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水利工程非萬靈丹

人間福報_96
・2012/06/25 ・1577字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 541 ・八年級

文/羅智華

防水患需因地制宜

梅雨季鋒面帶來的連日大雨,讓台灣從南到北都降下了驚人雨量,許多低漥地區頓時成了「水鄉澤國」,而首善之區的台北都會區也不堪瞬間豪雨肆虐,就連熙來攘往的交通要道基隆路也頓時成了「基隆河」,不少人苦笑自己上班就像在「渡河」般辛苦,而眼看颱風季節又即將來臨,更多民眾擔心的是如何避免水患發生,不要讓「我家門前有小河」的窘況一再上演。

為何每逢大雨就成災?看到電視新聞播放一幕幕災區街道因大雨而成「水道」的畫面,讓不少受過水患之苦的民眾都忍不住質疑台灣水利工程排水成效究竟出了什麼問題,導致豪雨一來就「作大水」。

對此,成功大學特聘教授、同時也是水利及海洋工程學系主任詹錢登表示,ㄧ般人對水利工程往往都存有錯誤觀念與迷思,認為只要蓋了水利工程就可以「永保安康」、水患不會來敲門。事實上,這還關係到所降下的雨量多寡,以日前因鋒面影響而降下的豪雨來看,動輒超過 200 毫米的驚人雨量,即使是先進國家的水利工程設施都不一定能耐得住瞬間降下的暴雨。

他以之前發生的泰國水患為例,當時就持續好一陣子仍積水未退,相較之下,台灣的水利工程品質已經算是不錯,像「員山子分洪道」的完工就為基隆河打下重要的水利工程基礎,讓基隆河兩岸的淹水情況比過去改善許多,不會一下大雨就鬧水災。

「水利工程並非防水患的萬靈丹,而是要從多方面向整體考量才能減輕災情,」詹錢登強調,回歸基本面來看,水利工程目的是希望透過硬體設備的強化來提高排水能力、降低水患發生機率,但並不代表只要政府砸上百億元興建水利工程就能確保萬無一失,因為一旦降雨量超過水利工程承載量時,一樣有可能導致積水或淹水等問題發生。

他有感而發指出,要預防水患發生,並不是一味將堤防愈蓋愈高、或花大錢拚命蓋工程就可以,而是要保留公共低漥地、打造疏洪區,讓水有路可走;就像古早時代的老祖宗會在山林間打造梯田、水塘,讓大雨來臨時可以作為暫時的「蓄水池」,避免大水一下子就淹到民宅、造成傷亡損失。

而這樣的先人智慧也可運用在現代社會裡,對於地勢較地窪的地區要採取「非工程角度」來思考,因為「水往低處流」是亙久不變的真理,所以低漥地帶要規畫疏洪區讓大雨有「容身之處」,讓水不會立刻就往外流到市區、導致水利工程與防災規畫成效打折扣!

打造水患預警系統 規畫防災地圖

「防災規畫應該因地制宜,不能把所有地區都套用同一套防洪與防災標準,」詹錢登表示,每個地區地勢高低與地形環境各有不同,本來就應該視地形環境差異而量身打造,像台北本身由於是盆地地形,先天上就容易發生積水情況,因此保留疏洪區是不可少的基礎水利設施,像二重疏洪道的規畫就是將過多的雨水疏導至二重溪,流入大海。

詹錢登表示,「有時候水患不見得與硬體水利工程品質有關,而是人為因素所導致。」他以此次台北市文山區淹水為例,其主因就在於人為疏失,因為值班技工操作不當,將應該打開的水門關起來,導致大雨排不出去,造成涵管水壓太高而爆裂,形成淹水窘況。類似這樣的情況也意味著水利工程人員需再加強訓練,才能避免在緊要關頭出差錯。

而這也凸顯出軟硬體設備與資源雙管齊下的重要性。面對日益劇烈的氣候變遷與強降雨,相關部門在規畫水利工程時應該更有「遠見」,不能短視近利。他建議,政府當局應建立一套「防災地圖」,掌握每個縣市的低漥區有哪些,哪些區塊排水不良等,除了興建應有的堤防、擋土牆、水道工程外,建立「水患預警系統」亦不可或缺,他強調政府須把這些項目都一併納入都市規畫藍圖中整體考量,才不會陷入「顧此失彼」的窘況。

不只如此,推動防災教育、設計撤離動線亦是必要之務,他表示平日就要做好民眾與學生的防災訓練,讓大家可以預先準備才能「未雨綢繆」,了解水患發生時該如何安全撤離、有所因應,為大台北防洪計畫。

原文發表於人間福報 [2012-06-22]

