CH6: 山，我給你披個溫柔的外套

1. CH6: 山，我給你披個溫柔的外套 土石流防護的生態工程技術 張文亮　教授 【本著作除另有註明外，採取創用CC「姓名標示－非商業性－相同方式分享」台灣3.0版授權釋出】

2. 穩定山區的七個原因 • 1.植物的覆蓋，減少雨滴的沖擊 • 2.土壤的保水與入滲，減少地表沖刷 • 3.水分的滲漏與排水，流入河川 • 4.坡度的穩定 • 5.地質的穩定 • 6.野生動物與森林的互動 • 7.原住民與森林的互動 • 臺灣大學　張文亮

3. 破壞山區產生土石流的七個原因 • 1.植物砍伐，減少覆蓋度 • 2.地表土壤的流失 • 3.水分無法滲入地下深層 • 4.人為道路的開發破壞坡度的基腳，人為的開墾改變山坡的穩定度 • 5.人為的開發在地質的順向坡上 • 6.森林生態系統破壞 • 7.原住民對森林的使用被取代，成為經濟的開發對於森林資源過度的掠奪 • 臺灣大學　張文亮

4. 土石流是土在流或是石在流？ • 臺灣大學　張文亮

5. 土石流的發展史 – 瑞士是全世界最美麗的高山區，也是最多土石流的地方，所以土石流的學位來自瑞士 • 1.Horace – BendictdeSaussau在1787年提出當土壤與岩層的摩擦力減少，就產生地層滑動的現象 • 2. Carl Zay在1807年提出「土石流」的名詞(debris flow)，依他在1806年9月2號的觀察，他發現當天的下午兩點，有樹木斷裂的聲音，樹根扯斷的現象，下午四點石頭自地下跳出，泥土下陷，成為小池，山上的動物開始奔逃，下午四點四十五分，山開始移動。這些現象發生在1574公尺高的Rossberg山，山下的居民至少有500人，只有四個人機警地向山下逃，其他人在四點四十八分到四點四十九分當中都被土石流掩埋(土石流移動的速度約是1.3-22m/sec)因此土石流是可以預警的。

6. 土石流的發展史 • 3. Arnold Linth在1845年提出山是不穩定的，土石流的機制來自 • 1) 地殼的運動：深層的岩石向上擠壓上層的土壤，這種現象，他稱之為「背斜」(anticlines) ，山區的背斜會組成岩層的褶曲(folds)，這產生山的側向壓力，導致土石流 • 2) 氣候的因素：降雨導致地表的沖刷 • 因此他提出，保護山區土石流，瑞士要有山區的高程圖與地質圖 • 3) 山區若不易有深層排水，就會有瀑布，因此人要遠離有瀑布的地方 • 4) 過去土石流很容易產生山區的堰塞湖，所以美麗湖泊的附近，不要有人居住 • 5) 土地的使用要避開危險的區域，免得產生土石流

7. 山，我給你披個溫柔的外套 • 日本人最早可能的由來： • １．公元前二千多年，南島某個種族順著北上的黑潮，搭船遷到日本 • ２．中國某個未知的族類，經過朝鮮半島西遷而去 • ３．早期西伯利亞的部落，沿庫頁島南下而來。 • 公元前五世紀，已經有人在東京的「彌生」町種植水稻，當時耕作的方式完全依靠降雨，無灌溉設施，也無溜池埤塘，日本人稱此為「天水田」，這是日本文化的開始。 • 彌生時期的水稻，後來經過鑑定，品種來自中國。當時的中國正處於春秋初期，文化鼎盛、兵強富足，遠懸海外的東瀛島國，承受一點稻米，不過是一點碎渣兒。

8. 日本對海外的學習 • 而後千年，日本的文化、耕作、技術、服裝、文字都向中國學習。如8-12世紀中國大量使用「水車」灌溉，日本才有小型的水車出現。日本學習中國，揀拾一點中國的殘餘，就奉為寶貝。 • 中國視他們位在「日出之地」，稱他們為「日本人」，又低估那些儘是附從模仿的人，稱他們為「倭奴」。 • 15-16世紀期間，日本進入戰國時期，部份戰敗的武士在中國海上四竄，中國謔稱這些人是「倭寇」。當時的日本約有1900萬人，是揀食中國碎渣兒的一群。

9. 日本對海外的學習 • 荷蘭商人東來，日本開始接觸歐洲的文化。 • 著名的霸主織田信長(1534-1582)努力向荷蘭學習，並以槍炮徹底打敗北方武田信玄(1521-1573)的騎兵。而後，豐臣秀吉(1537-1598)更是向荷蘭學習。 織田信長 武田信玄 豐臣秀吉

