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風箏氣球發電機! Air rotor system

Scimage
・2011/09/21 ・389字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 474 ・五年級

風力發電雖然被認為較環保,不過常常也會對周圍的鳥類生態跟居住品質(產生噪音)產生一定的衝擊。其實風力發電所需要的就是一個相對風不動的物體處在風中,讓空氣的的相對運動來產生電力。這樣的裝置,像是風箏跟氣球這種沒有固定基座,而本身可以停在空中的物品也達的到。

影片介紹的就是利用風箏跟汽球的結合,讓一個有轉動機構的大氣球經由充滿氦氣漂浮在風中發電,所發的電再經由纜線送回地面。雖然單位的發電量比不上固定的風力機組(目前預定2011年可能出貨的為100KW),但是這樣的設計也提供了很好的移動性,可以架設在比較多樣性的地方,或是緊急使用,更重要的或許可藉由調整到合適的位置,減少對周圍環境的衝擊。或許在未來可以結合像是太陽能發電或是各種機動配置計畫,達到更好的效果。

轉載自 科學影像

 

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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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除了像風車一樣,風力發電機還能長成什麼樣?風機百百種,沒有扇葉還可以靠震動發電?!
PanSci_96
・2023/12/11 ・5182字 ・閱讀時間約 10 分鐘

你有騎車被擊落的經驗嗎?比馬路更危險的是,水鳥可能在天上飛著飛著,就被巨大的風機送去投胎。

不是,風機蓋那麼大幹嘛?既然核電有小型核電廠,風電應該也要有小型版吧?

事實上除了大型水平軸式風機外,我們還有轉向不同的垂直軸式風機、天上飛的高空風力發電機,甚至靠抖抖抖就能發電的風力發電棒。等等,這真的能發電嗎?

為何需要新的風力發電技術?

從古巴比倫人和古埃及人的時代,「風」就被視為構成世界的元素之一,因此人類也很早就開始研究如何運用風的能量。古希臘時代,有一款叫做 Heron’s Windwheel 的風琴,就是利用風力驅動風車,並帶動幫浦為風琴不間斷送風。在這之後,中國和歐洲相繼出現各種風車來替人們進行農務工作,例如大家熟悉的荷蘭式風車。雖然現在常見的現代風力發電機組個頭大很多,但構造與荷蘭式風車沒有太大差異,都是扇面垂直於地面,並且扇葉轉軸和風向平行的水平軸式風車結構。但這種已經用了幾百年的風車設計,真的是最理想的發電方式嗎?有沒有更新穎的設計構造可以用來捕捉更多風能呢?

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Heron’s Windwheel。圖/wikimedia
荷蘭式風車。圖/wikimedia

先來說說大家熟悉的水平軸式風車,國際間最普遍的風力發電機組是三葉式的水平軸,台灣西海岸的諸多風力發電場採用的也是這類設計。你曾經好奇,為什麼扇葉是三葉的嗎?或是不知不覺就認為,三葉就是最正常的結構?既然推動風車的力量來自於扇葉,不是越多扇葉就能獲得更多能量嗎?而且看看風車,扇葉的面積明明就不大,旁邊都是空隙,這些能量不是浪費了嗎?實際上也確實不是越多扇葉越好,其中牽涉到許多複雜的因素。簡單來說,更多的葉片會帶來更多的風阻,也會降低葉片旋轉的速度,因此從三葉增加到四葉或五葉所帶來的效率成長非常少。也就是你如果有 12 支扇葉,4 座三葉發電機的發電量,會高於 3 座四葉發電機的發電量。因此,在單支風機的建設成本就是億元起跳的情況下,三葉成為最佳選擇。

對了,雖然更多葉的風機較少見,但反過來說,還真的有雙葉片,甚至單葉片的機組設計。畢竟較少的葉片代表較低的建造成本,以及較快的轉速。但是,單一葉片在旋轉時並不穩定,需要在對面方向額外加裝重物來平衡重量,顯得多此一舉。那雙葉呢?它的問題在於扇葉角度在隨風向調整時,容易產生震動而不穩定,對扇葉和機組的強度要求也更高。在綜合因素考量下,現在大多數的風電機組都是採用三個葉片的設計。

