)水特性,而須設計不同深淺、大小或處理階段之各宗濕地時,也經常以不同串連的配置方式,使處理效果益臻理想。這種分區進行處理的配置方式,也兼顧到一定時間輪替維修之需要。

四、人工濕地相關之法制課題

人工濕地應用於台灣,主要將牽涉水污染管制法規。我國「水污染防治法」的基本精神,是禁止廢(污)水未經處理逕行排放。工廠廢水將人工濕地作為處理設施之一環,是否可行?換言之,當前將人工濕地應用於台灣,最主要面臨之課題至少包括:

1. 法規究竟有否禁止。事實上,我國水污法並未有明確規定禁止人工濕地之應用。但因為人工濕地屬新興的概念與技術,國內法規尚未有詳細之規範,因此造成行政管理諸多疑義,主管機關也不願正視此一新興生態工法,而怠於有所突破。因此,當前重大的課題是爭取更多人對於人工濕地之了解,同時釐清或增定相關法規,以利推廣。

2. 取樣排放口位置之決定。事業廢水排放口的濃度,一向是有否違法的判斷依據。如果人工濕地作為廢污水處理設施的一環,且其功能確能有效改善放流水水質,主管官署又何樂不為?因此,水樣採取時,法規宜有補充規定,得以人工濕地出口作為取樣口,以資鼓勵。

3. 底層應否舖設不透水布。環保主管機關最關切的焦點,除廢污隨意排放入地表水體外,對於土壤及地下水亦極為關切。因此,人工濕地對於此一部份應有所關切,除應與「土壤及地下水污染整治法」整合考慮外,對於有毒性、重金屬等之廢污水,可能須予以規定,促使其舖設不透水布。

上述法制課題,應該專題研議,儘速尋求解決,否則人工濕地不易在台灣獲得重大之進展。

五、人工濕地應用之契機

台灣下水道系統普及率甚低,廢污水直接排如入河川,以致河川污染十分嚴重。未來如果能選擇適當地區,借助人工濕地之建造,應可有效改善河川水質。以現況而言,流域內較具有人工濕地闢建可能性的地區,應包括:

1. 一定面積的河岸高灘地。一定規模之高灘地應可以建造人工濕地,改善河川水質。但本部分仍須注意生態環境基本資訊、目前土地權屬情況、近年來土地使用之變遷,以及歷年來當地特異之洪泛紀錄等,加上現地勘查,才能予以確定。

2. 停養且具一定規模之魚塭。政府各機關建構之地理資訊系統(如內政部國土地理資訊系統)包含許多詳細之資料庫,對於土地使用之權屬或使用現況均有描述,可以整合處理後,標出特定面積規模以上、經記錄為停養廢養之魚塭地,作為人工濕地評選之基地。

3. 權屬單純之一定面積河岸土地。為提高人工濕地用地取得之可行性,允宜朝權屬單純、面積遼闊之土地著手,以獲得較完整之規劃。以屏東縣為例,目前視為水庫替代方案、準備開闢之人工湖,係屬台灣糖業公司土地。台南縣官田鄉一處由蔗田挖池後改種菱角,由「中華民國濕地保護聯盟」所規劃管理、已獲得初步成效的「水雉復育區」,土地亦屬台糖公司土地,這些均屬有彌補復育性質之人工濕地。

4. 尚未建有堤防之洪水平原。內政部國土地理資訊系統中標示有堤防之區位,地方河川局據悉亦逐步建立其轄區內水利設施之資訊系統。依據上述資料,未建有堤防之洪水平原,在檢核洪泛紀錄和進行安全配套措施後,可規劃為人工之滯洪池、調洪池或暴雨逕流處理濕地。

5. 前經填埋但可供復育之濕地。新建一處濕地並非易事,尤其對於地下水文的關連性甚為重要;要建一處「活的」濕地更為困難,必須要極為審慎。國外許多濕地的復育多半是尋找過去為濕地,但經擾動變更,如今又地利不高之處,重新復育為濕地

6. 因應特定事業廠(場)或民宅社區廢(污)水處理需求之毗鄰土地。如果水污染防治法規中,對於廢水處理或排放口認定方式可以獲得共識,許多特定事業廠(場)或一般社區,為協助處理廢(污)水,提高排放水品質,可以選擇其毗鄰空地,進行更深入之可行性研究。

六、結語

濕地是地球上最重要的生態系統,它多樣化的功能與類型,在台灣應該獲得重新的認識。尤其,內陸濕地最近受到國際間重新的重視,水資源和流域管理問題更與濕地保護接軌,這些發展值得我國特別重視。至於人工濕地方面,在國際間已經有相當普遍之應用,對於廢(污)水之處理、調洪、暴雨逕流的處理,以及景觀生態環境的再造,都有日新月異的成果。台灣有關濕地的研究一向較少,人工濕地的規劃與功能應用方面,所有研究也在起步階段,仍有待相關機關、企業界與學界大力合作。
參考文獻

中文文獻

林瑩峰,1999,「濕地對於水資源之保育管理及永續利用 子計畫三:水產養殖廢水之人工濕地處理及循環再利用之研究【I】」,行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告(NSC88-2621-Z-041-001),台北市。
邱文彥、楊磊、張揚祺,1999,「陽明山竹子湖濕地水文水質之調查研究」,國家風景區管理處委託研究計畫,台北市。

英文文獻

Hammer, D. A. (1997), Creating Freshwater Wetlands. Boca Raton, FL: Lewis Publishers.
Kadlec, R. H. and Knight, R. L. 1996. Treatment Wetlands. CRC Press, FL.
Katy-Cypress Wetlands Mitigation Bank, 1999. Comparative Examples. Available online at http://www.kcwetlands.com/casestudy.htm.
Katy-Cypress Wetlands Mitigation Bank, 1999. Mitigation Bank. Available online at http://www.kcwetlands.com/mitibank.htm.
Kusler, A J. & Kentula, M. E., eds. 1995. Wetland Creation and Restoration. Washington, D. C., Island Press.
Mitsch, W. J., 1993. Ecological engineering-a cooperative role with the planetary life-support system. Environmental Science, 27 (3), 438-455.


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