| □呂春生／經濟部水利署第五河川局 副工程司 |
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一般河川環境營造工程受到先天條件及地域限制，通常會以水生植栽來強化水質淨化效果，並考量都市污水下水道排放主要以家庭污水為主，以近自然工法為優先考量。本篇為都市河川環境營造案例，主要以都市下水道污水截流，透過河川區域內寬廣高灘地開挖，選擇以蛇籠及拋石為主要工法，利用近自然工程手段施作簡易沉澱池、淨化池，再以堰體及土石籠做為區隔，並輔以種植水生植栽來達到污水淨化效果，才放流至河川之改善工法。水生植栽選擇分別以沉水性、挺水性及水濱植物作為篩選依據，並依植物特性及單價分成A類和B類，再以群聚方式種植來達成水質淨化之目的，經實際種植後觀察，發現多種水生植物種類成長適應不良，環境改善工程完工後逐漸被優勢河床先驅植物入侵，顯見河川環境營造工程更應考量河川現地條件和原生植物之地域特性。 |
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一、前言 政府單位長久以來治水都以防洪為終極目標，近年雖然逐漸走向總合治水方向，尤其因應水災、土石流、地層下陷等複合型災害發生，單一治水策略已經無法滿足防洪的保護標準，但是除了治水之外，相對河川環境污染防治卻仍相當欠缺。因此，如何運用靈活的治水策略和手段？有效的降低或減緩水患的災害，更進一步以河川環境營造手段達到河川污染防治，已經成為治水規劃及河川環境營造努力的方向，如何運用現代治水規劃的工具因地制宜? 結合河川環境營造改善河川水質、增加景觀休憩空間，才是日後因應河川治理及污染防治的治水新趨勢。河川水質改善是河川環境營造的主軸，更是形成環境型態與水域生態之重要因素，影響河川生態系之結構與功能。因此未來河川治理，應對河川生態及水質應加以考量及規劃，以往許多河川治理工程從防災之角度切入，以工程結構物的安全考量著眼，卻忽略河川內原來環境和生態才是主體，漠視如何保有生態和不受污染的水質環境? 才是河川整治的最終目的。 二、台灣都會區河川環境 (一)都市河川治理現況河川治理以往被定義為以防洪工程之各種手段，對河川做有效的約束以達防洪之目的。但是河川治理除了傳統的治水、利水機能外，必須再賦予河川親水、復育的機能，配合景觀綠美化，進一步改造河川環境生態才是長遠目標。然而，以台灣現有河川有限的土地進行多目標使用，包括生態維護、景觀塑造、遊憩開發等，都將成為未來河川治理上之重要考量。 人類文明發展始終與治水、利水兩項議題息息相關，水和環境必然無法跳脫依存關係，尤其近年來受全球氣候變遷效應及流域集水區迅速都市化影響，水問題之處理更加重要也日益棘手。因此，水患的問題已成為國家政經穩定與否的關鍵因素，所以治水工作一向為各先進國家施政之重點，如何以有限的社會資源與經費，用最經濟有效的方式消減水患，保護人民生命財產之安全，並進而改善河川環境，故治水手段已成為世界各國不得不面對的嚴峻挑戰。 台灣許多都會區的形成大多數由河川沿線發展，因此每個都會區形成通常會有大型主要河川流經而形成，逐漸演變形成大型都會城市。台灣主要河川之污染來自人為開發和破壞，早期主要河川的污染來自家庭污水和工廠，近年來河川之主要問題逐漸複雜化，包括上游之水土保持、中游工廠及農牧之河川污染及下游之淹水問題日益嚴重。以往由於豐水期河川流量短暫增加，影響河川治理規劃水文及水理分析之方法，沿用與河爭地之「束水築堤」作法等觀念，且用傳統固定河寬平行劃設水道治理計畫線之方式佈設，往往僅就計畫範圍作片面性或局部性治理規劃，企圖以治理手段來達到做好河川規劃需求，忽略台灣河川洪水之特性一年之中通常只有颱風豪雨那幾天，平常許多河川生態、種植和土地利用都尋常進行。 (二)都市開發與洪氾 河川污染源有天然和人為因素，最大問題乃在於阻絕污染源進入河川不易；更由於枯水期時污染物質排入河川中，因流量較低無法稀釋、淨化污染物質，導致污染濃度增加，河川自淨能力也因而降低，涵容能力也隨之下降；豐水期時，河川雖然擁有較大的涵容污染能力，然而由於暴雨引發了流域內泥沙沖刷、土石崩塌等現象，且增大的流量也加強了河床沖蝕，反而使河流中懸浮微粒濃度及河川濁度增加，進而影響河川中的生態及治理工作。 根據水利署水利規劃試驗所研究指出〔1〕，台灣河川或集水區整治可降低固態懸浮粒子之濃度，而污水下水道與處理廠興建將可減少污水直接排入河川污染水質，若能經過適度污水處理後再排放，將可大大提升河川的保育水量。都市化過度開發與水爭地此為目前嚴重問題，一個地區一旦都市化，森林、地被植物會逐漸減少，代之而起的是柏油馬路、不透水的人行道及停車場，使得大多數降雨無法入滲到地下，只能在地面流動，造成地面逕流量增加，引起水災的機會也自然提高許多。許多大都市均沿著河川發展，以往河川的洪氾區（洪水來臨時所淹沒的土地）被大量開墾利用，甚至蓋起大樓，與水爭地的結果便是洪水來臨即容易遭受水患。許多都會區窪地、濕地原本都是儲存地表逕流的地區，一旦被填平利用，洪水只能到處流竄，若防洪排水系統做得不完善，極易造成洪氾。 (三)污染改善與植生 河溪護岸或保護帶的植栽設計，可減緩河川兩岸土壤侵蝕，截蓄逕流並吸收灘地所流失之雜物，以此過濾水質，而植生保護帶的種植寬度，則取決於放流量及放流後之水質〔7〕。台灣主要河川中下游水域遭受到污染嚴重，尤其河川流經人口密集之都會區更嚴重，許多河川除肩負河防安全之排洪功能外，更要承擔都會及鄉鎮與污水之排放。尤其台灣地區目前除台北市等大型都會區污水下水道及處理設備較完善之外，其他縣市目前污水處理設備仍不完全，一般及家庭污水通常直接排放進入主要河川，造成河川水質污染及生態破壞。 根據經濟部水利署河川治理及環境營造規劃參考手冊指出〔2〕，河川環境營造計畫包括目標與規劃原則、營造課題研析、治理河段環境調查、水質與水量保全、河川環境使用分區、河川棲地改善與復育、景觀遊憩與親水等子題。本研究案例主要改善都市污水直接排放進入河川，與水質與水量保全、河川棲地改善與復育、景觀遊憩與親水等子題接近。河川植生具有讓動物生息環境、防止河床侵蝕治水機能及消除氮磷的淨化水質、與人類休憩與自然多元接觸的機會〔4〕，選擇能淨化水質之植物，除了吸收河川水域優養化原因及有機質外，更具有減緩流速、沉降浮游物質，達到淨化水質的效果。 三、八掌溪吳鳳堤段環境營造案例 嘉義市目前仍未設置都市污水處理設施，目前下水道仍然雨水及污水混流，且多數直接經由區域排水流入兩條主要河川朴子溪、八掌溪。由於八掌溪中游流經嘉義市南緣，嘉義市轄段連接包括後庄(隆恩圳)排水、湖內排水、鹿寮排水、南排水等區排，區域排水之污水均直接流入八掌溪造成污染。都市污水一旦進入河川區內，勢必造成水質及生態浩劫，最有效而徹底根治的方式，只有阻絕都市未經處理的污水進入河川。但是目前許多老舊都會區街廓已形成，客觀上已經無空間先處理都市污水再排放入河川，有鑑於河川污染日益嚴重，因此本工程案例介紹截流嘉義市吳鳳南路之下水道污水，利用八掌溪軍輝橋下游寬廣高灘地進行環境營造，規劃近似自然工程手段設置蛇籠和拋石，透過沉澱及礫間水質淨化再排放至河川。(一)工程案例說明 本工程案例於民國103年設計施工案例，主要利用重要河川環境計畫經費，由所轄河川局人員自辦設計監造，工程於103年6月開工、103年12月完工，總工程經費約600萬元(參見表1)。