有水平軸式風車,就有垂直軸式風車,也就是轉軸與風向平行的風車。在台灣,你可能在某些工廠或是房屋屋頂上能看到它,我不是指工廠的排風球哦,而是看起來由幾根弧形線條構成的裝置。為什麼要設計成垂直的呢?因為比起水平軸發電機有一個特定的面風向。垂直軸的優勢在於不論風來自哪個方向,它都可以發電,不需要特別轉向;此外,它也不需要水平軸式風車長長的扇葉,相對不占空間,甚至能做成各種美感十足的設計。這幾個優點讓它特別適合設置在都會區中,用來捕捉方向不固定的小規模氣流,因此台灣有些地方就可以看到這種以垂直風力供電的路燈。

垂直軸風機葉片的型態多樣且美觀。圖/PanSci YouTube

不過城市內的風畢竟還是有限,為路燈或是小型家電發發電可以,但要能成為支撐整個城市的電力,還不及海上那些水平軸式巨無霸。在外海,不僅可以設置葉片長度超過 100 公尺的巨型風機,外海的風能,就是比內陸強烈且穩定。但這些巨無霸雖然會為我們帶來戰力,也會波及無辜。雖然風機遠離人類居住的地方,但外海還是有其他原始住民的,短暫地把人類的文明,建立在其他物種的痛苦之上 最後還是會害到整體。然而,巨大風機施工和運轉的噪音會干擾到海中生物,扇葉旋轉還會擊落蝙蝠和鳥類。雖然我們在上一集,有提到可以透過驅離或是扇葉塗黑的方式,讓其他生物注意到風機的存在,進而減少誤傷。但我們有沒有全新的設計,可以一勞永逸?

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風力發電還能長什麼樣?

面對目前風力發電的困境,有人重新思考風力發電的構造,提出全新的設計。其中一種便是漂浮式的離岸風電機組。

我們為了獲得更多風能,近年來積極發展離岸風電廠,作法非常簡單,就是把原本在陸地上的風電整根插到海床上。這光想起來就是非常浩大的工程曠日廢時,而且成本高,施工過程中產生的水底噪音也會影響到海洋生態。

可是海上的風就是比陸地上強上好幾倍,這麼香的風力來源怎麼能放著不用呢?來自挪威的公司 World Wide Wind 提出了一種浮標式風電機組,省去了海底工程的麻煩。這種風電機組採用垂直軸的設計,這樣機組就不會被海風吹著跑。整個裝置可以靠著海面下的配重平衡地直立在海面上,除了電纜之外不須要任何固定措施。這大大地擴展了離岸風電的發展空間。許多最佳的風場位在離岸較遠的深海區域,我們沒辦法在這些海床上豎立巨大的水平軸風車,這時候就可以透過漂浮式構造來擴張風電的勢力範圍。

反轉式直立渦輪(COUNTER-ROTATING VERTICAL TURBINES)。圖/World Wide Wind

不只如此,最特別的是,它是以兩組旋轉方向相反的葉片組成,因此被取名為反轉式直立渦輪(COUNTER-ROTATING VERTICAL TURBINES)。這麼做不只可以讓旋轉時更加穩定,還可以增加發電效率。由於發電用的渦輪是透過兩組扇葉之間的相對旋轉來發電,所以反向旋轉就像是用雙手擰毛巾一樣,等於收集到幾乎兩倍的能量。而且因為上下兩組扇葉所接收的風來自水平方向,所以彼此干擾並不大,展現了垂直軸風電的獨特優勢。一般的水平軸風車可沒有辦法玩這套,因為風在流過第一組葉片之後就會變成速度較慢的亂流。

