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地層下陷危機,高鐵工程如何因應?

李杰翰
・2014/08/30 ・1531字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 537 ・八年級

彰化、雲林地區超抽地下水引發的地層下陷,是高鐵自營運以來就備受關注的安全問題。2011年,時任行政院公共工程委員會主委的李鴻源甚至表示如果抽水問題不解決,「高鐵恐怕連十年都撐不到」。其實未必那麼悲觀,在這番驚人之語背後,其實牽涉到工程環境裡裡外外的許多改變,高鐵公司也持續努力化險為夷。而他們在事前規劃和事後工程補強上,又是怎麼處理的呢?

路堤移除前/路堤移除後(圖片來源:高鐵公司)
路堤移除前/路堤移除後(圖片來源:高鐵公司)

雲林地區因為缺乏水庫提供地表水,養殖業者超抽地下水、導致地層下陷與海水倒灌的問題早已不是新聞。高鐵在規劃之初,刻意避開麥寮、台西、口湖、四湖等明顯下陷的沿海外圍鄉鎮,選擇現在的內陸路線。然而監測數據證實,下陷中心已從過去的養殖魚塭重鎮,逐漸蔓延至內陸的土庫、元長等地區。

高鐵公司專門負責地層下陷議題的楊恒偉博士表示,地層下陷主要影響的是「橋梁長期的結構安全」。雖然工程師們當初已經用國際最嚴格的標準考慮包括地震在內的各種狀況,但原本結構設計預留之強度,卻逐漸被長期的地層下陷所消耗。不過就軌道平整度來說,由於地層下陷是區域性問題,局部變化甚小,所以雖然雲林縣土庫鎮路段每年的平均沉陷量約7到8公分,在1992到2013年之間最大累積下陷量超過150公分,但因本段行車時速達到近300公里,乘客幾乎不會感覺到異常,當然也不會發生所謂「雲霄飛車」的場景。

而在高鐵彰雲路段上、跨越台78線快速道路某一處的橋墩基礎,被高約6公尺、重達9.2萬噸的台78線路堤壓住,成為整個路段沉陷量最大的部分。針對路堤載重與超抽地下水造成的複合效應,首先高鐵公司在2011年調整了盤式支承墊來減少差異沉陷,並用碳纖維補強橋墩結構等二階段預防性維護工程。之後為了根本性解決此段的橋墩結構安全問題,交通部於2014年初決定以「鋼橋取代路堤」的方式,著手展開台78線道路的路堤減重方案。新建鋼橋的好處是不會直接沉壓到下方土地,避免繼續加深沉陷量,並舒緩南北兩側的橋墩角變量,才不會進一步影響結構安全。

預防性的維護工程之外,高鐵公司自2003年以來持續從太空、地表、地下三管齊下進行監測工作,以掌握地層下陷的最新發展:GPS接收衛星訊號連續監測高鐵結構與大地的絕對沉陷以發揮預警功能;用地面水準測量來掌握每年的沉陷變化;再以深達300公尺的地層下陷監測井監測各土層的壓縮。如此將得以全面掌握高鐵結構沉陷的時空變化與發生深度。

在北港溪以南的地層下陷「次級戰區」,高鐵也擴大監測範圍,除了每個月有軌道平整度檢測之外,自2003年起每年也委請工研院辦理橋墩高程監測,範圍包括濁水溪以北到嘉義太保站北側,以及台南高雄路段。後者每年地層下陷小於1公分,對高鐵安全影響微乎其微;而彰雲嘉路段近三年來降雨豐沛,從2011年的799毫米、2012年的1666毫米成長到2013年的2262毫米,使土庫地區的地下水位上升了8公分,原本的沉陷問題因而全面趨緩。

民眾也很關心明年即將啟用的雲林虎尾車站,是否會因位於嚴重地層下陷區而有安全上的隱憂?對此高鐵公司表示,首要考慮因素就是「車站」與「主線」兩個結構物之間必須同步下陷,不能有「差異沉陷」;營運時也會保持密切監測,若有需要,將辦理必要的預防性維護工程。然而高鐵公司在工程方面的努力僅是治標,若要徹底解決地層下陷的危機,仍須仰賴公權力來開發地面水資源並處理超抽地下水的問題,才是畢其功於一役的根本解藥。(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)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

本文原發表於行政院科技部-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!