10. 關原之戰與鎖國政策 • 豐臣秀吉死後，德川家康(1543-1616)與豐臣的遺族與家臣爭戰。 • 德川家康大力支持神道教與天台宗的佛教，不像織田信長與佛教的武力僧人長期爭戰，或像豐臣秀吉釋放神道教擁有大片土地，給貧窮的佃農耕作。

11. 關原之戰與鎖國政策 1599年，關原之戰，德川家康打了勝仗。 1615年德川又與豐臣遺族爭戰，日本許多基督徒投入這場權力之爭，加入豐臣遺族的軍隊。德川又勝，下令日本進入「鎖國」，斷絕與外國接觸，祇留鹿兒島邊的小港與荷蘭貿易。 Wiki User: Ray go

12. 抗洪的小國 • 荷蘭，位於萊因河（Rhine river）、瓦爾河（Waal river）與馬斯河（Maas river）的沖積平原。全國41,259平方公里的面積中，60％的土地低於海平面，是世界上著名的「低地國家」。 • 由於沖積平原土地肥沃，荷蘭農民也擅長農藝育種、蓄牧與養殖。 Wiki : Mikespaans

13. 抗洪的小國 • 荷蘭的土地面積與台灣相似，迄今仍是世界農產的輸出大國。 • 萊因河是每逢上中游下大雨，河口低地的荷蘭就會淹水。 • 1287年迄今，洪水至少淹了荷蘭1134次。 • 荷蘭人每次淹水都留紀錄，是世界上最常記錄洪水的國家。 • 防洪是荷蘭全民合作的首務，洪水來時，全民無處可逃，只能一起抗洪，這也不斷發展出改善治水的技術，後來使其他多洪水的國家受益。 Wiki : Felix Koenig 

14. 抗洪的小國 • 日本德川幕府實施鎖國期間，德川幕府愈來愈腐敗 • 例如，在1755年（德川幕府寶曆五年），在薩摩地區與河爭地，幕府下令整治「水曾川」。以高堤束水，沒想到隔年洪水再起，堤破淹大水，治水的薩摩藩要負全責。薩摩藩不只損失四十萬兩黃金，五十多名參與治水的薩摩武士，都被要求切腹自殺，薩摩藩主島津重年憂病以終。 • 這事件稱為「寶曆治水悲劇案」。薩摩藩武士終於體會武士道不能戰勝洪水，開始向荷蘭學習治水技術。

15. 抗洪的小國 • 1853年（德川幕府嘉永六年），日本屈服於美國的東洋艦隊，訂定不平等條約，引發倒幕之戰。薩摩藩成為推翻德川幕府的主力 • 倒幕的功臣，大都是薩摩藩的志士。 • 1868年(明治元年)日本進行維新，明治功臣大久保利通（1836-1878）提出派遣優秀學生出國，學習歐美最新科技，在學生尚未學成歸來與經驗養成之前，重金招聘荷蘭的工程師前來教導治水。

16. 抗洪的小國 • 這些工程師必須年滿三十歲，有豐富的工程經驗。 • 這時前來的工程師，許多是學有專精，帶著宣教使命的「工程宣教士」。 大久保利通

17. 人才的培養 • 1873年，在大阪灣的歡迎會中，前來的是荷蘭工程師里傑吉（Johannis de Rijke,1843-1913） • 當時，東京大學教授的薪水是350元，里傑吉的月薪是400元，但是400元日幣折算成荷蘭幣並不高。 • 里傑吉來自一個世襲的築堤家族。 Wiki : Tawashi2006

18. 里傑吉夫婦

19. 人才的培養 • 1860年，里傑吉進入荷蘭工科大學，專攻水理工程學，大學畢業後擔任北海運河工程師，不久後升任為北海運河主任工程師。 • 荷蘭人知道日本人的個性排外，不容易長期與外人相處。但是日本人做事認真、善於學習，對有本領的人是誠心佩服。 • 里傑吉是有本領的人，但是他有一段期間的遲疑，他寫道： 「人生愈重大的問題，就愈不容易作決定，去或不去，成為我的煩惱。但是決定前往，我就往前直奔，不再回頭。」