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垂直軸提供了新選擇,但只要有軸,發電機就是會旋轉,還是有機會擊落海面上飛行的生物。如果要不傷及鳥類,看來……只能讓風機不旋轉了嗎?等一下,風機不旋轉還能發電嗎?誒,還真有可能。一家西班牙的新創能源公司 Vortex Bladeless 在幾年前開發出了全新的「渦流」發電技術,就是這根抖動的棒子。

不要懷疑,這個像搖頭娃娃一樣左右震動的棒子是一種完全不需要扇葉的渦流震動發電機。奇怪了,為什麼風吹會造成這種震動呢?原來當有空氣流經過圓柱狀的物體時,會在後方形成不穩定的渦流,讓物體產生左右震動的現象。如果振動頻率剛好和物體的自然頻率接近,便會產生出乎意料的強大共振。1940 年代,有座位在美國的塔科馬海峽吊橋,就是因為氣流共振導致扭曲斷裂,所幸最後無人傷亡。這個威力強大的現象如今也被拿來進行發電。

塔科馬海峽吊橋與氣流共振。

而這根風力發電棒的尺寸和材質,都經過特別設計來和渦流產生共振。它的上半部可以自由的晃動,位於底部的磁鐵和線圈接著可以將震動轉換為電能。這種設計不只看起來很有趣,產生的噪音也小很多,還能減少對鳥類的威脅。甚至因為沒有快速轉動的葉片,也能設置在靠近人群的都市環境中。目前一根約三公尺高的裝置,在有風的情況下可以產生一百瓦的電力。想像一下,只要把高速公路分隔島上排滿這種震動發電機,就能產生很可觀的電能。對了 這就像一個人訂閱泛科學看似影響不大,但如果每個人都同時按下訂閱泛科學,就能給我們莫大的支持與力量,麻煩各位了,跟我們一起共振吧!

話說回來,這種振動發電的轉換效率終究是比渦輪旋轉發電低,能夠捕獲的風量也較少。它的競爭優勢則在於較低的建造和維護成本,或許適合和太陽能互補為住家和都市地區提供電能。此技術已經在多年前證明可行,但目前在設計與量產方面仍處於開發階段,還須要更多的時間和資金才有辦法進入大規模生產。

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講完了海上與陸地上的風機,最後,既然要靠風發電,那麼風能最豐沛的高空,能不能也來發電一下呢?

高空的發電量會更高嗎?

最早在 2014 年就有 Altaeros Energies 這家公司嘗試這個做法。他們將風電機組裝在氦氣的飛船中央,放到離地表三百到六百公尺的高空。在這高度的風速比地表快上兩倍左右,由於風能正比於風速的三次方,所以風能是地面的八倍。這些風能會在高空就轉為電能,之後透過纜線傳回地上。除了電纜以外,也會有幾條固定纜線可讓地面人員控制氣球的高度與方向。

圖/Altaeros Energies

除了用氦氣球搭載發電機外,也有一些設計是透過風箏來將小型風電機組放到空中,形成隨到隨用的風力發電裝置。不過可以想像的是,雖然高空發電可以節省地面空間,還能取得豐沛的風能。但不論是汽球還是風箏,在維護上肯定需要投入更多的成本。如果要大規模設置,對於鳥類或是飛安的影響又是另外一個問題。目前,這些浮空風電裝置最大的優勢是它們絕佳的機動性,可以為遠離電網的偏遠地區,或是臨時性的研究站提供電力。又或是如果在大型演唱會的上空放一顆風力發電氣球來為活動供電,那好像也是挺浪漫的。

圖/wikimedia

雖然今天講到那麼多有創意的設計,但大多數的新創能源公司,都會因為現實上的競爭力不足而永遠停留在模型階段,還無法進入商業化生產。短期內的風力能源,還是得靠興建更多岸上和離岸的大型風電機組來扛起。不過,未來再生能源的需求只會持續地增加,我們確實需要有更多新想法、新設計,尤其是能廣泛設置,同時對環境影響低的新型態發電方式。而隨著材料科學的進步,當這些新設計的成本下降,我們就有機會在生活周遭看到它。

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最後也想請大家預測一下,20 年後風力發電的主力會是哪一種裝置呢?

