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若大禹再世(二):森林保育 治水,從頭開始!

本文由科技部補助,泛科學獨立製作

林業試驗所集水區經營組黃瓊彪組長(圖片來源:作者自攝)

林業試驗所集水區經營組黃瓊彪組長(圖片來源:作者自攝)

陳妤寧 | 台灣數位文化協會

水土保持牽涉的面向廣袤,如果聚焦於「上游」來研究集水區經營對水災、土石流的影響,森林專家對此會有什麼觀點?本篇專訪中,林業試驗所集水區經營組的黃瓊彪組長,扎實地解釋了集水區經營森林的學問、森林又如何影響逕流和崩塌;治山與治水何者為先?而台灣的環境保護策略又有什麼盲點?即便是在風調雨順之年,臺灣人也不能淡忘土石流帶來的危機。

林業試驗所有鑑於自光復初期至民國70年之間,台灣的水土保持問題日益加劇,故而於民國76年設立了「集水區經營系」,專門從事集水區水土資源保育之試驗研究工作。其下有森林水文研究室、水化學研究室和防災研究室,森林水文研究室負責森林土地上的水文氣象,水化學研究室著重於水質在自然與人為情況下的變化,而防災研究室關注於因自然或人為因素所造成的土壤沖蝕及崩塌問題。

試驗集水區的研究方法

黃組長解釋,「集水區」作為一個土地單元,範圍是隨出水口的定義而變化的;出水口可以定義在水系上的任何節點,而該節點上游以上所涵蓋的流域,即為其「集水區」。因此集水區可大可小,規模可以大如淡水河流域,也可以小如石門水庫集水區。或著根據不同的用地性質,定義農地集水區、森林集水區、水庫集水區、都市集水區(例如愛河)等等。

林業試驗所會在特定的小範圍集水區內進行試驗,觀察試驗前後水土特質的變化。例如在兩個先天條件非常類似的集水區進行控制組和對照組的實驗,即所謂「駢對集水區」。首先蒐集降雨、逕流等各種基本資料,再於控制組進行伐木或造林的試驗,觀察水質會如何變化?逕流量會增加或減少?而對照組的功能在於凸顯控制組呈現出的變化、排除實驗變項以外的自然變化。

由於林業試驗所的所轄範圍不大,試驗集水區的面積約在數十公頃以內(1平方公里=100公頃)。雖然可試驗的範圍小,但對於掌握土壤和水文特性較為容易,在調查降雨量、逕流率、滲透量、幹流量等不同參數之後,再以「由小見大,具體而微」的方式,乘上轉換率來推算大規模集水區的狀況。轉換計算除了面積要素之外,也會納入大小集水區之間集流時間、洪峰時間的差異。

逕流量大還是小才是好?

森林可以增加保水能力,這是大家都知道的常識。不過除了滯留雨水的功能之外,樹木自身的生長也會消耗大量水份。當珍貴的水資源從天而降時,究竟應該優先餵給森林,還是索性鋪上塑膠布、搶在雨水滲入土壤之前蒐集100%的雨水供人類使用?

林業試驗所在埔里的蓮花池研究中心曾研究小規模「皆伐」(指全數砍伐)對集水區的影響,結果年度逕流量增加約20%。不過不僅流出的水量增加,每小時的尖峰逕流量也增加了,這代表水來的快去的也急,加劇溪水暴漲、土壤沖蝕。相反地,在樹木覆蓋率較高的集水區,尖峰逕流量的上升下降曲線較為平緩,意即在暴雨之後釋出的逕流量緩慢而長久,到一週後仍有適量的逕流釋出,這樣的形態很適合人類取水使用。森林的逕流率大約是在 50% 至 75% 之間,如果是草生地視狀況其逕流率約比森林地區稍高。若經人為開發或形成崩塌地,其逕流率可上升至 85% 至 100%。

我們也許會希望可以一網打盡每次降下的水資源,但水庫不一定具有相應的儲備容量。為此,颱風來臨前水庫必須估算預先洩洪的程度,即使雨後無法儲存到預期中的水量,也必須這麼做以防止溢壩危機。雖然洩洪聽來令人惋惜其中的水資源,但其實洩洪也兼具了排沙的好處,而且近年來預測技術的進步已經讓洩洪量的估算越趨精準。

水土保持之間的交互作用

如果尖峰逕流量極端化,不僅對人類集水用水不利,對於自然環境也有許多負面作用。首當其衝的便是因劇烈沖蝕引起的土壤劣化問題。黃組長解釋,土壤的形成需要上百萬年才能累積兩、三公分,但被暴雨沖走卻只需要一、兩分鐘。

土壤沖蝕引起的後遺症可說是牽一髮而動全身,除了下游淤塞、水庫優養化,土壤中有養分的腐植質也會被帶走,當農地土壤失去了生產力,伴隨而來的往往是為生產而大量使用肥料和農藥。肥料只能為土壤帶來暫時的表面養分,植物沒有良好的抵抗力,於是農藥也隨之加入,衝擊當地生態。黃組長表示,原本在海拔七、八百公尺以下才會出現的小果蠅,現在 3000 公尺的高山也開始現身了,就是跟著做為肥料的雞糞一起上去的。「阿里山的山葵種植地一整片白白的,就是混了雞羽毛的雞糞肥。」