20. 治山方能治水 里傑吉擔任治理淀川的主任工程師 • 他一到工地，就沿河上溯，直到船隻無法通行。沿途他看到山上森林砍伐，山坡滑動，與許多落石堆積在河邊。 • 他向日方提出「治河是從源頭防起」，他在河川上游選用1.2～1.5公尺長的木頭，在山坡上作成交錯格框，蓄土種樹，這是後來非常著名的水土保持「格框工法」。 • 繼而，他以當地粒徑0.9～1.5公尺的石頭，作成多孔性的攔砂壩，來透水攔砂，後來稱此為「透水壩」。在河川中游，他以在地的大、小樹枝，編織成為層層的柵欄，柵欄之間擺放石頭，他稱這是「粗朵」。

21. 粗朵工法

22. 治山方能治水 里傑吉以木頭的柔性，加上石頭的剛性來治水 • 當水在粗朵的孔隙間流過，水中的砂就留下來。粗朵滯留的砂愈多，就成為植物生長的地方。植物的根系又增加粗朵的穩定性，且能綠化河川的兩岸，魚蝦也在粗朵孔隙間棲息。 • 後來，「粗朵」成了日本治水工程的特色，世界上最早治水兼具生態的建造，迄今日本還有「粗朵工程協會」，以建造粗朵為榮。

23. 治山方能治水 • 當許多日本人驚訝里傑吉的治水創意。他才對他們講道： 「工程師無論具備多麼豐富的施工經驗，獲得國家多麼大力的支持，擁有多麼先進的知識。 　對於上帝的創造，人要持續保持謙卑。大自然的力量，不是工程所能抵抗，而是柔性地疏導，才能長期發生功效。」 • 這種概念所做的工程，後來稱為「柔性工程」。

24. 不講話的福音使者 1874年12月，淀川整治完工，河川流況大獲改善 • 居民與政府官員在完工慶典中，大大慶祝。大久保利通注意到眾人陶醉於成功之際，人群之外的遠處，站一個人靜靜地觀看，那個人竟是這個工程的負責人。一個人不迷失在自己的成功，才是真正可以擔負重任的人。 • 大久保利通繼續委託里傑吉治理日本的江戶川、利根川、信濃川、多摩川、木曾川等多條大河。在每個完工慶典中，里傑吉還是遠遠站在人群外，他知道「日本所要的，不單是工程的成功，而是認識耶穌基督的救贖。福音的見證，不在自己的言語，而在完成的工程。」

25. 不講話的福音使者 • 日本人做事認真，他比他們更認真，日本人做事踏實，他比他們更踏實，日本人狂歡慶祝時，他卻比他們冷靜，他讓完工後的功勞，全歸給日本工程師與當地人。 • 大久保利通深深敬佩里傑吉，尊稱他是「日本治水的施洗約翰」，這成為他的福音招牌。 • 工作之餘，里傑吉很少與日本人接觸，他寫道： 「日本人心裡對外國人存著懷疑的成見，因此我不需要與他們熱絡感情，也不需親熱來獲取方便，而是冷靜地、切實地將臨到我的事情完成。」

26. 土石流治理案 • 1880年，里傑吉負責本津川上游「崎田山」的整治。 • 這是日本最困難的治山工程。過去日本戰爭期間，經常燒毀對方森林，迫使對方投降。戰爭後，燒毀的森林未加復育，導致許多山上樹木不存，一片光禿，颱風暴雨期間，成為土石流所在。 • 臺灣大學　張文亮

27. 土石流治理案 • 里傑吉現場勘查後，召集許多貧苦的百姓，教導他們用布編繩，再背著繩子爬到山上，沿著山脊，在整片光禿的山上掛繩網。 • 繩網攔截土粒，又能吸收空中濕氣，提供種子發芽所需水分。不久綺山上綠樹覆滿，這成為日本非常著名的「掛網復育森林工法」。

28. 崎田山治理前

29. 崎田山治理後

30. 土石流治理案 • 工程完工並非任務結束，里傑吉立刻要求禁伐林木，連官方也不得任意而行，他提出：「權力愈多，義務就愈多。」 • 讓在地貧窮百姓管理森林，管理好者，付與高額獎勵，讓在地居民以巡山、照顧森林為榮，這工作還可世代相襲。 • 里傑吉提出：「當人開始考慮子孫所需，就會珍惜上帝所賜的恩惠。」 • 崎田山整治案，後來成為土石流災害保護的經典案例。

31. 日本明治維新的第一工程師 • 1884年，里傑吉到京都負責「琵琶湖導水」 • 引進大型浚渫機，將湖中底泥挖清，一方面增加湖泊的蓄水量，一方面將清淤的底泥給農民作肥料。 琵琶湖 Wiki : 663highland