  1. 漂在海面上的反轉式直立渦輪,感覺技術成熟後,施工成本可以降到很低
  2. 渦流震動發電棒,對環境傷害小,又不挑地方到處都能設置,積少成多
  3. 大型水平軸風機技術還是最成熟 成本也不斷破底,估計還是發電主力

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從工作評語、法餐菜單看出「石門水庫」的背後祕辛!——專訪中研院台灣史研究所顧雅文副研究員
研之有物│中央研究院_96
・2023/10/03 ・7733字 ・閱讀時間約 16 分鐘

本文轉載自中央研究院「研之有物」,為「中研院廣告」

  • 採訪撰文|田偲妤
  • 美術設計|蔡宛潔

一批詳實記載石門水庫大小事的檔案

每到枯水期、颱風季,新聞常會報導水庫的蓄水率,供應新北、桃園、新竹用水的「石門水庫」往往是關注重點。石門水庫已陪伴臺灣民眾走過一甲子歲月,在經濟部水利署北區水資源局的庫房中,留有一批被視為鎮局之寶的檔案,記載石門水庫從設計到興建期間的大小事。中央研究院臺灣史研究所團隊自 2020 年起進駐北水局 19 個月,重新整編 7 千多件、數十萬頁的檔案,又花了近一年研究解讀,終在 2023 年公開其中的 1,700 件、約 14 多萬頁「石門水庫建設委員會檔案」數位影像,並與北水局合作出版《石門水庫歷史檔案中的人與事》專書,藉由歷史檔案訴說一段段藏在紙張中的故事。

圖|研之有物(歷史照片|經濟部水利署北區水資源局)

說到臺灣北部的重要水庫,就不能不提「石門水庫」。這座橫跨桃園市大溪區、龍潭區、復興區與新竹縣關西鎮的水庫,是臺灣第一座多目標水庫,具備公共給水、灌溉、防洪、發電、觀光等功能。每到颱風季,觀看洪水從石門水庫溢洪道奔騰而出,是許多臺灣民眾共同的記憶;枯水期時,水庫的蓄水率也是近年民眾相當熟悉的新聞畫面。

儲存水流的水庫曾一度被視為解決水資源與洪水等問題的萬靈丹,但此一龐大水利工程的光環在環保運動中逐漸褪去。至今,人們對水庫充滿了複雜的情感與不同的評價。在此情形下,水庫的歷史更不該被淡忘,它就藏在石門水庫興建期間的檔案內,等待有心人為它們拂去灰塵、物歸原始脈絡,訴說一段段藏在紙張中的故事。

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負責管理石門水庫的經濟部水利署北區水資源局(簡稱北水局),一直將這批石門水庫歷史檔案視為鎮局之寶。為了讓散落各處的檔案能有系統的典藏與近用,也希望透過研究深化檔案的歷史價值,北水局找上經驗豐富的中研院臺灣史研究所。

在與臺史所顧雅文副研究員、檔案館王麗蕉主任等團隊成員的合作下,2020 年 5 月至 2021 年 12 月間,臺史所團隊進駐北水局 19 個月,完成 7 千多件、數十萬頁檔案的整編工作,又花了近一年解讀研究。最終於 2023 年在臺史所檔案資源系統公開其中的 1,700 件、14 多萬頁的「石門水庫建設委員會檔案」(簡稱石建會檔案)數位影像,並出版《石門水庫歷史檔案中的人與事》專書。

(左起)中研院臺灣史研究所顧雅文副研究員、檔案館王麗蕉主任,帶領團隊完成「石門水庫建設委員會檔案」數位影像公開,並出版《石門水庫歷史檔案中的人與事》專書。
圖|研之有物

究竟這批走過一甲子歲月的檔案藏著什麼樣的故事?有哪些人參與水庫建設、受到水庫工程影響?褪去偉大工程的光環後,我們又該怎麼看待水庫的歷史與文化價值?