本工程除將開挖高灘地土砂併辦工程案標售(收入標)之外，並利用八掌溪上游支流澐水溪就地取材，掏篩淤積河床適當粒徑塊石，作為製作蛇籠及拋石材料節省成本，並以近自然工法之施工方式減少硬體設施，讓都市污水透過蛇籠間隙及拋石礫間滲流，達到沉澱和淨化改善水質，並輔以水生植栽來強化環境營造和水質淨化之效果。  河川環境營造需與生態結合，然而河川生態系是一個具有階層性的複雜系統〔8〕，各個層級內、層級與層級之間都具有錯綜複雜的交互作用關係；而此系統又屬於開放系統，會與外在環境、氣候間產生連結並互相影響。在動、植物族群層級上，各族群的出生率、死亡率與遷徙率可能發生變化，造成生物族群量的增加或減少、族群結構的改變，並影響物種的空間分布；各族群的變化會進而影響到由這些族群所組成的群聚結構，造成物種與物種之間相互關係的崩解與重新組合。 從河川環境營造的角度切入，生態工法設計之自然護岸，盡可能使用乾砌石或蛇籠等設計類型，再搭配喬木或草花、蔓藤類植栽設計施工較能符合一般大眾觀賞偏好之景觀〔9〕。根據以往棲地植生之研究〔10〕，對河川排水植生環境營造而言，乾砌石護岸、土堤護岸為最適合營造植生護岸的施工方法，箱籠、不織布植生袋與格框客土袋護岸次之；本案工程規劃設計階段就考量以近自然工法為出發點，綜合上述文獻提供之觀點，選擇拋石及蛇籠為簡單護岸植生工法，提供沿岸植物適宜生長的環境，並有計畫利用該區域原有之下水道放流口及箱涵等設施導引，減少設計硬體設施工程。並利用既有河川上游河床內之淤積卵礫石，掏篩適合規格、尺寸等材料進行蛇籠及拋石施工，節省工程經費及避免資源浪費。另本工程以河床內高灘地開挖多餘土石方併案辦理標售，再將開挖區設置沉澱池及礫間淨化池，輔以蛇籠及拋石等進行護坡施工，並利用蛇籠及拋石間隙將污水沉澱及淨化，最後再設計水生植栽等進行強化沉澱後之水質淨化效果再排放至河川，工程設計圖參見圖1、圖2。  工程開工階段適逢雨季，河川區內地下水位高不適合開挖沉澱池及不利採石區塊石掏篩工作，因此工程開工初期進行並不順暢。惟民國103年雨季台灣沒有大颱風入侵，因此雨季末期9月初河床高灘地已經可以進場開挖整地，至當年10月已經完全乾燥，不但塊石掏篩區域作業降低危險性，沉澱池工程開挖區域也順利出土。工程施工配合一方面出土、一方面進行蛇籠、拋石施工，主體工程於民國103年11月底順利完成，並於12月初進行污水截流蓄水，初期水位上升緩慢最後於工程完工前三天達到計畫水位，方能進行原設計水生植栽種植計畫，工程如期於民國103年12月10日完工，工程施工後期全景及蓄水如圖3、圖4所示。   四、水生植栽種植說明 本工程屬小型試驗性工程案例，工程設計階段並沒有針對下水道流入都市污水水質進行檢測，因此這樣的工程背景相對污水水質淨化，到底哪些水生植栽適合並沒有事先分析及認知？只能參考河川環境營造工程選擇適合水生植栽，再根據營建物價等資料，參考植栽種類市場流通性及市價等作為設計篩選依據。並評估以工程完工後的植栽撫育養護階段，進一步觀察與實證各種水生植栽適應及成長情形，來達成本工程最終的改善成效。(一)植栽種類說明 植栽選擇係根據財團法人台灣營建研究院2011年所出版公共工程常用植栽手冊(第四期)〔5〕，適宜種植水生植栽類篩選依據，篩選依據包括市場取得便利性、單價及耐候環境等考量因素。本工程選擇水生植栽種類以適合水濱及挺水性生長為主，選擇包括A類植栽計10種、B類植栽計7種，各種類名稱、數量及說明整理如表2。  水生植栽種植期間適逢枯水期，河川水位降低及下水道入流量較小，一度耽心沉澱及淨化池沒辦法達到工程設計水位，幸好水生植栽種植前水位有達到設計高程，使水生植栽種植初期受到水位影響因素降低。