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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

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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。

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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!

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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。

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原文發表於人間福報 [2012-06-22]

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人間福報每周五與你一起《遇見科學》

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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從羅馬帝國的浴池,到中古歐洲的隨地大小便:「水」如何影響都市衛生和疾病?——《世界史是由化學寫成的》
圓神出版‧書是活的_96
・2023/05/16 ・2009字 ・閱讀時間約 4 分鐘

羅馬浴場:帝國先進的水利設施

水與都市衛生也有很大的關係。人類總是居住在河川、湖泊、湧泉等可以立刻取得乾淨水源的地方。但隨著文明的發展,人口集中的都市日漸發達,水源也因此逐漸短缺,於是發展出可大量供應乾淨水資源的設備——上水道

所謂的上水道,指的是透過建造溝渠等方式,將水從郊外的湖泊或河川上游引進城市。

最早大規模建設上水道的是古羅馬人。他們不但整頓了上下水道、做出用水沖刷排泄物的馬桶,更驚人的是,他們甚至建造了公共廁所——考古學家曾在一處遺址裡挖掘出一千六百座馬桶。

在奧斯提亞安提卡挖掘到的羅馬公共廁所。圖/wikipedia

從西元前三一二年至西元三世紀左右,古羅馬建設了許多上水道,從數十公里遠處將乾淨的水引進都市。當時以建造地下管線為主,不過也會用石材和磚塊建造拱型的水道橋;而且為了保持水質,還沿著主要管線設置蓄水池和過濾池。這些運送到市區的水,會分配至公共浴池、宅邸、公共設施,以及讓民眾汲水的噴泉。

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圖/《世界史是化學寫成的

古羅馬的公共浴池規模龐大,內部裝潢也十分豪華。一般來說,每座城市至少都有一座公共浴池,做為重要的社交場所。裡面設有專用的房間,由專人在身上抹油,並用木製或骨製刮板將身上的汙垢連同油脂一起刮除,以及不同水溫的浴池、蒸氣烤箱、健身房、圖書室等,民眾還可以在公共浴池內的講堂談論哲學和藝術。

高跟鞋、斗篷和香水 衛生觀念的倒退

然而,隨著羅馬帝國覆滅,大部分的上水道也遭到破壞。一直到中世紀晚期,不但上下水道長期不見天日,連公共廁所也消失了。當時的基督教教義認為,所有肉體欲望都要盡可能節制,裸體入浴是深重的罪孽。公共浴池就別提了,連自家也未設置洗浴設備,可說完全不具備衛生觀念。

這麼一來,城鎮會變成什麼樣子呢?

民眾在道路和廣場上隨意大小便。只能隨便處理的結果,使得排泄物滲入地下,導致病原菌汙染水源。

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貴婦們身穿下襬寬大的長裙,就是為了方便隨地排泄;十七世紀初問世的高跟鞋,則是為了避免街上的糞尿泥濘弄髒腳而設計出來的——所以當時的高跟鞋不只是鞋跟,連鞋尖也會墊高。據說,當時甚至有鞋底高達六十公分的超級高跟鞋⋯⋯

另外,民眾會從二樓或三樓的窗口,將尿壺裡的排泄物直接往路上傾倒,所以外出時需要穿上斗篷,以遮擋這些「天上掉下來的禮物」。由於危險有可能隨時從天而降,當時的紳士才會養成護衛淑女走在道路正中央的習慣。

英國版畫家霍加思(William Hogarth)筆下的倫敦街頭:當街傾倒糞便的場景。圖/wikipedia

當時的人不太洗衣服,也完全不泡澡或沖澡。為了掩蓋體臭,有錢人會噴上大量的香水,香水工業發達的背後,其實是這個緣故。

乖乖照規定,才叫有禮貌

當時的人一旦感覺到便意,根本不在乎時間、地點,直接公然在外排泄。就連十七世紀的法國代表性建築凡爾賽宮,在早期的建設工程中,根本不包含廁所用和浴室用的水道設備。

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宮殿裡,像是太陽王路易十四和著名的瑪麗.安東尼王后,他們所使用的都是坐式馬桶——臀部挖空的椅型便器,而排泄物就積放在下方用來承接的盆子內。當然,國王的馬桶不但鋪上了天鵝絨,還以金銀刺繡做為裝飾,是非常豪華的設計。

這個時代的凡爾賽宮,包含王公貴族、僕人在內,推測約有四千人住在裡頭,但宮中的坐式馬桶僅有不到兩百八十具,數量嚴重不足。因此,在宮中舉辦豪華絢麗的舞會時,愛乾淨的人還會帶著攜帶式便座,再由僕人負責將桶內的排泄物倒進庭園裡;當然,宮中的排泄物也一樣倒在這裡。至於未自備便器的人,則會直接在走廊、房間角落、庭園草叢裡大小便。結果,以美麗聞名的庭園處處充滿糞便,散發出嚴重的惡臭。

宮殿的庭園造景師見狀,非常憤怒,便在庭園裡插了一座「禁止進入」的牌子。一開始大家還不放在眼裡,直到路易十四下令要遵守立牌的指示,賓客才開始守法。

事實上,法語「禮儀」(uiquette)的原義就是「立牌」——最基本的禮貌,其實就是遵守既有的規定。而從這段軼事中,我們也可以預見,惡劣的衛生條件,必然為生命帶來重大威脅。

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——本文摘自《世界史是化學寫成的:從玻璃到手機,從肥料到炸藥,保證有趣的化學入門》,2022 年 2 月,究竟出版,未經同意請勿轉載。

圓神出版‧書是活的_96
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書是活的,他走來溫柔地貼近你,他不在意你在背後談論他,也不在意你劈腿好幾本。 這是一種愛吧。 圓神書活網 www.booklife.com.tw

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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

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。

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「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。

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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

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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

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阿樹_96
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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》。