在揭曉檔案內容前,讓我們先將時間倒轉回日治時期的臺灣,回到那個築壩如築夢的年代。

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日治時期對大壩的想像

顧雅文與團隊中的佛光大學助理教授簡佑丞,曾針對日治時期石門水庫的規劃與設計進行研究,揭開一段追求「大壩烏托邦」的歷史。

在日本領土建高壩的夢想源自曾任臺灣民政長官的後藤新平。1890 年赴德國留學的後藤受到歐陸建壩風潮影響,將「タールスペル(Talsperre)」(德文「山谷」及「阻塞」的複合字,意指「高壩」)水治理概念帶回日本。

在 1911 年一場日本帝國議會的預算審查會議中,時任遞信省大臣的後藤新平與議員展開關於水力發電調查費預算的辯論,揭示了他對多目標水庫的想法。後藤想像中的高壩具備蓄水、防洪、發電等功能,動工前需進行長期調查,掌握每年河川水量、流域地形、地質和雨量等資訊,才能以順應自然的方式築壩。但擔心潰堤造成嚴重災害的議員之言論,反映彼時世人對築壩仍感到陌生及擔憂。

在臺灣,後藤新平的想法也萌了芽。受到他的啟發,任職於臺灣總督府土木局的技師德見常雄,在 1907 年就提出要在石門興建多目標水庫的夢想。當時對水文環境條件的了解十分有限,這個構想在日治初期只是一個烏托邦,雖然沒有完整實現,但在石門築壩的企圖以「灌溉貯水池」的形式留了下來。

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德見常雄提出以灌溉為主要目標的「石門大壩計畫」,被納入總督府的「官設埤圳事業」。不過,由於種種原因,土木局最後放棄了築壩的核心設計,改由「桃園大圳」替代,直接從大嵙崁溪(今大漢溪)取水,將溪水透過隧道與圳路幹線引至桃園臺地灌溉。另一方面,下游淡水河氾濫造成臺北水患不斷,土木局只得採行「輪中」治水方式,也就是用堤防將臺北市街包圍起來。

桃園大圳灌溉系統平面圖
圖|臺灣總督府公文類纂,冊文號:7279-1

然而,這兩個脫鈎的利水(桃園大圳)與治水(臺北輪中)計畫,卻在 1920 年代有了轉變。以石門大壩同時解決兩大問題的思想再次復活,這與壩工技術發展、國際局勢變化有關。

開始對外擴張的日本,為了對抗「充滿敵意的世界」,高度重視河水統制事業,而大壩則被視為最佳的科學處方,它能灌溉增加糧食,將洪水變成資源,還能發電促進工業。昭和時期,在統制思潮下的臺灣水利建設規劃,多帶有全流域綜合治理、以多目標水庫或水庫群為核心的特質,由此便不難理解石門水庫為何在 1920 年代末期重啟建設,且長成一個以水庫為核心,兼顧防洪、灌溉、發電及築港的巨型計畫。

總督府將此任務交由興建嘉南大圳有功的八田與一負責,可惜因戰爭爆發及預算問題,大壩烏托邦終究無法實現。不過,不管是桃園大圳、淡水河治水或築壩計畫,皆是日治時期的報紙熱議焦點,官方與民間對多目標水庫的殷切盼望,即便到戰後也未曾消失。

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人定勝天?從多元視角看石門水庫的建成

興建石門水庫的計畫並沒有耽擱太久,1948 年起,臺灣省政府就有重啟計畫的企圖,鮮為人知的是,最初政府希望仰賴民間力量,以水利公司的形式籌措興建資金。而後,歷經國內外政經局勢的劇烈變化,石門水庫成為中央政府事業,並在美援的資源挹注下獲得建設經費,也得到美方專業技術的支援。

石門水庫的建設主要經歷三個階段,包括 1954 年的石門水庫設計委員會(簡稱石設會)、1955 年的石門水庫建設籌備委員會(簡稱石籌會),以及 1956 年的石門水庫建設委員會(簡稱石建會)。耗費 10 年時間,主體工程終在 1964 年竣工。

