台灣濕地90年7月號第26期
日本河川湖泊的整治

文/島谷幸宏
摘/中村圭吾
譯/鄭秋花、周佳蓉

前言

在1990年以前,日本河川治理計劃著重於人類而漠視環境生態。在1990年以前雖然有一些零星的嘗試,但非主流, 直到平成二年(1990年),日本建設部開始推動自然多樣河川的改善,或稱為河川復育計劃。多自然型河川建造,或稱河川復原計劃,河川整治計劃新的焦點在納入生物生存需求,而非只重視防洪或視覺景觀.

河川復原的基本觀念

一、明確的防洪考量
在規劃河川保存與復育時,最重要的是考慮是與防洪計畫的關連性,特別是下列幾點.

(a) 包含防洪計劃
河川復原計劃, 必須嚴密地檢視防洪計劃內容,確保復原計劃不會與防洪計劃相抵觸,包括防洪頻率(洪水再現率,5年、10年、50年或百年洪水發生頻率)、控制辦法(諸如是否採用分洪道或使水流減速的滯洪池)、水道型狀、洪水類型等。在適當的環境因子保育前,一定有不同的問題必須被解決,規劃者一定要了解防洪計劃之彈性與各種可能替代方式,以俾在環境保護與防洪間取得平衡點。

(b) 水理計算
為保有良好的環境組合,任何影響環境中水位的升高、水流測定、流速等皆須量化檢定。為此目地,即使是中小型河流,除了基本的一次元水位計算(以單純水道橫切向計算水位的變化)外,也必須做各種不同狀況下的流體模型計算。例如規劃者欲瞭解因植被不同而導致不同水位高度變化時,他可採用擬二次元的多樣計算推估在河道中存有植物時,水流及水位的變化(河中植物及灘地會形成阻力,影響水流速度及方向,阻力會依據植被的大小和密度而更改)。

例如喜多河(Kita河)在整治時,為求保留原有岸邊樹木及兼顧防洪, 先預估要保存樹木地點及需浚深河床高灘地的地點,再以水理計算出預期的水位高度。如果不能達到滿意的防洪水位高度,則重複計算、依據計算結果進一步砍除防礙水流樹木,並浚深河川,經多次修正,一直到達成預期的水位為止。

二、明確認識目前環境情況與過去歷史

在規劃復育河川空間環境時,預想擬保護及未來預達成的環境的目標是很重要的,,除了河川目前的狀況外,須透徹了解河川環境現況及比較過去的歷史,才能擬定適切的河川復原計劃。

除了由時間向度來看現況是如何從最原始狀態演變至今,未來可能演變為何種面貌外,由生物調查(包括水生物調查)來瞭解有那些生物,哪些生物能存活到何時、牠們是在哪裡孵蛋是很有用的資訊。

由於河川的多變與不穩定,僅依據簡單的一、二次或現存生態調查報告,可能無法應用於河川自然環境設計需求。調查所得生態資料必須和生物生長、存活的環境互相比較,驗證是否合於常理,才不致於誤判,設計出錯誤不利生物棲息的環境。

比較資料時,環境資訊圖是很有用的。這種環境資訊圖是在一張紙上描述水域、灘地和生物的資訊。為傳遞正確的訊息視覺影像來說,水流向、水池、水流狀態、植被狀況等等,必須一目了然。

在環境資訊圖上,首先要將流水、水池、死水潭.沙洲、沈水植物的分佈區域及水如何流動標示出來.再於環境資訊圖中須加入各生物的訊息

必須由生態調查資料中,配合河川環境物理特性,生物棲地條件,生物種類,以及我們的期望,找出指標生物(焦點物種),再將焦點物種註記於圖上,焦點物種所需的生存環境便能循此納入,包括產卵及族群營巢地區。

根據環境資訊圖,那一地點需保存或那些地區需經環境修整皆可判斷出。因此,製作一幅精確的環境資訊圖須要各種環境調查資料,對中小型河流來說,某些情況下因缺乏經費生物調查難以進行。在此則建議和專家沿河走動觀察,來完成資訊圖。