32. 日本明治維新的第一工程師 • 里傑吉在工作時，冷靜的思索、精確的計算與嚴謹的態度，深得當時內務卿山縣有朋（1838-1922）的欣賞 • 山縣有朋開始派東京大學最優秀的畢業生，作他的實習助手。 • 他要求學生不只學習技術，也要學習做人處事「沒有官僚」的作風。他以身作則，這就是福音。 山縣有朋

33. 日本明治維新的第一工程師 • 1887年，里傑吉升至為日本最高職任的工程師──內務大臣技術顧問「相談役」。他已不需負責任何工程，而可以自由四處指導工程師。 • 他常對實習者提出：「在人類起源的伊甸園，上帝分出四條河。所以治水的要領在將水分出去，而非將幾河聚在一起。」 • 他雖當國家最高工程顧問，開會時總靜靜地坐在末座，常與工人坐在一起。

34. 國土規劃的源起 • 同年，里傑吉提出日本第一個「國土規劃」的工作， • 國土規劃的四大原則 • (1)全國水資源的規劃：「將自河川取來的水(或稱為外水)，儘量分佈到大地上。將下雨或排水(或稱為內水)，儘量排回到河川。」 • (2)全國土地的整理：「要讓土地與其上所長，能夠承受最多的日照。」 • (3)全國住宅區的配置：「所有住家皆擁有良好採光、通風、視野與公共衛生。」 • (4)都市與農村的兼顧：他認為「至少要讓10-15%的人民留在農村，保留傳統小耕農制，並讓農民在各地區組成『農民組合』，發展地區生產特色，提高農民所得。」何等地遠見與智慧。這工作一直進行到1930年代才完成。

35. 國土規劃的源起 • 工作之餘，里傑吉經常閱讀日本各地農業與畜牧的報導，他總關心弱勢的農民與畜農。 • 有一次，大阪城遭遇洪水，他下令緊急挖掘排水路，將洪水導走。事後官、商聯合舉行慶典與餐會，他都沒有參加。餐會後他才出現，當場提出應該給農民回饋金，因為他們提供農地供為排洪水道。

36. 獨立思考的空間 • 1904年，里傑吉才歸國。歸國前，明治與諸大臣宴請他，他仍然保持一貫作風「一言不語」。 • 祇提出：「公共建設的工程師，經常被要求要做最順命的人，並且要快速施工，完成任務。但是最好的工程師，需要有自己思考的空間。」 • 他回到荷蘭，荷蘭首相聘他擔任全國土木建設最高顧問。1911年12月，中國聘請他擔任「上海黃埔江整治工程」的總工程師。他在預備前往中國前幾日病逝。

37. 治水的高手 • 里傑吉影響整個日本的公共建設，與許多的工程師。日本據台期間，日本的一些工程師也將里傑吉的理念與技術帶到台灣。 • 其中以岡崎文吉（1872-1945）最為著名 • 岡崎文吉在1921年擔任日本北海道大狩川的綜合整治主任工程師。

38. 治水的高手 • 根據里傑吉的理念，岡崎文吉提出治理河川，減少洪害的關鍵在 （1）保護森林，減少林區開發。他寫道：「治水之本在涵養水源。」 （2）保持河川的平衡狀態，因此「治水在順著水，分流至河川邊之荒地。因此最好的治水在誘導水流，堤防要順著河川原來之蜿蜒迂曲，不在阻水擋水。」 （3）建造低水護岸，保持枯水期間河川的輸砂功能。 （4）地表下一公尺之內有河川伏流水者，方作水田，否則只作旱地，以免用水田土地擴張太快。

39. 治水的高手 • 岡崎文吉《治水》： 「水利科學極端發展，不是使人過度相信學理，將河川過度矯正。最好的治水，只在輔助自然不足之處。」 • 臺灣大學　張文亮

40. 治水的高手 • 宮本武之輔(1892-1941) • 大正與昭和時期，日本最傑出的治水工程師 • 擔任「日本全國災害勘查總長」 • 他提出：「河川是公利，沒有管理好才成公害」 • 「國家經濟的開發，要依河川流域來畫定，不要越域引水。」

41. 治水的高手 • 最影響後世的是他在1936年(昭和11年)所著的「治水工學」一書，他提到里傑吉的治水哲學，並寫道： 「國家公共工程的投資，經濟開發的利益， 不能祇看近期的收益，過度開發引起的災害， 一次的損失將會超過過去十年的收益。」 • 因此，他首先提出國家每年都要編「災害特別預算」以作災害救助，並時刻準備救災。