1964 年主體工程竣工至今,石門水庫再經歷兩代建設。 2023 年最新完工的阿姆坪防淤隧道,每年約可增加 64 萬噸清淤量,有助延長水庫壽命。
圖|研之有物(資料來源|經濟部水利署北區水資源局)

今日我們常以大事紀方式回顧重要事件,但這就如同只看到冰山的一角,埋沒了微觀、多元的歷史樣貌,這時檔案的角色就變得相當重要。王麗蕉表示,從檔案學的角度來看:

檔案是研究歷史的關鍵證據,因此在整編檔案時,最重要的是盡量完整呈現全貌。

為了不漏掉任何一段屬於石門水庫的歷史,臺史所團隊進駐北水局期間,希望盡量把所有檔案交給團隊整編。團隊成員盤點庫房中的檔案,也清查塵封在紙箱內未整理的文件,目標是讓檔案回歸最初的分類脈絡,日後檢索時能清楚知道,這件檔案來自哪個單位、當初怎麼產生。

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在整編檔案的過程中發現,除了公文、會議紀錄、工程報告等公文書,還有為數眾多的照片與底片、設計大圖、工程師手稿與書信,甚至還留下一張菜單。檔案內容也遠不只與水庫建設相關,還能從中了解工程師生活、參訪賓客流程、民眾陳情等故事,這些也成為臺史所團隊構思專書敘事觀點的重要啟發。

石建會宴請越南總統吳廷琰的菜單。法式料理是 1960 年代的國宴標準形式,「牛肉茶」為當時流行的保健飲料,其源頭可追溯至普法戰爭時期法國士兵的營養品。「吉力明蝦」是以麵包粉裹炸的明蝦。主菜是烤雞佐火腿,配上法式炸薯條、奶油炒菜豆及蘆筍沙拉。甜點「香草沙法蘭」及「巧克力牛奶沙士」,今日更為大眾熟悉的名字是舒芙蕾及巧克力牛奶醬。
圖|經濟部水利署北區水資源局

顧雅文回顧當初構思專書敘事觀點的靈感,來自石建會檔案中一份 1958 年委託臺灣省電影製片廠拍攝紀錄片的腳本。紀錄片開頭帶領觀眾從宇宙望向地球,再聚焦到中華民國、臺灣北部,講述政府秉持「人力勝天」的精神不斷開發水資源,使臺灣的農田水利和水力發電工程,具有相當規模。

這是一個以單一鳥瞰鏡頭凸顯偉大建設的英雄式敘事觀點,同時隱含以水庫征服大自然的人定勝天象徵。然而,在環保與人權意識抬頭後,水庫工程被視為破壞自然、與民爭地的元兇。

面對極端的論述,身為環境史學者的顧雅文試圖帶入不一樣的思考:一味陳述工程的宏偉與進步當然不是好的書寫方式,但把一切人工構造物都視為罪惡就能理解水庫嗎?一些研究者已試圖對環境史寫作中強烈的悲觀主義進行反思。

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此外,過去強調「科學勝利」的水利工程界也開始反省,在水患威脅或缺水危機不斷加劇的今日呼籲起「水文化」概念,避免以工程作為唯一的治理手段,而是嘗試從歷史中尋找解方,了解過去人們怎麼與水共存。

顧雅文注意到,環境史學界與水利工程界在看水庫問題時,逐漸趨向跨域共構,尊重並學習彼此的觀點。她希望這本書擺脫歌頌宏偉建設及治理效益的論調,從各種尺度與視角描繪石門水庫,因而將觀察時間拉長,試圖從日本帝國、戰後中華民國、國際與在地的各種視角探尋建水庫的歷史脈絡。更重要的是去追溯建設過程中身處不同時代、角色、立場的人物眼中的水庫,因為這正是跨域學習最好的橋樑。石建會檔案豐富多元的記錄,讓這種書寫方式成為可能。