惟沉澱池設置完成初期尚未有淤泥、固態等有機質沉澱，多種沉水性水生植物也只能沿沉澱池周邊種植，對日後植物成長及環境適應產生負面影響。本案養護期間沉澱池水位有幾次因下雨上升，但原工程設計並未設置溢流口，沉澱池出水係透過蛇籠間隙滲流方式緩慢出流，致下雨後短時間內水生植栽會浸泡入水中，造成部分植栽種類存活情形不佳，尤其夏季雨季來臨沉澱池水位上升時間增長，對不耐浸泡的水濱植物種類影響更大。 依據水利署植栽種植及養護規定〔6〕，植栽工程應配合主體工程完工期限內完成，倂同並辦理初驗、驗收工作；養護工作除契約另有規定外，應於植栽後即日開始，並依天候及植物生長情況適時調整，以期植物能獲得良好之生長。水生植栽養護期限為驗收合格日起1年，並分成每三個月1期共計4期查核，除規定養護情形外並訂有存活率及養護期間補植相關規定。 (三)植栽適應及成長 植栽植生成果之判定並沒有特別標準規範，通常苗木類植栽成活達成率計算，而地被植物則以覆蓋率判斷〔3〕，本工程水生植栽則分別屬水生苗木和地被植物，因此參照該標準分成優(85%以上)、良(70~85%)、可(50~70%)、差(50%以下)來判定。根據本研究實際觀察紀錄，水生植栽種植初期各類植栽存活情形良好(85%以上)，多數植栽會有自我增生之特性，至民國104年2月工程完工後第一次遭遇大雨，沉澱池水位約有三天時間短暫上升，等待水位下降回到原來設定水位時，包括台灣萍蓬草、大安水蓑衣、黃花莕菜、毛蕨、水蕨等植物已有部分枯萎受影響(參見圖5、圖6)，成長成果判定為可(50~70%)，但多數物種仍然成長良好，如象草、水竹芋等泡水後成長情況反而更好，成長情形判定為優(85%以上)。 民國104年3月工程完工後遭遇第二次大雨，雖總雨量沒有特別大，但是這一次沉澱池水位上升持續約五天，包括第一次下雨淹水植栽種類如台灣萍蓬草、大安水蓑衣、黃花莕菜、毛蕨、水蕨等植物第二次泡水後生長情況更差，成長成果判定為差(50%以下)，多數植栽泡水後減少再生能力甚至枯萎死亡。然而卻有物種如水薄荷等泡水後雖然葉片枯黃，但會從根系增生許多新芽生長反而更茂密，成長成果判定為良(70~85%)；而空心菜等物種蔓藤會因淹水自行向水面及邊坡增生，成長情形判定為優(85%以上)算是對適應環境良好的物種。 本工程設計沉澱池之出流量乃利用蛇籠間隙緩慢流出，當下雨時都市下水道水量增加，沉澱池之入流量瞬間增加(雖然工程設計時有考量，但未設置溢流口)，沉澱池之水位會快速上升1公尺左右，即沉澱池旁種植的水生植物必須面臨水位上升1公尺的泡水時間，等入流量逐漸減少至小於出流量，沉澱池水位才會下降回到原來設計水位，這時水生植栽就必須承擔水位上升時間的淹水風險，參見圖7、圖8所示。  五、工程設計探討及水生植栽分析 (一)工程設計探討河川環境及水質改善之主軸在水與生態之總合體，在規劃設計上必須使河川整體及流域能充分調和，考慮流域之現地條件和都市現況等，以妥善使用河川空間，並須對河川空間作妥善的規劃與管理，使河川空間保育及利用得以適當發展繁演，藉由河川土地多重利用方式，可取得河川治理用地，兼顧民眾權益及提高土地利用。 河川區域內之高灘土地，並非完全不能利用或設置工程構造物，畢竟高灘土地仍兼具防洪時之水路，工程設施仍有阻礙水流之疑慮。透過蛇籠與拋石方式設置沉澱池與淨化池之方式，對河川的影響最小又無阻礙水流之顧慮；採用蛇籠與拋石取材方便之自然工法，來建構河川與溼地的藍帶網絡，串連都市綠地與濱溪林的綠帶網絡，擴大河川生態環境保護的效果與調適機會，為一種優生的自然工法選擇。 (二)水生植栽分析 都市污水主要以家庭污水居多，由於都市下水道多數為雨、污水未分流，最終大多仍未經處理直接排入河川，更增加污水處理之困難。