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李杰翰
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國立台灣大學地理環境資源學系學士。曾實習於鼎漢國際工程顧問公司。 2014年錄取東京工業大學《YSEP 青年科學家交換計畫》,現於該校「環境與交通工學」領域研究室潛心向學。


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你在看我嗎!?鳥類研究新視野:猛禽棲架

自然保育季刊_96
・2022/01/15 ・4235字 ・閱讀時間約 8 分鐘
  • 本文轉載自特有生物研究保育中心,《自然保育季刊》第 116 期
  • 作者/洪孝宇|國立屏東科技大學野生動物保育研究所博士後研究員、林惠珊|國立屏東科技大學農學院生物資源博士班、黃子倫|國立屏東科技大學野生動物保育研究所碩士生、蔡穎詩|國立屏東科技大學野生動物保育研究所碩士生、王婉儀|國立屏東科技大學野生動物保育研究所研究助理、孫元勳|國立屏東科技大學野生動物保育研究所教授

近年來一張張近距離拍攝的精采鳥類照片和影片,記錄下黑翅鳶 (Elanus caeruleus)、領角鴞(Otus lettia)和其他多種鳥類的各種行為,甚至連所捕捉的獵物也都清晰可見,黑翅鳶搞笑的表情還被做成各種梗圖,這樣的照片究竟是怎麼拍到的?又有什麼應用價值呢?

因為相機歪掉而拍到各種黑翅鳶的搞笑姿態,還因此爆紅。圖/洪孝宇 提供

邀請野生猛禽防治農田鼠害

故事要從黑鳶(Milvus migrans)開始說起。2012 年,國立屏東科技大學野生動物保育研究所鳥類生態研究室首次發現黑鳶因為農藥「加保扶」中毒,隔年又再證實黑鳶老鼠藥中毒,逐步揭露過往臺灣農業上因為毒鳥滅鼠所引發的生態危機。此研究先是促使政府將劇毒的農藥「加保扶」列入禁用名單,後續進一步發現臺灣多種猛禽體內廣泛驗出老鼠藥,又讓政府決定停辦已有 40 年歷史的全國農地滅鼠週,不再免費發放老鼠藥給農民使用,並開始尋找對環境較友善的鼠害防治法。

猛禽生物防治法其實在國外已行之有年,最普遍的做法就是在田間或穀倉架設巢箱,吸引倉鴞 (Tyto alba) 這種可愛的白色貓頭鷹入住,牠們就會在田間協助捕鼠。由於倉鴞在全球的分布範圍很廣又很適應農田環境,據統計有關猛禽防治鼠害的論文中,有 86% 是以倉鴞為研究對象。然而可惜的是,臺灣並不在倉鴞的天然分布區內,雖然有另一種外形類似的貓頭鷹叫做草鴞 (Tyto longimembris),但數量稀少而且是在地面營巢,無法用巢箱吸引。

其實臺灣有一種平地常見、且會住巢箱的貓頭鷹叫做領角鴞,但一般認為是偏森林性的貓頭鷹,且以往認為老鼠不是其主要獵物,因此並不適用於防治農田鼠害。

猛禽棲架的測試

國外還有另一種吸引猛禽的方式,是在空曠的田區設立人工棲架,利用多數猛禽喜歡站在制高點的習性,吸引猛禽進入農田來捕鼠。不過這種作法較不普及,一方面是因為環境的限制,通常會認為猛禽棲架只適用於北美或澳洲那種一望無際的廣闊田野,另一方面是棲架設立後不是隨時都有猛禽站在上面,吸引猛禽的效果就不如有鳥在繁殖的巢箱明顯。

不過既然巢箱在臺灣不太可行,那就來測試猛禽棲架吧!2017 年在行政院農業委員會動植物防疫檢疫局的支持下,臺灣首次的猛禽棲架試驗就在屏東縣內埔鄉的鳳梨田開始,當時設計的竹製棲架高度 9m,設立後由人員定時在遠處進行觀察。兩周後發現,有黑翅鳶站上去了!黑翅鳶是一種平原田野常見的小型猛禽,黑白相間加上有如昨晚熬夜的血紅雙眼極具特色,不過臺灣以往並沒有黑翅鳶,首次正式繁殖紀錄是 2001 年在嘉義鰲鼓,之後族群迅速成長擴散,在短短數十年間已成為全臺平原地區的常見猛禽。