編寫專書就像在拍另一部紀錄片,但這次不是將鏡頭定格在北臺灣,而是在不同視角中交錯切換,並從直昇機走下來,捕捉呈現統治者、外籍及國內工程師、水庫淹沒區與安置區居民、都市計畫專家或參訪賓客們對石門水庫的多重敘事。

針對美國工程師的犀利評價

在參與石門水庫工程的眾多人員中,有一群來自美國的工程師。石建會根據美援規定,透過美國國際合作總署遴聘提愛姆斯公司協助工程設計與監驗、莫克公司擔任施工顧問,並協助訓練臺灣技術人員。

美國莫克公司協助訓練臺灣的技術人員
圖|經濟部水利署北區水資源局

與美方的合作不僅為臺灣帶進建造水庫的工程技術,也讓施工與監工各司其職的制度成為日後臺灣營造工程的慣例。然而,看似順利的臺美合作,實際上是在不斷爭執與磨合的過程中進行。

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在石建會檔案中,有一份美國莫克公司人員合約狀態報告表,上頭由臺灣高階工程師為美國工程師的工作表現寫上評語,方便石建會進行人事評估。只見泛黃紙張上的藍色墨水筆跡寫到:Bassette 工作熱心而負責、Bonnington 不善指揮訓練、Kingery 性情粗暴擬同意遣返等犀利評論。

這似乎暗示著美方與我方工程師之間,或許並非想像中簡單的「援助—被援助」、「指導—被指導」關係。事實上,石門水庫作為跨國、跨文化、跨部門的大規模工程,發生爭執在所難免,大至國際情勢、物料跨國移動、公款運用,小至職業操守、工作習慣、組織文化等,在在考驗兩國工程師的相處韌性。

標註著工作評語的莫克公司人員合約狀態報告表
圖|經濟部水利署北區水資源局

臺、美兩國的工程師除了在工作上朝夕相處,在生活中也成為鄰居。浩大的水庫工程仰賴大批人力長期投入,並為水庫周遭帶入新居民。上千名工程人員攜家帶眷搬入位於桃園龍潭十一份地區的總辦公區域,或是鄰近大壩工區的臨時性宿舍。

其中,外籍顧問宿舍特別仿效美國獨門獨院社區型式,備有泳池、運動場、高爾夫球果嶺等設施。另設有飯廳、醫務所、幼稚園、福利社等公有設施,滿足全體員工及眷屬的基本生活需求。

1959 年十一份總辦公區平面圖,右區為外籍顧問宿舍、左區為一般員工宿舍,合計近 3 百戶。另設有飯廳、醫務所、幼稚園、福利社等公有設施。
圖|經濟部水利署北區水資源局

在石建會檔案中還發現許多社團活動文件,為員工自發性組成的社團,包含集郵社、橋牌社、圍棋社、攝影社、羽毛球隊、排球隊、網球隊等。細看集郵社留下的集郵狀況調查表,有社員寫到「幼年曾集郵,兵亂遺失。赴美(1956-1958)集郵以解除旅中寂寞。」呈現大時代下小人物們的生命片段。

石建會水利橋社留下的橋牌玩法與規則,推測應是受美國文化影響而傳入臺灣。
圖|經濟部水利署北區水資源

水庫建造計畫之下的多方衝突

因水庫工程而遷入的新居民正準備迎接新生活,居住在水庫淹沒區的民眾則面臨被迫搬遷的命運。興建水庫的工程用地需徵購千餘公頃土地,開始蓄水後更將淹沒 6 百餘公頃的土地與民房,有 4 百多戶、2 千多位「水庫移民」需另尋他處安置。

透過媒體報導及既有研究可知,水庫移民被迫多次搬遷、辛苦開墾海口與河川荒地、土地被大潭工業區污染等辛酸血淚史,但在時間壓力下如何取得安置地的詳細歷程卻少有人了解。尤其許多物色到的安置地並非想像中的無人荒地,早已被農民開墾,如何在兼顧農民生活與協助移民安置之間取得平衡,成為一道難題。