另外,亦可由下列方式來取得必須的資訊包括專家、居民、當地雜誌、漁業實驗站和報紙。此外,河流形態變貌、生存空間變貌、古老地圖、空照圖、繪圖和照片照片等等資訊都可能被用到。水災、旱災、大規模的整治工作和森林的變遷等的歷史資料亦是重要資料來源。

三、依據計畫規模適確擬定復育目標

在過去幾個復育計畫中,有些因為沒有明確的目標, 導致遭遇重大挫折。因此當計畫復育河川時,建立明確的目標是第一步驟。一項可執行的計畫,更應聚焦於實際可行的目標上。

河川復育計畫中,欲保存與復育的目標應被清楚瞭解。目標大約規類為物理-化學環境(一個成長和活的環境),其建構自然環境、生物及其族群。

復育計畫為方便性常分成的三大類:大型的控制技術,常施作於水體底層;中型的技術,牽涉水道整備;小型的技術,如護岸工程、蘆葦復育苗圃、回復或塑造水潭和濕地。規模愈大,則需更多的時間和空間來保存和復原。

舉例來說,大型的技術包括水體底層的水循環系統。在中小型的河流中,水循環會因都市化而改變,水滲透區和滯留區的減少、排水增加、地表水下滲率降低、較少的濕地等,這些都會低降河水和泉水的正常流動速率,並且切斷個別的集水區域。因此,多種生物將受此衝擊。為了恢復水循環率,基本技術需有系統地整合為一,這包括表水的滲透性,地表溢流、雨水儲存、雨水滲透、水資源再利用、綠地的創造或保護、淨化的污水再利用等。底層沈澱物的控制和水流速度的控制也很重要。

中型技術而言,水路計畫對河川環境復育是很重要的。中型技術關聯了河川位置、周遭環境、水道曲線點、低水渠道的長度、深度、及坡度。這些點須討論其是否有任何峭壁或林地比鄰河川;在河道曲線處可以平面圖設計出淺水灘及深水區。運用橫斷面圖來處理支流連結、灌溉渠道及水源頭。河床可以平坦、高水位河層的高度和水患災頻率可能在未來帶來濃密的森林。高水位河層是水位的安全警訊界線。
小型技術面上,許多類型的努力已被用來保護棲地。最近幾年,河川改善工程和河床底層開挖已引起洪氾區、水潭、小溪和濕地等棲地的減少和破碎化。為了復原這些惡化的環境因子,在很多河川已用防波堤、自然護岸,復原水潭濕地,設置魚道,以達河川的永續。

從上敘述可知,正確地了解整治的目標和它的規模是很重要的。

五、接受預期的改變

河川地理環境及生態是會改變的,例如河川水潭常是因洪水沖氾時水路所滯留而成;洪水再發時會改變其形狀、大小和位置,另外隨著時間,河中淤砂及植物生長,河川生態及水流也會不斷改變,接受這些改變是很重要的!
雖然我們可藉由控制水表面相對高度及河川形狀來拉長河川演替的時間,與減少變化,但仍然是很難完全控制的,因此保存和維護自然環境的技術中的基本觀念是接受原來的地理性會改變。

六、善盡利用自然動能

以怒鬼河(Nuki)改造計劃為例,依據河川復育計畫,為改善怒鬼河的生態,先將怒鬼河拓寬, 並置放大石頭於河床上。在完工一年後,經由大自然的力量,河面的寬度已正常地回到施工前的寬度,然而巨石擺設,加上水流作用,形成良好的深、淺水區,讓河川的生態大幅多改。

此河川復育計畫的重點是藉由拓寬河寬使河川可以自由流動,加上置放大石頭可以提供了蜿蜒漫流的點,產生深水和淺水灘(淺瀨),來製造了不同的環境。而河道因為上游來的砂石沈積,自動地回復原來寬度。這些大石頭便。此河段區之自然復原作用稱為河道狹窄機制。

怒鬼河的案子教導我們以河川的潛能來塑造河川環境脩關至要。保存與復育河川技術的哲學便在於河川會自發地型塑其形態,而人類只是協助此。換言之,河川才是主角,人類僅是配角。