水和土之間的問題複雜交織,那麼從人類的角度而言,究竟治山還是治水優先?黃組長認為,水的「個性單純」:哪兒有路就往哪走,沒路可走自然氾濫成災。但在有人類活動的地方,不論是建物、道路或是農地都可能阻斷水路;因此,若先處理土地利用的問題,不過度開墾、不逆水性而行,水的問題自然可獲得解決。

那麼,上中下游應該優先治理哪個區塊?黃組長認為從上游下手才是「治本」的作法,如果上游已經崩塌得一塌糊塗,那麼下游只能把堤防越建越高,消極抵擋洪水和泥沙。以八八風災後的林邊溪為例,河床一夕之間增加十幾公尺,都是從山上崩塌而來的土沙堆積而成。興建堤防,可謂防不勝防。有些沿海地區地層下陷嚴重,例如屏東林邊鄉一帶沿海地區,有些地段之地勢已經比海平面更低,這種時候一旦下游發生破堤將更加危險,「低窪地區瞬間就會變成滯洪池」。

森林經營的學問

森林為何要經營?既然森林無限好、不是種越多樹越好嗎?事實上,為了預防崩塌,有些條件好的林地反而更需要經營、甚至「疏伐」。黃組長解釋,很多樹木生長良好的天然林,反而是暴雨來臨時崩塌得最劇烈的地方!這是因為天然林往往都位處坡度平緩、土壤深厚、養分和水份都充足的地方,在森林規模尚小時一切平安,但當林木和根系的重量逐漸累積使得土壤「超載」,一旦此時發生地震或強降雨,就容易發生超大型崩塌,規模更甚「每次都會崩一點」的過度開墾區。像八八風災的小林村、五峰鄉,都是這類深層滑動型崩塌的例子,其中當然脆弱而破碎的地層結構,也是重要禍首之一。

為了處理「不崩則已,一崩驚人」的林地,當樹木長到過於密集時應進行「疏伐」,增加平均每棵樹可生長的面積,或著以「擇伐」除去部分不健康的樹木,促進整體森林的健康生長。而砍伐掉的樹仍然有其經濟價值,例如做為紙漿用材。黃組長表示,森林對水源地保育固然有無上的價值,但只要能永續經營,按照適宜性區分土地的不同用途,林地仍然可以發揮其經濟價值,提供人類使用。但在某些保留區,樹木種類的經濟價值其實不高,反而具有生態多樣性的保育價值,例如福山植物園。

另一方面,為了處理水庫面臨的水質難題,翡翠水庫從一開始就規劃且嚴格執行「水庫保護帶」具體的經營管理辦法:在水庫滿水位以上的集水區四十公尺的水平距離內範圍,全部劃設為保護帶並密植造林,建立過濾緩衝帶,已經有效減少將近九成的泥沙、農藥或其他污染物,水質全台第一。

經濟發展和環境保護的「雙輸」

臺灣的年降雨量(高達2515mm)事實上約為全球平均的 3 倍,但是坡陡流急的地理條件使得大部分的降雨直接流入海中,同時因為地狹人稠,臺灣的每人每年所分配到的水資源(降雨量*國土面積/人口數)僅有 3,950 立方公尺,約為全球平均的七分之一而已。

為什麼臺灣的水資源如此匱乏、每人可用水量約為全球平均的七分之一,大家仍然若無其事?黃組長強調:「太便宜的水價有很大的責任。現在一噸的原水只要七、八元,如果一瓶 500ml 的礦泉水以十五元計算,同樣的水量價格至少要三萬元。七、八元和三萬元之間的落差令人匪夷所思。而某些食品服務業從開工打開水龍頭之後,為了『衛生考量』一整天都不會再關上,水價補貼的政策亟需重新設計思考。」

犧牲自然環境,其實未必會為經濟發展帶來好處。黃組長說,在民國 80 到 83 年他擔任福山植物園分所長時,烏來福山村與宜蘭員山鄉的哈盆溪谷地,一度面臨開發危機。「哈盆溪是原生林帶,而南勢溪是大台北最後的水源地。如果翡翠水庫仰賴的北勢溪不敷使用,那麼南勢溪就是最後不得已的唯一水源了。」如果開拓了連接烏來福山村與宜蘭員山鄉之間約五十多公里長的公路,台北人可以更便利的到宜蘭遊玩,員山居民也望可賺一筆觀光財。「但事實上這段路不過五十多公里,遊客迅速的經過後就可直接到夜生活更為發達的宜蘭市或礁溪鄉住宿,山林除了垃圾、噪音和空氣污染之外,能夠獲得的經濟利益恐怕微乎其微。」

黃瓊彪組長主張以科學的作法,有條件也有效地開發土地、讓地盡其利,同時也不希望社會為了短期利益,忽略未來大自然反撲時,對於身家財產、產業經濟更難以計算的災害。假若開發自然環境可獲得的經濟產值為五億元,當水土保持崩潰、水資源受污染、土壤崩塌,造成的災害恐怕連五百億都不只。差別僅在於後者由全體納稅人共同承擔,和口袋裡的錢相比容易讓人麻痺。山坡地濫墾濫伐帶來的災害,全面地影響著我們的生命安全、生活品質、以及經濟收入,無人能自外而獨善其身。(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

 

本文原發表於行政院科技部-科技大觀園「專題報導」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

 

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