生態棲地營造

1. 生態棲地營造 張文亮 花蓮馬太鞍，陳江河攝

2. 即使人類有棲地的概念，不見得就有工程切入的技術。第一個提出生態棲地營造的，完全是在科學界沒有想到的人物與角落。即使人類有棲地的概念，不見得就有工程切入的技術。第一個提出生態棲地營造的，完全是在科學界沒有想到的人物與角落。

3. 1873年，日本明治維新期間，明治天皇期待歐洲的技術能植入日本，因此高薪聘請歐洲的技術工人到日本，以此引入歐洲的工程技術，並期待他們能夠長期留在日本。當時前來的工程師當中，有一位名叫里傑吉 (Johannis de Rijke, 1843~1913)，沒有受過很多的教育，自荷蘭前來日本，擔任最初階的第三級的工程師。

4. 里傑吉最初負責日本的多摩川與大阪灣的整治，在日本留了28年後，前往中國，進行黃埔江整治工程，不久回到荷蘭。他獲得日本皇室破紀錄10億日幣的退休金，以感謝他在日本開啟河川棲地保護的貢獻。里傑吉最初負責日本的多摩川與大阪灣的整治，在日本留了28年後，前往中國，進行黃埔江整治工程，不久回到荷蘭。他獲得日本皇室破紀錄10億日幣的退休金，以感謝他在日本開啟河川棲地保護的貢獻。

5. 里傑吉在日本期間，起初並不受到重視，主要是他沒有高學歷，只有豐富的工程經驗。雖然皇室聘請他，他在地方卻並不受到尊重，以致於工程浩大，卻只得到很少的經費支持，這反而成為他日後工程的特色――用最便宜的方法，完成艱鉅的任務。里傑吉在日本期間，起初並不受到重視，主要是他沒有高學歷，只有豐富的工程經驗。雖然皇室聘請他，他在地方卻並不受到尊重，以致於工程浩大，卻只得到很少的經費支持，這反而成為他日後工程的特色――用最便宜的方法，完成艱鉅的任務。 http://www.geschiedeniszeeland.nl/themas/johannisderijke/projecten/

6. 每當一條河川或是一處海灣整治完成，功勞就歸給當地的日本技師；但里傑吉並不灰心，持續的教育當代日本的工程師，默默的執行任務。里傑吉是位基督徒，後來日本發現他的重要性，特別蓋了一間教會留他。每當一條河川或是一處海灣整治完成，功勞就歸給當地的日本技師；但里傑吉並不灰心，持續的教育當代日本的工程師，默默的執行任務。里傑吉是位基督徒，後來日本發現他的重要性，特別蓋了一間教會留他。

7. 在里傑吉的時候，還沒有生態學，許多生態的概念還在萌芽，他怎麼會有棲地營造的概念呢？過去無論是中國或日本，或其他國家，都認為河川的問題，不是「擋水」就是「疏水」，擋水是用堤防，疏水則是建排水道。早期中國大禹或是李冰治水時，都落在擋水或疏水兩者之間。在里傑吉的時候，還沒有生態學，許多生態的概念還在萌芽，他怎麼會有棲地營造的概念呢？過去無論是中國或日本，或其他國家，都認為河川的問題，不是「擋水」就是「疏水」，擋水是用堤防，疏水則是建排水道。早期中國大禹或是李冰治水時，都落在擋水或疏水兩者之間。 http://place.ytrip.com/article/d-74/

8. 里傑吉最大的特點，是他認為河川水域的治理，有一種工程可以同時擋水和疏水，並稱這種工法為「穿透性」的工程，讓具有多孔穿透性的建造，有足夠的強度可以擋住洪水，也有足夠的孔隙疏水。這種革命性的想法，使得水利工程的建造物，因為有足夠的孔隙，可以讓生物在其中獲得棲息的機會。里傑吉最大的特點，是他認為河川水域的治理，有一種工程可以同時擋水和疏水，並稱這種工法為「穿透性」的工程，讓具有多孔穿透性的建造，有足夠的強度可以擋住洪水，也有足夠的孔隙疏水。這種革命性的想法，使得水利工程的建造物，因為有足夠的孔隙，可以讓生物在其中獲得棲息的機會。