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加州限水、臺灣沒雨,與氣候變遷有關嗎?
阿樹_96
・2015/04/13 ・1741字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 560 ・八年級

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

編按:今年3/31師大曾召開記者會,並發布新聞稿詮釋兩則師大學者參與的研究,惟因多數相關報導未說明兩項研究發現之關連性或差異性,筆者團隊重新訪問了黃婉如助理教授,並撰寫此稿以釐清科學事實。

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全球變遷與極端氣候的關聯,是現在科學家努力探討的議題。

當臺灣正面臨67年來最嚴重的旱災之際,北美加州在近年來也面臨了空前的旱象,當地政府甚至於今年度破天荒地開始進行限水措施。有鑑於各地極端氣候變異現象頻頻發威,了解其形成原因更顯重要。而國立臺灣師範大學地球科學系的助理教授黃婉如近期所參與的兩項研究,正是針對全球氣候變遷如何影響北美、臺灣近來的極端天氣現象做進一步的探討,其研究成果已分別刊登在英國皇家氣象學會的《大氣科學快報》與《國際氣候期刊》上。

猶記近兩個冬季,美國東部受到低壓的影響,飽受極端低溫的侵襲,如今美西也受上方高壓影響,正面臨百年大旱。黃婉如助理教授與美國猶他州立大學的研究團隊利用電腦模擬分析,發現在化石燃料造成的全球暖化影響下,將會增強上述大氣環流變異的強度,並造成北美的極端氣候變異加劇。此研究的主要作者,猶他氣候中心副主任、旅美臺灣學者王世宇教授認為,此研究最主要的貢獻,就是利用氣候模式所模擬的結果去找出影響北美極端氣候變異加劇的主要成因。

「偶極」結構
「偶極」結構為圖中高壓(H)和低壓(L)伴隨出現的大氣狀態。研究指出,偶極結構造成的影響可能會因全球暖化更加強烈,將可能會造成美東極冷、美西極乾。

另一方面,臺灣正面臨大旱,也在4月份開始進行第二階段限水,那這樣的極端氣候變異與上述的北美大氣環流變異現象有關嗎?很遺憾的,北美與臺灣地區的大氣環流特性大不相同,無法直接作比較,但若從黃婉如的研究團隊在去年針對「過去20~30年間,臺灣5、6月(梅雨期)的降雨特性」所做的統計分析,也發現近30年來臺灣梅雨期的降雨型態有在變動的趨勢。研究發現,由鋒面所帶來的降雨天數逐漸減少,而午後對流的降雨天數與降雨強度則有增加的趨勢。目前,雖然無法直接解答此研究所發現的「鋒面降雨天數減少現象」與今年乾旱是否有關,但至少從天氣型態不斷變化來看,我們應正視氣候變遷對民生的影響。

上圖(a)為典型鋒面降雨(Frontal convection event, FC event)發生時的雲圖,(b)則為局部對流(Diurnal convection event, DC event)發生時的雲圖。右圖統資計料為每年5、6月期間兩類型事件發生頻率的消長變化。可發現FC event的頻率有降低、而DC event頻率有升高之趨勢。
上圖(a)為典型鋒面降雨(Frontal convection event, FC event)發生時的雲圖,(b)則為局部對流(Diurnal convection event, DC event)發生時的雲圖。右圖統資計料為每年5、6月期間兩類型事件發生頻率的消長變化。可發現FC event的頻率有降低、而DC event頻率有升高之趨勢。

從氣象局的網路資料可見,在臺灣一般將5、6月視為梅雨季,而梅雨期間臺灣最主要的降雨來自於在春夏交替時,因冷、暖氣團勢力僵持不下所形成的滯留鋒所帶來的降雨。而因每年冷、暖氣團勢力不同,滯留鋒出現的位置與時間並不固定,所以可能會往南或往北振盪、也可能會較早或較晚才開始影響臺灣。但就觀測資料發現,近30年來冷、暖氣團的勢力皆有向北移的趨勢。若由此推測,梅雨鋒面活躍處的位置應該也有北移的趨勢。倘若此氣候趨勢不變,則代表未來梅雨期間鋒面降雨對南臺灣的影響可能明顯較北臺灣小,而這對解決目前旱象並無幫助。此外,若再加上「強降雨事件增加,大水可能導致沖刷大量泥沙增加水庫淤泥」的考量,這方面也是不利於水庫蓄水。

春夏之際滯留鋒對東亞各地影響時間的差異比較,圖片來自維基日文。
春夏之際滯留鋒對東亞各地影響時間的差異比較,圖片來自維基日文。

總之,雖然我們對氣候變遷的複雜行為尚未參透,但對此必須呼籲各項民生相關單位應正視氣候變遷的相關議題,以因應趨於頻繁的極端天氣。

感謝支援本文的相關採訪工作的Pansci實習編輯張鳳茹、Xmallwolf協助!