目前普遍認為黑翅鳶是在自然狀況下進入臺灣,就如同近年來在歐洲和中亞,黑翅鳶的分布都呈現擴張的趨勢,原因未明。由於黑翅鳶主食鼠類又有停棲制高點的習性,牠的出現正好符合猛禽棲架的設置目的。

黑翅鳶經常將獵物帶到棲架上,其中鼠類約占 8 成,鳥類和爬蟲類 (石龍子) 各 1 成。圖/洪孝宇 提供

把自動相機裝到棲架上

不過靠人眼觀察實在太花時間,於是我們就靈機一動,何不把調查野生動物常用的感應式自動相機裝到棲架上呢?只要棲架上有鳥出現,就可以自動觸發相機進行拍照和錄影,還可以 24 小時工作,連夜間活動的鳥類都能夠記錄。不過這個點子馬上就遇到幾個問題,首先是棲架上鳥跟相機的距離太短,小於相機可對焦的最近距離,所以拍到的鳥都是模糊的。所幸跟野外研究器材的專業公司討論之後,透過客製化調整相機焦距,解決了目標物過近的問題。接下來又經過一連串的測試,包括對焦距離應該設定多遠、角度如何調整才不會切到鳥的頭或腳、相機如何穩固的安裝在光滑的竹竿上,以及如何避免鳥直接站在相機上等等。

初期測試的照片總是不太成功,有一次在把棲架立起後相機角度歪掉,變成只能拍到黑翅鳶的上半身,還特寫了各種表情。我們既好氣又好笑地將照片貼上社群粉絲頁並徵求旁白,沒想到這組照片卻意外爆紅,破紀錄獲得上萬次分享,網友們還發揮創意各種改圖,連國外知名梗圖網站也要求授權轉貼,完全打破生態圈的同溫層。

棲架上為了避免鳥離相機太近或是站在相機上面,用束帶來做阻隔。圖/黃筠傑 攝

後續經過不斷的調整測試,連相機的防水性、電池的續航力等問題都陸續克服,總算能夠穩定且清晰的拍攝棲架上出現的鳥類,就連小型食蟲鳥嘴上叼的昆蟲都能清楚辨認。在測試的過程中,同時也查詢國外文獻,想瞭解關於猛禽棲架的最新研究進展,結果發現國外也有一些研究者利用自動相機在做棲架監測,但多數是將相機設在地面對著棲架仰角拍攝,拍到的鳥類不僅距離遠、獵物也不容易辨識,這時才意識到,原來將自動相機裝在棲架上的作法,其實是棲架研究的一大突破呢!

猛禽棲架的創新應用

隨著全臺各地陸續有棲架設立,黑翅鳶都是棲架上最常出現的猛禽,儼然成為猛禽鼠害防治的代言人。不過後來在偶然的情況下,有些棲架設立高度較低,卻意外發現領角鴞開始頻繁出現,會不會是領角鴞不喜歡站太高呢?於是我們在 2019 年設計了 8m 高的雙層棲架,在 4m 和 8m 高度各有一根橫桿,來測試各種鳥類偏好的停棲高度。結果顯示黑翅鳶還是喜歡站在 8m 上層,不過領角鴞和大部分的食蟲鳥偏好停棲在 4m 的下層,這可能跟不同鳥種的覓食習性有關,所以棲架分層還可以增加鳥種的多樣性。而以往認為領角鴞是森林性的猛禽,在降低棲架高度後,這才發現原來領角鴞在夜間也會頻繁進入空曠的農田來覓食,且其獵物中鼠類占了將近 8 成,同樣有很高的鼠害防治潛力。

