生態工程...

國立中興大學土木工程系National Chung Hsing University

生態工程在水利工程之應用概況

中興大學土木工程系

陳榮松編撰


大綱

生物多樣性

什麼是生態工程

生態工程內容

河川整治之基本考量

日本農業水路生態工法之現況


Biodiversity

二十一世紀全球重大議題之一

預估2050年地球有1/4物種會消失

1992年地球高峰會議180國家簽署生物多樣性公約

定義：所有生態系中活生物體的變異性，涵蓋了所有從基因/個體/族群/物種/群集/生態系到地景等各種層次的生命型式。

工作項目：保育 / 永續利用 / 公平互惠

生物多樣性

影片 NKH特輯夢の新薬が作れない -生物資源をめぐる闘い (2010.10)

「生物資源」とは聞きなれない言葉だが、現在名古屋で開催されているCOP10 (第10回生物多様性条約会議）で主要なテーマになっていると言う（条約会議では遺伝資源という言葉を使用している）。


•保育我國的生物多樣性

•永續利用生物及其相關資源

•公平合理的分享由生物資源帶來的惠益

•提昇大眾維護生物多樣性的意識及知識

•參與區域和全球性合作保育生物多樣性

行政院生物多樣性推動方案


• 行政院農業委員會(以下簡稱本會)為貫徹生產、生活、生態三生農業政策，推動農田水利建設時兼顧提升農業生產、保育生態環境、維護生物多樣性及營造農村景觀，採取以生態為基礎、安全為導向之工程方法，減少對自然環境造成傷害，以達永續發展之目標，特訂定本要點

• 本會補助辦理之農田水利設施更新改善、農地重劃及早期農地重劃區農水路更新改善等農田水利建設，其規劃、設計、施工及維護管理，應積極考量生態工程原則，兼顧生態環境維護

行政院農業委員會農田水利建設應用生態工程規劃設計與監督管理作業要點

什麼是生態工程

緣起及發展

定義

為什麼要生態工程


過去河川溪流治理重點為：治水 / 利水 (太偏於以人的觀點)

忽略：親水(人) 觀水(人) 及活水

(以其他生物的觀點)

休閒/遊憩/景觀

其他生物共存共榮 / 生物多樣性

水/ 土/ 礦物/ 空氣/ 陽光/

缺乏：考量整體生態系統(生物網鏈/食物鏈)


緣起及發展1

過去常犯的一個通病

使用水利單位治水方式來規劃治理集水區及河溪

例如：(1)截彎取直：(基隆河…)(甚至加蓋等)(2)框束洪水：為保護兩岸農田及農宅，完全不

受水災而施以剛性防洪構造物(3)野溪坑溝水泥封底(溝渠化)

以上造成的缺點：集流時間縮短 / 下游洪峰量增加及快速到達 / 加大沖蝕能量 / 水中生物無處可躲

(4)陸地與水域切割：生物互動性/交流性降低


緣起及發展2

水泥化河道縱向及橫向阻斷生物活動各種物種生存環境破壞生物無法以此維生


自然的河道• 提供生物完整的棲地• 使物種豐富


對照

溝渠化整治：

生硬 / 不協調 / 排水功能

/ 與水爭地 /

考量當地景觀與生態的整治：

自然 / 協調 / 可及性/ 親水


日本玉川：

• 以近自然工法的概念，於低水流路中設置若干沙洲，以營造多變化之底床環境，改善生物棲息環境。

完工時完工一年後


日本貫川：

• 原有兩岸為水泥護岸且底床為平直無變化之渠底

• 透過近自然工法整治，將底床設計成有變化之形式

• 於低水流路以石塊堆疊增加水中生物棲地面積

• 於橫剖面營造高低變化之空間，產生不同水深之環境，改善各類動植物棲息環境。

改善前改善後


日本橫濱市排水路：

• 排水渠道整治前為梯形水泥護岸渠道，底床平直單調無變化

• 經於渠道中增設高灘地，並以塊石保護低水護岸，

• 另於低水流路中拋石，營造不同水深棲地環境，如淺湍、迴流等變化的水流環境。

• 經過數年後，高灘地的植物已生長茂密，為動物昆蟲提供一個極佳的生活環境。

改善前改善後


日本引地川：

• 該河川於改善前為一梯形斷面，底床平直單調無變化，河中生物種類較少。

• 經於天然護岸施放石籠並植生，且設置低水蜿蜒流路，形成不同水深之生態環境。

• 施工2年半後，高灘地的植物已生長茂密，為一生態環境豐富之區域。

改善前 1992 改善後 1995


工程生態

傳統工程• 以人類為中心思考• 生命財產的保障• 構造物使用期限最長• 經濟、便利、親水、景觀

生態• 以生命中心倫理思考• 以自律行為基石• 以生物系為範圍• 以永續生態系統為目標

定義


工程生態

生態工程：Ecological Engineering • 檢討傳統規劃設計理念與工法• 重新思考人與自然生態的關係地位• 以生命中心倫理思考、自律行為基石、生物系為範圍、