七、瞭解生物及他們的家

搜集每樣生物的生活史,生活環境,找出彼此的關聯,然後安排最適合他們的環境是必耍的。這會引導你更深的河川知識,教育我們河川讓生物生長之事實。

日本水生物研究復育中心介紹

一、水生物研究復育中心的宗旨

體認到河川與湖泊是無價的自然資源,日本建設省已在從事建立一套河川控制方法。此法強調自然環境的保存,然而,因為此技術是土木工程學和生態學跨科際的工作,鑑於支援河川改善的技術和自然環境調和尚未能充分展開。水生物研究復育中心便以解決此問題而於1997年設立。

中心位於穿過了日本的中心點岐阜縣,沿著木曾河(Kiso)河設置的三個分區。木曾河被選中是因它是多種動植物的棲所,其環境條件比日本其他河川更為合適研究。這機構包含三個主機構、研究中心、三條實驗河及六個池塘。

二、研究主題

實驗河包含三條八百公尺長的河川。A河是條筆直的河道,並只有單一性的棲地,每秒固定流出0.1立方公尺水量。B河和C河有同樣的形狀但有相當不同樣式的棲地。依據研究目的建立六個區。
為了評量水流波動,B河和A河有同樣、固定的水流。而C河有變動的水流量,最大流速每秒流注出2立方公尺,河床坡度從1/200到1/800。六個研究區依下敘之:

1. 棲地研究區
河水深淺對魚類覓食及棲息有重要影響。因此,此區的研究在尋求水生有機物體和棲地間之關係,例如棲地的類型和大小,用以研究建立有效可以保護和復育棲地的方法。

2. 河岸發展區
河岸是介於河川和陸地間的邊緣點,是生物棲息的重要棲所。魚兒在此產卵和休息,各種新開發的材料和方法在此測試,以便發展一種適合生物棲息的河岸改進方法。

3.水潭研究區
水潭中魚兒在此產卵、魚苗生長。當洪水發生時,它是個避難所。在此研究不同形狀的、不同水循環的水潭,以探討其和生物棲息的關係。

4.淹水頻率研究區
水邊植物美化環境,是風景的重要成分。在此區,我們研究水邊植物的增加和各種淹水頻率之詳細關係,以及各種的淹水頻率對植物的影響及人為工作如除草對植物演替。


5.碎石沙洲植物保存研究區
近年來碎石沙洲地的減少,碎石沙洲植物有日漸減少的趨勢。碎石沙洲地常被淹水和洪水侵擾,但這些植物仍得以存活,碎石沙洲地也必須保留。在此區需釐清碎石沙洲植物與淹水頻率間的實際關係,並發展如何保育碎石沙洲植物。

6.沈澱作用研究區
日本河川的地質年齡相當年輕,因此在上游有大量的沈澱物釋出。沈澱作用促使河寬大大縮減。此研究在發展以沈澱作用之技術,用以迅速恢復被破壞河川的自然形狀。


三.湖泊復育

1>湖濱保護區
從前水污染是湖泊環境主要問題,而最近因為水污染和湖岸建設,湖濱區已經惡化,在日本許多湖泊如琵琶湖,霞浦湖等已開始湖濱區的保護。

2>人工浮島
最初,浮島是一片自然植物浮在水中,它是因泥層浮起而引起的。在這個研究裡,浮島是一人工浮體由水生植物如蘆葦生長構成。環境保護漸引起興趣,人們開始對常見的水邊環境有興趣,人工浮島不但可淨化水質,而且可保存水生生態系統,提供許多潛能。

3>吸納非點源污染的人工潟湖
1988年為了保育湖濱區及控制非點源污染的人工潟湖在Kawajiri河河口建立了!潟湖水流入霞浦河。這個人工潟湖面積三萬平方公尺和深達1公尺。根據1999-2000年研究此人工潟湖對污染物控制的功能。在正常天氣條件下介於河和湖間的人工潟湖水質是中等的,其可削減了10-50%的固體懸浮物,20-50%的總氮,30-99%的雨水逕流總磷。根據1998年12月到1999年11月間之研究,計算每年人工潟湖的移動量,以及人工潟湖的沈澱重量和Kawajiri河每年載量二者的比率,估算約有191%的固體懸浮物、19%的總氮、83%的總磷經人工潟湖移去。(ps:固體懸浮物可能不只包括河的釋出量,還包括潟湖的載量。)

以上為日本建設省湖泊研究目前進行中的計劃。


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