9. 里傑吉設計出許多多孔隙的水利結構物，其中最有名的是「粗朵」。粗朵的意義已經不詳，因為在中文與日文裡，這兩個字都沒有特別的涵意。粗朵是以木頭做成層層相疊的框架，放在水流沖刷處：若是放在河底，就成為保護堤防的基腳；若是放在邊坡，就能增加堤防抵抗洪水的強度。里傑吉設計出許多多孔隙的水利結構物，其中最有名的是「粗朵」。粗朵的意義已經不詳，因為在中文與日文裡，這兩個字都沒有特別的涵意。粗朵是以木頭做成層層相疊的框架，放在水流沖刷處：若是放在河底，就成為保護堤防的基腳；若是放在邊坡，就能增加堤防抵抗洪水的強度。

10. 圖1：沉在河川底部的粗朵建造工 圖2：粗朵編造時，使用附近的木頭，除了樹幹，也兼具樹根 圖3：工人在層層的木頭中間放置石頭

11. 粗朵在初期只是木頭的框架，水流強勁的地方可以再放上石頭；不久之後，植物會在框架的孔隙中成長，滯留下下水中的一些泥沙，使粗朵成為生物的棲地，日本人稱此為「透過水制」。水制是改變水流向、流速、坡度的河川結構物，這使得日本的河川工學與美國或歐洲的完全不同，這些國家都倚靠堅固的鋼筋混凝土，只有一個荷蘭來的日本工程師，在異鄉開啟了這全新的思考。粗朵在初期只是木頭的框架，水流強勁的地方可以再放上石頭；不久之後，植物會在框架的孔隙中成長，滯留下下水中的一些泥沙，使粗朵成為生物的棲地，日本人稱此為「透過水制」。水制是改變水流向、流速、坡度的河川結構物，這使得日本的河川工學與美國或歐洲的完全不同，這些國家都倚靠堅固的鋼筋混凝土，只有一個荷蘭來的日本工程師，在異鄉開啟了這全新的思考。

12. 圖4：在日本的淀川設計不同的水制，以減少沖刷圖4：在日本的淀川設計不同的水制，以減少沖刷 圖5：完全用木頭與石頭製作的透水水制

13. 里傑吉也提出，從河川的問題到人類解決問題的方式，中間有許多的過程，如果工程師將問題與解決緊貼在一起，就會使工程做得過大，並且昂貴，期待以一種大工程解決所有的問題。在問題與解決的之間，有許多中間步驟，每個步驟都彼此影響，不需要倚靠單一的大工程來解決所有的問題，而是改變過程中的小步驟，並把小步驟做在關鍵的所在。里傑吉也提出，從河川的問題到人類解決問題的方式，中間有許多的過程，如果工程師將問題與解決緊貼在一起，就會使工程做得過大，並且昂貴，期待以一種大工程解決所有的問題。在問題與解決的之間，有許多中間步驟，每個步驟都彼此影響，不需要倚靠單一的大工程來解決所有的問題，而是改變過程中的小步驟，並把小步驟做在關鍵的所在。 花蓮，張文亮攝

14. 這樣的概念在1980年以前，不是歐美思考的主流，但日本卻持續推動這樣的工程概念，使得日本成為普世河川生態棲地營造最先進的國家，完全來自里傑吉的貢獻。這樣的概念在1980年以前，不是歐美思考的主流，但日本卻持續推動這樣的工程概念，使得日本成為普世河川生態棲地營造最先進的國家，完全來自里傑吉的貢獻。