永續生態系統為目標

生

態

工

程

定義

定義 (名詞)

近自然工法

自然工法

自然生態工法

生態工程

Def : 只要不破壞、或減少破壞、或可維護自然生態之人類創造加工的工程方法謂之。


相關學科

自然與生態

自然(Nature) (Environment, Landscape, Work)---------------人類

生態(Ecology) (Ecosystem, Habitat, Structure, Function)---生物

生態學(Ecology)：生態系之結構與功能

生物與環境之關係

生態系(Ecosystem)：相對穩定之生物群系共同作用系統



定義(河川生態)

木本植物草本植物水生植物

微生物昆蟲肢節類

水生動物魚類

兩棲動物

動物

鳥類

定義（鼻祖）

自然工法乃源自於歐洲德國及瑞士

1938年Seifer首先提出「近自然河溪整治」概念

在完成傳統河流治理任務的基礎上，可以達到接近自然、廉價並保持景觀美的一種治理方法

使人類從物質文明到文化文明、從工程技術到工程藝術、從實用價值到美學價值，同時特別強調河溪治理工程中美學的成分。

至50年代德國正式創立了「近自然河道治理工程」，提出河道的整治要符合植物化和生命化。


定義(生態治理之精神)

自然景觀的管理工程。

1993年5月在美國舉辦的生態工法研討會中定義：

「The design of sustainable ecosystems that integrate

human society with its natural environment for the benefit

of both」(Mitsch，1996)。

因此生態治理之精神可歸納如下：

（一）尊重自然環境原有之多樣性。

（二）依照現存之自然條件，建設一個具備良好水循環及安全的溪流環境。

（三）不只消極的保護，更應積極地使自然環境再生，創造出水與綠之生態網。


定義(官方版本:生態工程之內涵)

公共工程委員會會議折衷版定義：

基於對生態系統之深切認知與落實生物多

樣性保育及永續發展，而採取“以生態為

基礎，安全為導向”的工程方法，以減少

對自然環境造成傷害。


為什麼要生態工程

狹隘的

維持資源永續利用

人類得以生生不息利用萬物

大地萬物為我所用

廣泛的

保護地球生態系統完整與平衡


非生物自然環境(水土空氣陽光礦物)

生物性自然環境(魚蟲鳥獸植物微生物)

非自然環境存在之人為構造

(混凝土構造 ,基因食品 ,汽車 ,塑膠等)

人

(水土保持)生態工程構造物設計五原則

規模最小化…經濟 / 擾動少

斜面緩坡化…低矮化 / 阻斷少

構造透水化…多孔 / 水滲透

表面糙度化…景觀自然 / 生物攀爬活動容易

材料自然化…經濟 / 景觀 /生物生存空間營造 /污染低/壓迫性低


生態工程規劃設計需要哪些人才參與

水土保持技師/水利技師/環工技師/土木技師

水文專家/地質專家

生態學專家/棲地/生物/植物學/動物學

景觀及環境規劃專家

其他(歷史/考古/經濟/法律/地方領袖等)



河川整治之基本考量

因應生物食物鏈關係，河川基地要多樣化

1. 食物鏈

植物落葉

果實

糞

糞

魚蝦昆蟲

樹

微生物

動物

爬蟲

人鳥

排泄或屍體


2. 河川多樣空間--河川形狀多樣化

安全空間：洪水安全區域

不同生物：蝦、魚、昆蟲、幼魚、成魚

同生物不同生長階段：幼蟲、蛾

同生物同階段，不同活動：尋餌、產卵…

：脫殼

水水質水量

空間河床河岸高灘地構造物植生帶

多樣化河道材

浮石沉底石灘潭滯水區彎蜒河畔林河岸植物帶

多樣化生物

藻類植物類底棲動物昆蟲類魚蝦類鳥類爬蟲類哺乳類

‧

‧

河川自然環境之構成


3. 確保連續空間--河川上下游連續，河川內外水陸域連接

上下游連續：高壩等橫越構造物思考

水陸連續：護岸、堤防思考

幹支線河川連續性

水田、埤塘、樹林之連接

主流與靜止蜿蜒水域之連接

4. 保全特別關注之生物

稀有生物保育：櫻花鉤吻鮭

具有生態指標生物保育：螢火蟲

5. 確保水循環功能--涵養水源

不要阻斷水之自然循環


水柳海桐赤楊

Bank 0.5m

莎草科禾本科

Bank : 1-0.5m

蘆葦/水燭/石菖浦(減緩水流/固床/固岸/防止沖刷)