由於家戶污水仍以廚房及浴廁化糞池為主要，污水中隱含有機質、油酯、鹽類及化學清潔劑等殘餘居多，對河川動植物生長有絕對的影響，加上台灣河川夏季及冬季雨量差異甚大，對淨化池水生植物生長影響非常明顯，更由於河川灘地具有原來優勢植物成長環境，環境營造工程完工後如銀河歡、毘麻、構樹、小花蔓澤蘭等會逐漸侵入水生植物成長環境，嚴重威脅水生植物生長，參見圖9、圖10所示。 本工程所種植兩大類水生植栽，若種植於一般河川水濱或水質水位穩定之區域應該可以成長、增生良好，但本工程淨化池之水質係由都市污水而來，水生植物之生長相對受到限制，加上環境中對河川高灘地中先驅植物生長有利，更造成水生植物生長環境受限。由於河川生物對環境變遷的反應不一，因此若能利用物種分布、生活史、播遷能力、族群變動和其他物種之關係等特徵〔8〕，找出對環境變遷下最敏感、或最易產生變化的物種，評估其脆弱度與風險，作為監測環境變遷及其影響之指標，有助於相關單位提出調適之因應措施，並使河川環境營造之效果更顯著。  六、結論與建議 都市下水道之污水屬高油脂及多固態懸浮水質，若沒有透過污水處理設備很難達到水質淨化的目的，但都市設置污水下水道及處理設備曠日廢時，對河川環境及水質淨化往往緩不濟急，如果以工程手段耗費少許經費，以近自然的手段亦可以達到水質環境改善之目的。本工程以河川高灘地進行水質改善為一權宜方式，除必須承擔大水河川水位高漲，淹沒沉澱池高灘地及土砂淤積的風險，對目前尚未完成都市污水處理設備仍為不得不的作法。本案選擇水生植栽前並沒有針對這些都市污水水質進行調查，事前更不能確切知道那些水生植物適合這一類水質淨化環境生長，經本工程觀察實證與一般認知水生植物成長環境及適應性確有不同。以本工程之特性為例，A類與B類等共17種水生植物，在本案水域環境及工程條件下，包括水竹芋、象草、香水蓮花、空心菜、銅錢草等，屬成長適應良好及自然增生的物種；腎蕨、毛蕨、袖珍睡蓮、大安水蓑衣、萍蓬草、荷花等，屬於適應不良及成長不佳的物種；其他如紫芋、水薄荷、台南飄拂草等物種雖然泡水後會枯萎，但日後會重新增生適應及成長情況中等。 以上結果推斷，淨化池設置入流量大時池水位會短暫上升，造成部分植栽淹沒在水面下，對沉水性或挺水性植物可能容許短期間浸沒在水中，但多數水濱植物或許本身不耐水下浸泡，或對污水水質環境耐受力差而造成死亡。因此，日後對水質環境營造工程之水生植栽選擇，應盡可能將植栽容許浸泡時間、耐油污或鹽類等因素考慮，尤其選擇水濱物種植栽更應考量水位上升變化，以避免植栽選擇後造成適應及成長不佳的情形。 參考文獻 1.水利規劃試驗所，2009，「雲林地區污水處理廠放流水再利用調查研究」，研究報告。2.水利規劃試驗所，2006，「河川治理及環境營造規劃參考手冊」，研究報告。 3.水利規劃試驗所，2009，「海岸植生調查與試種試驗規劃報告」，研究報告。 4.水利規劃試驗所，2011，「河川棲地復育規劃及推動」，研究報告。 5.財團法人台灣營建研究院，2011，「公共工程常用植栽手冊」，第1版。 6.經濟部水利署，2013，「水利工程技術規範-河川治理篇(上冊)」，研究報告。 7.植生綠化暨生態保育資訊網，http://minar.npust.edu.tw/vegetation/method. 2015.05. 22. 8.汪靜明，2003，，「后番子坑溪生態系統及其生態工法教育策略」，后番子坑溪生態工法教學活動設計研討會。 9.林信輝、劉儀如、黃秋萍，2006，「生態工法應用護岸與植栽類型景觀偏好之研究」，水土保持學報，第38卷，第1期，第31~54頁。 10.劉佳勝、林信輝、朱祐賢，2014，「區域排水整治環境營造與植生保育案例調查分析」，水土保持學報，第46卷，第4期，第1211~1222頁。 |