15. 隨著時代的進步，日本逐漸發展出能夠兼顧洪水、旱害、引水，與生態的水利工程，這包括利用：隨著時代的進步，日本逐漸發展出能夠兼顧洪水、旱害、引水，與生態的水利工程，這包括利用： • 1.)跌水工，減少水路坡降，減緩流速，讓跌水工的背後產生深水，減少流速； 南投埔里，倪宏坤攝

16. 2.)渠道內面疊石工，增加河底的粗糙度，減緩流速，避免沖刷；2.)渠道內面疊石工，增加河底的粗糙度，減緩流速，避免沖刷； 花蓮吉安，倪宏坤攝

17. 3.)滯洪池，分散洪水時期的洪峰流量； 花蓮富里，倪宏坤攝

18. 4.)灘地，以緩衝水流，增加水流在灘地的迂迴，以淨化水質；4.)灘地，以緩衝水流，增加水流在灘地的迂迴，以淨化水質； 花蓮，張文亮攝

19. 5.)底部涵管工程，讓水生物移動廊道能夠在不同的水域間穿越，增加遷移。5.)底部涵管工程，讓水生物移動廊道能夠在不同的水域間穿越，增加遷移。 臺北陽明山，張文亮攝

20. 1895年，日本占據臺灣，有些日本工程師來到臺灣整治河川，也運用里傑吉的概念，因此臺灣留下了一些非常有趣的多孔隙水利工程。 安農溪，張文亮攝

21. 例如在花蓮，有別於其他的原住民，阿美族很早就知道引水灌溉，以種植芋頭與水稻，迄今花蓮仍然留有許多阿美族的水利工程遺跡，其中最有名的便是「巴拉告」。例如在花蓮，有別於其他的原住民，阿美族很早就知道引水灌溉，以種植芋頭與水稻，迄今花蓮仍然留有許多阿美族的水利工程遺跡，其中最有名的便是「巴拉告」。 花蓮馬太鞍，張文亮攝

22. 巴拉告是在水流湍急處放置木頭框架，並在其上放置棕葉、檳榔葉、竹子、九芎等，成為三到五層平行堆置的框架，在水邊減緩流速，成為魚蝦棲息的所在，居民也能在巴拉告旁抓魚捕蝦。巴拉告是在水流湍急處放置木頭框架，並在其上放置棕葉、檳榔葉、竹子、九芎等，成為三到五層平行堆置的框架，在水邊減緩流速，成為魚蝦棲息的所在，居民也能在巴拉告旁抓魚捕蝦。 花蓮馬太鞍，張文亮攝

23. 阿美族無法說明這個技術是怎麼來的，大多認為是祖宗傳下來的工法，但這種工法跟起初里傑吉的作法是很類似的。阿美族無法說明這個技術是怎麼來的，大多認為是祖宗傳下來的工法，但這種工法跟起初里傑吉的作法是很類似的。 花蓮馬太鞍，陳江河攝

24. 受到棲地的概念，歐美棲地建造工程也逐漸興盛，美國也流行木頭有機框，稱為「Woody Debris Structure」，是在河川上游或是人工渠道，穩定河床的棲地重建技術。 圖6：美國密西西比河Little Topashaw Creek木頭有機框結構圖 資料來源：F. Douglas Shields, Jr., Member, ASCE, N. Morin and R. A. Kuhnle, Member, ASCE. 2001. Effect of Large Woody Debris Structures on Stream Hydraulics. Proceedings of the conference on Wetland Engineering and River Restoration, Reno, Nevada. American Society of Civil Engineers, Reston, VA.