deep : 1-3m

銀蓮花/青萍/萍蓬草(堆積泥沙功能/

水體便淺/溼地)

Bank : 3-7m

金魚藻/水車前(減緩水流/固床/易淤沙)

生態工程規劃設計原則



野生動物棲息地空間的創造或保留

中途島: 水深:1-2m 離岸:4-5m

寬度:4-5m


低水渠道

基本流量保留 (生物基流量)

護岸工多用自然材質植物保全



低水渠道/基本流量保留 (生物基流量)/緩坡化/植物/



河岸保護工生態規劃設計示意圖


考慮景觀問題都市水岸(基隆河/美倫溪/冬山河)

防災/遊憩/親水/運動

森林野溪(武荖東坑/七家灣)

防災/生態保護/生態旅遊/休閒遊憩/親水/fishing/

親水/遊憩/觀光/生態旅遊

水元素：變化多(動靜/聲音/光影/溫度/造型)

噴泉/湧泉/落水/瀑布/水濂/池/潭/漫流



照片10 仿自然混凝土塊施工過程

仿自然混凝土塊，中空填土植生，有天然石縫之功能，值得採用以下照片為某一產品在組模到施工後各階段照片，從一年後結果，與自然堤岸相似，故推薦可採用類似產品。

1.製造過程 2.混凝土塊 3.一個月後

4.一年後 5.近照情形-1 6近照情形


日本農水路生態工法之現狀


現行之灌排水路


魚巢塊


掉落水路之生物得以逃脫的水路

使水流產生變化的淺灣


可逃脱的水路


確保移動之連續性的魚道


二段式水路

生態保育池

由於照明的燈桿比高欄突出，故照明的範圍亦廣及橋樑外。

為了不致影響到天鵝鳥巢，採用了照明不會及於橋外的高欄照明方式。


邑知潟天鵝鳥巢邑知潟天鵝鳥巢

[一般性的照明] [考量天鵝鳥巢的高欄照明]


日本2014年因野生動物撞擊導致列車停

駛，或延誤逾30分鐘的交通意外高達543起，為歷年最多。意外撞擊列車的動物之中，鹿占全體的7成，野豬占2成。

対策：動物が線路を横切れる道を意識的に作ること。超音波が効果を発揮します。電車が

通過する少し前に鹿が嫌う音を出して線路上に居る鹿を線路外に出します。電車の通過なしの時間帯は、ユーソニックの動作を停止して、鹿を自由に通行させる「鹿の踏切」を提案する。

鳥獸對策裝置超音波，對山豬、鹿、猴、烏鴉、熊，白鼻心等害獸有明

顯效果

他們聽說「鹿討厭人類氣息」，便向美容院要了頭髮，放在洗衣袋內掛在鐵軌旁，卻反而引起動物的好奇心，第一天就召來大量鹿群。

在鐵路沿線設置約2公尺高的鐵柵欄。撞擊事故一度減少，但隔年再度增加。負責人解釋：「鹿也會學習，牠們後來改從沒有鐵柵欄的路段繞進來。」一旦進入鐵軌，列車逼近時，鐵柵欄反而阻礙逃生，導致撞擊事故增加。


【研究背景】所謂的ＰＯＣ

●壓縮強度 10 N/mm2以上

●空隙率 21～30％

植物

生物連續孔隙

●多孔質混凝土（Porous Concrete，簡稱ＰＯＣ）


３號ＰＯＣ６號ＰＯＣ

（骨材20～40mm）（骨材：5～13mm）

土壤充填

孔隙粗骨材椰子纖維網

農業工學研究所農村環境部生態工學研究室

鹿島建設（株）

住友大阪水泥（株）

ケミカルグラウト（株）


ＰＯＣ水路ＲＣ水路

斷面


※動植物繁殖良好

剛施工完成施工１年後

生態工程...

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