本文同時發布於作者部落格地球故事書

延伸閱讀:

關於鋒面by氣象局

關於梅雨by氣象局

師大新聞稿:地科系參與國際研究 解釋極端氣候變異增強趨勢

阿樹_96
73 篇文章 ・ 18 位粉絲
地球科學的科普專門家,白天在需要低調的單位上班,地球人如果有需要科普時時會跑到《震識:那些你想知道的震事》擔任副總編輯撰寫地震科普與故事,並同時在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科大小事。著有親子天下出版《地震100問》。

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地震預報錯誤,你生氣嗎?
陳 慈忻
・2012/11/26 ・1322字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 545 ・八年級

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台灣地震預警技術的起源要從1986年說起。那年,花蓮東方海底發生芮氏規模6.8的強烈災害地震,雖說震央是在花蓮地區,但是災情最嚴重的地方卻在距離花蓮120公里外的台北地區。

科學家知道,地震發生時所釋放的波動包括波速較快的P波和破壞力較強的S波,由於兩者的快慢有別,先抵達測站的P波正好可以做為地震預警的依據。在1968年的花蓮地震中,台北距離震央夠遠,伴隨強烈震動的S波在地震發生後30秒才抵達台北地區,警示了地震預警技術在台灣發展的可行性。

這短短的數十秒來的及防止地震帶來的災害嗎?在美國、墨西哥、日本多國的經驗中,數十秒的時間在預警系統完備的狀況下,能提示火車減速停止,避免脫軌造成的傷亡;將電梯停到最近的一層樓並敞開電梯門;停止重要工業廠房的機具運行,降低地震後須付出的鉅額成本;甚至可以發出簡訊,提示民眾儘速尋找合適的避難地點,在日本的311大地震中,他們做到了。

你也許會想,這麼重要的科技發展,隨著地震測站設立更多,就能夠有更快速的地震預警吧?事實上,這正是地震預警技術的瓶頸。

為了在有限時間裡達到最充分的預警效果,科學家一方面需要努力縮減運算的時間,另一方面也要同時分析來自不同測站監測到的P波,才能提升運算結果的準確度。儘管研發監測、運算技術,可以達到進步效果,但資料的準確度與節省時間始終是衝突的,運算越多測站的資料交互比對就越準確,但運算時間也越長;要是為了迅速判斷而減少運算的資料,誤判的可能性便會增大。

如果你是專家,你會選擇只發布最肯定的預警,但須面臨漏報重大地震的風險;還是發布所有具可能性的地震預警,萬一有感地震沒有真的發生,硬著頭皮面對社會的輿論壓力?

讓我們看看上個月義大利沸沸揚揚的新聞吧,2009年義大利的拉奎拉大地震前,七名科學家誤判不會發生嚴重的地震,甚至聲明「民眾可以安然地在家喝紅酒」,而今兩年過去了,法院作出判決,認為七名科學家的疏失為「過失殺人」。

反觀台灣,我們因為氣象局發布颱風警報,卻沒有真的發生豪大雨而抱怨,就連縣市政府誤放的「颱風假」,也是社會的批評焦點。如果我們了解當前科技的侷限,所有的防範都是希望將傷害降到最低,就需要在災難之前做好防災演練,知道預警發生時應當如何進行避難措施,要是預警後災難沒有發生,不也是一件值得慶幸的事情嗎?

(本文原發表於行政院國家科學委員會-科技大觀園「科技新知」。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!)

資料來源:台灣大學地質科學系 林挺立博士、吳逸民教授,地震預警技術之發展。

陳 慈忻
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在丹麥的博士生,專長是用機器學習探索人類生活空間,正在研究都市環境變遷與人類健康的關係。曾擔任防災科普小組編輯、社會創新電子報主編。

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牽一髮動全身,南太平洋升溫帶動夏季降雨量增加
人間福報_96
・2012/07/25 ・1805字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 568 ・九年級

六月中旬的梅雨鋒面讓台灣從北到南都感受到雨神的威力,尤其降下的驚人雨量更令許多低漥地區都 「泡在水中」,一波波的豪雨肆虐使得車潮眾多的交通要道成了一條條水淹及膝的「河道」,讓望雨興嘆的市井小民苦不堪言,不禁想問為何老天爺的雨勢來得又大又急!