42. 為未來台灣的繁榮而準備 • 日本據台期間，雖然是經濟侵略，視台灣為殖民地，但是有些工程師，是為幫助台灣而來，例如： • 周氏因次：前往台南。 • 以十數年的時間，調查嘉南平原土壤特性與作物用水的關係，發展出台灣的「輪流用水」制，這是台灣最早的省水管理制度，幫助台灣渡過許多缺水的乾旱期，貢獻一直至今。 • 新田定雄：前往嘉義的工程師。 • 堅持用水要有文化特色，並在朴子發展話劇、交響樂作為在地特色，使嘉義朴子成為日本時期，台灣文化藝術鼎盛之地。

43. 為未來台灣的繁榮而準備 • 牧隆泰，東京大學。 • 前來台灣治理宜蘭冬山河、改善烏山頭水庫、改良海埔新生地，在台灣成立第一個水工實驗室。 本作品由台大校史館授權本課程：生態工程使用，本資料庫無再授權他人使用之權利，您如需利用本作品，請另行向權利人取得授權。

44. 為未來台灣的繁榮而準備 • 他在1943年於「農業工學」一書上所寫： 　　「大東亞共榮圈的基礎，是要所有的建造皆以資源開發為目標。我前來（台灣）的目的，似乎是為土地改良的大使命。 　　但是，真正的目的，是為了真正的美善。我背負著技術前來幫助這裡的學生，不管是來自任何的階層，祗要在上農業工學的課，我就盡力教導他們。讓他們所學的容易吸收，簡單明瞭，正確可行。 　在戰爭的時候，不可能實行土地改良。但是，有一天，他們自己必將用到這些知識，使台灣繁榮，這是我美善的目的。」 • 牧隆泰也在台北帝國大學（後改名為台灣大學）擔任講座

45. 為未來台灣的繁榮而準備 • 多年後，我在台灣大學任教，牧隆泰的實驗室，成為我的實驗室。他的辦公室，成為我的辦公室。 • 我也是一個治水的工程師，我總不忘這些工程前輩，與要離開美國前，我的老師尼爾森(Donald R. Nielsen)對我說的話：「一個人在25-35歲時，要勇敢無懼的往上爬； 35-45歲時，要站穩自己的專業； 45-55歲時，要學習相關專長，負起行政管理的重任； 55-65歲時，綜合一生所學，給下一代寫最好的書本，並栽培下一棒； 65歲以後，人生無牽掛，又像回到25歲，重新再學習。」

46. 也許藉由這次上課，你可以知道生態工程與我的科系「生物環境系統工程學系」的關係了。也許藉由這次上課，你可以知道生態工程與我的科系「生物環境系統工程學系」的關係了。

47. 生態工程的第二個理論 • 1. 工程的進行，如果可以迴避不穩定的區域，要採迴避 • 2. 若無法迴避，才用最少的接觸 • 3. 如果必須有較大面積的接觸，最好採用初步的整治，爾後讓植物去演替，以做長期的穩定，並使工程融入大自然，這又稱為讓人看不到的工程施作 • 4. 如果工程會對當地造成破壞，在施工之時，必須另外營造一個地方，來彌補大自然的損失，這稱為no let loss。 • 5. 工程的施作必須獲得在地百姓的接受，並且尊重在地的文化

48. 案例一：台中苑里，保護坡地明挖覆蓋生態工程案例一：台中苑里，保護坡地明挖覆蓋生態工程 • 臺灣大學　張文亮

49. 三百年來，台中與苗栗一直有個危機…在大岸溪邊的火炎山土石不斷的崩落，壓傷路經的旅客與行人，這座火炎山每年增高0.1到1公分。以致坡度不穩定，使得岩石不斷地滑落三百年來，台中與苗栗一直有個危機…在大岸溪邊的火炎山土石不斷的崩落，壓傷路經的旅客與行人，這座火炎山每年增高0.1到1公分。以致坡度不穩定，使得岩石不斷地滑落 • 臺灣大學　張文亮

50. 由於台中的水果送到大甲這是唯一的一條道路，這條道路成為台灣西部平原最危險的道路。過去每一年大甲的進香團要巡迴這條道路，期待能夠獲得平安。但是，落石導致每一年都有人受傷。由於台中的水果送到大甲這是唯一的一條道路，這條道路成為台灣西部平原最危險的道路。過去每一年大甲的進香團要巡迴這條道路，期待能夠獲得平安。但是，落石導致每一年都有人受傷。 • 臺灣大學　張文亮