既然棲架在農田環境能夠成功吸引猛禽停棲, 於是我們又想到,是不是也可以用來調查在自然野地的猛禽呢?這個想法獲得行政院農業委員會林務局屏東林區管理處的支持,於是在 2020 年初,開始在農田以外的多樣化環境進行棲架測試,果然記錄到更多樣的鳥種。統計目前已拍到 11 種猛禽, 日行性的有黑翅鳶、紅隼 (Falco tinnunculus )、 鳳頭蒼鷹 (Accipiter trivirgatus)、大冠鷲 (Spilornis cheela)、魚鷹 (Pandion haliaetus)、臺灣松雀鷹 (A. virgatus)和赤腹鷹 (A. soloensis),夜行性有領角鴞、褐鷹鴞 (Ninox japonica )、草鴞和長耳鴞 (Asio otus),此外還有 44 種以上的非猛禽鳥類,因此猛禽棲架也可以是一種鳥類監測法,在不同的地點和環境就會有相對應的鳥種出現。對於某些經常利用棲架的鳥種,透過腳環還可以做個體辨識,例如在 2020 年底所繫放的草鴞幼鳥,幾個月後就在距離巢區 7‒12km 外的棲架上出現,這樣的個體動態和存活資料在族群監測上非常重要。

領角鴞偏好高度較低的棲架,且獵物中將近 8 成是鼠類,也有鼠害防治潛力。圖/洪孝宇 提供

一個物種的食性是生態學中很基礎的資訊,然而要在野外直接觀察鳥類覓食並不容易,通常只能透過食繭或排遺分析之類的間接方法、因此目前連很多常見鳥類的食性資料都很缺乏。然而在把自動相機放到棲架上之後,發現許多猛禽和食蟲鳥都會頻繁地帶著獵物回到棲架上,且有不少獵物能夠清楚辨認,成為一個調查鳥類食性非常有效率的方式。目前黑翅鳶和領角鴞都已累積數百筆的獵物資料,食蟲鳥的資料則更多,未來要評估鳥類在農田的生態服務,棲架會是個相當有潛力的工具。不過也有某些鳥類,像是夜鷹 (Caprimulgus affinis)、藍磯鶇 (Monticola solitarius)和草鴞等,雖然也經常在棲架上出現,但卻很少拍到獵物,有可能牠們是在空中或地面就把獵物解決,不會帶回棲架上。

猛禽棲架的限制和展望

我們進行猛禽棲架研究至今約 5 年時間,證實這個古早的生物防治法可以有許多創新的應用,除了可增加鳥類在農田捕鼠捉蟲的生態服務,透過自動相機還能夠記錄出現鳥種、捕捉獵物、鳴唱叫聲和各種行為,可以作為一種鳥類自動監測工具,而夜行鳥類的拍攝,更是打破以往夜間觀察的侷限。我們將這個猛禽棲架結合自動相機的監測方法寫成論文投稿,已在 2021 年被國際猛禽研究期刊 (Journal of Raptor Research) 所接受,且獲得 3 位審稿者的高度肯定,一致認為方法新穎且有廣泛的應用價值。

不過猛禽棲架也有一些缺點和限制,雖然證實了即使是臺灣這種集約鑲嵌式的農田環境,仍有猛禽會頻繁的利用棲架,不過最好還是跟周邊大樹或電線杆有 50m 以上的距離,猛禽造訪率較高。其次是檢查相機的流程較複雜,必須先將棲架放倒再立起,設計上仍有改進空間,未來若能結合太陽能充電和無線傳輸技術,監測上將會更有效率。其三是棲架相當顯眼,被破壞或偷走的風險很高,所以設置地點的安全性需多加考慮。最後,因為棲架有時會記錄到稀有鳥種,在資訊發布上需要小心謹慎,以避免可能的干擾或捕捉壓力。

紅尾伯勞也是棲架常客,只要提供一根鐵絲,牠們就會把獵物插在上面做成「串燒」。圖/洪孝宇 提供

猛禽棲架除了開啟鳥類研究的新視野,在友善農業的推廣上也是非常好的工具。雖然利用猛禽防治鼠害,效果比不上用老鼠藥毒殺,因為猛禽並不會把田間老鼠完全消滅,不過當農友們知道自己田裡有猛禽出現,通常會更願意採行友善的耕作方式,而棲架上拍攝的照片非常吸睛,也可藉此讓社會大眾支持生態友善的農產品。2018 年我們在臺中霧峰進行棲架教學後,獲得農友的認同與支持,連帶促進當地友善及有機耕作的發展,農會更因此推出「黑翅鳶米」的品牌,顯示友善農業具有潛在商機。未來希望能有更多鳥類與農業共生的案例,讓農田可以是野生動物的安全棲地,這是我們進行棲架研究的初衷。

自然保育季刊_96
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