25. 木頭有機框的建造材料，如下表所示，主要用距河床10 m外的樹木 (以柳樹為主)，取倒下帶著樹根的樹幹，或是直接砍伐下來的木頭，在水邊搭設成平均長13.9 m、寬5.3 m、高5.1 m的框架。

26. 搭設的木頭分為兩種，一種是楔嵌入邊岸的楔嵌工 (key member)，平均長4.4 m、直徑0.45 m；另一種為插入土壤的格條工 (racked members)，平均長9.2 m、直徑0.26 m。以楔嵌工與格條工搭成正方形的框架，保護的河床平均寬35 m、水深6 m、坡降2 ‰、彎曲度2.1 (河川長度/直線距離)、底床粒徑0.2~0.3 mm。

27. Little Topashaw Creek的木頭有機框工程施作於2000年，該河川已經多次被洪水沖刷，導致其斷面從1955年以來，已經增加4~5倍，而且在河灘的旁邊常有深潭，深潭是河流在彎曲面時產生「剝離渦流」，對邊岸產生的局部洗掘作用造成；尤其在河岸的底部造成河岸侵蝕所形成的水潭，是水路改道的前奏。

28. 水潭對於生態有非常好的效應，許多大型的魚類需要深潭，才能有棲息的空間；但是深潭的位置不應該在邊岸，而是應該在水域中央。將深潭由邊岸移到水路中間，可以不用人工或怪手的挖掘，而是用里傑吉的概念，將容易沖刷的河道蜿蜒，以有機木頭框架放置在河岸旁，讓一個大蜿蜒變成許多小蜿蜒，不只能改變流速，也能改變流向，甚至讓深潭移到河川的中間。水潭對於生態有非常好的效應，許多大型的魚類需要深潭，才能有棲息的空間；但是深潭的位置不應該在邊岸，而是應該在水域中央。將深潭由邊岸移到水路中間，可以不用人工或怪手的挖掘，而是用里傑吉的概念，將容易沖刷的河道蜿蜒，以有機木頭框架放置在河岸旁，讓一個大蜿蜒變成許多小蜿蜒，不只能改變流速，也能改變流向，甚至讓深潭移到河川的中間。

29. 圖7：木頭框架在Little Topashaw Creek所擺的位置 資料來源：F. Douglas Shields, Jr., Member, ASCE, N. Morin and R. A. Kuhnle, Member, ASCE. 2001. Effect of Large Woody Debris Structures on Stream Hydraulics. Proceedings of the conference on Wetland Engineering and River Restoration, Reno, Nevada. American Society of Civil Engineers, Reston, VA.

30. 圖8：放置木頭框架後流速的改變 資料來源：F. Douglas Shields, Jr., Member, ASCE, N. Morin and R. A. Kuhnle, Member, ASCE. 2001. Effect of Large Woody Debris Structures on Stream Hydraulics. Proceedings of the conference on Wetland Engineering and River Restoration, Reno, Nevada. American Society of Civil Engineers, Reston, VA.

31. 這木頭有機框架有時候又稱為「有機壩」(organic dam)，因著穩定河床、減緩底床沖刷的流速，讓細小的顆粒沉積在底床，不只讓水生昆蟲有棲息的空間，並且在木頭框架上有藻類與菌類附生，使得原來水中的粗質有機質 (coarse particle organic matter, CPOM) 轉換為細質有機質(fine particle organic matter, FPOM)，甚至成為溶解性有機質 (dissolved organic matter, DOM)。

32. 木頭有機框架可以讓有機質滯留在生態系統中，藉著食物鏈逐漸消化有機質，因此稱為有機壩，是近代非常有趣的水生棲地工程。木頭有機框架可以讓有機質滯留在生態系統中，藉著食物鏈逐漸消化有機質，因此稱為有機壩，是近代非常有趣的水生棲地工程。 宜蘭，張文亮攝 文字資料來源：Robert E. Bilby and Gene E. Likens. 1980. Importance of Organic Debris Dams in the Structure and Function of Stream Ecosystems. Ecology Vol. 61, No. 5, pp. 1107-1113

36. 習題 • Little Topashaw Creek木頭有機框擺放時，常將木材根系對向流向，試說明理由。 • 楔嵌工 (key member) 與格條工 (racked members) 兩種木頭的直徑不同，試說明理由。 • 這樣的措施有什麼可以改善的空間？ • 說明巴拉告與阿美族的關係。