普羅大眾的疑問也是學者專家長年以來一直想探究的問題,不少大氣學者都曾提出氣候變遷可能導致「大雨增、小雨減」的現象發生。像是國科會去年發表的「台灣氣候變遷科學報告」中就明白指出,從台灣長期氣候觀測紀錄數據顯示,國內近50年來的降雨特性已和以往有所不同,雖然降雨天數比過去減少許多,但下豪大雨或暴雨的次數卻是一年比一年增加,這也意味著台灣未來可能得面臨「旱澇交替」的極端氣候型態挑戰。

事實上,不只氣候專家憂心忡忡,地質學者與國際團隊也透過南太平洋微孔珊瑚的鍶鈣比值變化,重新建構南半球海水表面溫度紀錄與氣候變化模式,結果從中證實台灣夏季降雨與南太平洋海溫變化的確有其關連性。

台灣大學地質科學系教授沈川洲表示,海洋與氣候變遷的關係向來密不可分,加上南太平洋又是全球面積最大的海洋,因此該海域一直是不少大氣學者的重要研究範圍。像是中研院與台大大氣系合聘教授許晃雄與中央氣象局技正陳雲蘭去年發表的研究成果,就是從近百年來的觀測數據中分析出台灣與韓國、東南亞島國的夏季降雨和南太平洋海溫具有同步變化的特性。

為進一步了解海溫升高與降雨增加的關聯性,台大地質團隊與美國路易斯安那州立大學研究專家攜手進行跨國研究,前往南太平洋阿美帝島鑽取5支微孔珊瑚的岩芯,再結合「鈾釷定年技術」來量測珊瑚年齡,歷經七年研究時間,終於從微孔珊瑚骨骼鍶鈣元素比值的分析中,重新建構出從南太平洋350年來(西元1649到1999年)的海水表面溫度變化資料,研究成果已經刊登在「Nature Climate Change《自然氣候變遷》》期刊。

為何從「鍶鈣比值」可以測出海水溫度的變化?沈川洲解釋,珊瑚骨骼「鍶鈣比值」是一種溫度的函數,科學家研究發現,每當海溫增高1℃,就會導致珊瑚骨骼中的鍶鈣元素比值減少0.8%,換言之,我們可以將珊瑚的「鍶鈣比值」當作是一種「天然海水溫度計」,加上微孔珊瑚壽命可長達千年以上,亦有利於研究團隊觀測長期的海溫變化。

宛如海水溫度計,珊瑚鍶鈣比可測溫度變化

然而,想重建出南太平洋數百年來的海水溫度資料模式可沒我們想像中那麼簡單,得透過「鈾釷定年技術」逐年地慢慢測量,因此研究團隊光是為了量測珊瑚年齡大小就花了幾年時間,是一項相當耗時費力的研究工作。

不過,看到這裡,多數人可能對「定年」這兩個字覺得有些一頭霧水。對此,沈川洲解釋,所謂的「定年」意思就是用來測量與判斷自然界生物年齡大小或礦物、化石等物質生成年代的方法。隨著科技發展與研究的精益求精,台灣的「鈾釷定年方法」可以說是愈來愈成熟,其量測水準不但在全球數一數二,其他國家的研究人員也常委託台大團隊協助定年研究。

而透過珊瑚骨骼的「鍶鈣比值」的分析,也確實反映出海洋溫度上升的事實。沈川洲表示,研究團隊發現,南太平洋從西元1890年後就因全球暖化等因素影響,導致海溫升高,一百多年來已升高 1℃,而這也導致台灣夏季降雨增加,其原因正好跟西太平洋的哈德利環流(Hadley circulation)系統有關。

沈川洲解釋,哈德利環流系統會在熱帶西北太平洋上升,在西南太平洋下沉,但如果西南太平洋海溫出現升高現象,就會阻礙冷空氣下沉,導致哈德利環流變弱,讓原本應該往南半球輸送的水氣與能量轉而往北半球傳送,使得台灣、日本、韓國、菲律賓等地區首當其衝,使得夏季降雨出現明顯增加情況。

不只如此,團隊還發現南太平洋的海溫變化是以14至19年為一個周期,未來10年很可能正好面臨高溫期,如果氣候模式沒有改變,也意味著南太平洋海溫會持續上升,屆時暴雨發生的強度與頻率就可能增加,導致夏季雨勢變得更加強烈。

團隊也呼籲政府當局與相關單位應做好防治措施,才能未雨綢繆,避免豪雨成災的景象一再上演。

深度閱讀:

書名:珊瑚世界的探索與了解

作者:國立海洋生物博物館

出版社:國立海洋生物博物館

出版日期:2011年12月01日

書名:走過南太平洋

作者:李冰編譯

出版社:中國民族攝影藝術出版社

出版日期:2004年01月01日

原文發表於人間福報

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