在石建會檔案中,有多件農民抗議耕地遭奪取的陳情書,其中有一張辦公室遭破壞的照片,記錄下 1960 年 4 月在桃園觀音鄉樹林子安置地的衝突現場。

桃園觀音鄉樹林子移民小組辦公室遭破壞照片
圖|經濟部水利署北區水資源局

當天負責移民事務的趙技正遇上前來理論土地問題的吳家父子,不只辦公桌被推翻,還被揍了一拳。吳家人之所以如此憤怒,與家中農地被劃入移民安置區有關。

經石建會調查,吳家的農地屬於禁止開墾的保安林地,現因安置需求而被規劃使用。為了讓安置作業及早完成,石建會不僅向新竹地方法院主動提供照片證據,還數度發文要求依法嚴辦。

地方法院要求在期限內將土地復原,並具結永不再犯,但此判決讓石建會與吳家都不滿意。石建會想要遏止侵墾歪風,上訴到高等法院;吳家也是滿腹委屈,自認是在戰後「反共抗俄、鼓勵墾荒」的口號下響應國策,因而轉向省政府、省議會、桃園縣議會陳情,甚至將陳情書上呈副總統兼行政院長陳誠,希望政府能體恤貧民。

沒想到看似塵埃落定的事件竟出現轉機,原來要移做安置區的保安林地中還有桃園縣政府出租給人民的土地,縣府及觀音鄉人員皆主張「據以收回頗有窒礙」。為此, 1959 年特別訂定「移民新地處理四項原則」,當中規定:撥用前由縣府放租之土地,及撥用前人民濫墾成熟之土地一律暫不收回。吳家據此再度遞交陳情書,石建會在諮詢顧問律師確認該原則能溯及既往後,最終裁定把土地還給吳家。

吳家父子一吐多年怨氣,將之前遭受農損的情緒發洩在趙技正身上,該事件在當地派出所調停下以和解告終,但從趙技正呈給上級的報告可看到基層員工的處境:既要「辦理解除林木,推平土地,劃分田坵,興建學校,整修道路,規劃移民新村……試植各種農作物」等工作,又要晝夜巡守,力保土地不被侵墾,還需隨時面對地方居民的不滿。

從這個例子可得知,水庫移民的歷史不只兩個主角,有時是石建會、移民及安置區原墾民三方角力攻防的故事。

移民新村紅磚建築落成景觀,看似和平的畫面卻暗藏多方衝突。
圖|經濟部水利署北區水資源局

歷史檔案間的連結:官方文件下的暗潮洶湧

閱讀檔案有助我們了解過去身影模糊的一群人,從不同角度看到歷史耐人尋味的面向。檔案經過有系統整編與研究後,許多暗藏的驚喜也一一浮現。

王麗蕉提到,在整理石設會時期的會議紀錄時,其中一份 1954 年 11 月 29 日的石門水庫壩高決議紀錄中,看到一個熟悉的名字「劉永楙」。劉永楙曾代表臺灣省建設廳出席石門水庫設計會議,而臺史所正好典藏了劉永楙的日記。

對照當天的日記才得知,整場會議出現意見分歧,從上午 11 點激辯到下午 3 點,水庫的壩高才定案。但從官方紀錄只看到平鋪直敘的「標高 250 公尺為石門水庫大壩之壩高,獲得通過」,絲毫感受不到會議現場的緊張氣氛。在不同類型文獻的交互參照下,事件的發生經過得以具體還原。

1954 年 11 月 29 日劉永楙在日記中寫到:「今日又赴石門開會,決定壩高為 250 公尺,爭辯劇烈,至三時方決定此數。」
圖|中央研究院臺灣史研究所

另一個驚喜則意外串起一段跨國緣分。某天臺大生命科學系于宏燦教授與顧雅文聯絡,表示自己正在蒐集資料,準備在恩師 William (Bill) Z. Lidicker Jr. 博士的紀念研討會上演講。聽說這位恩師的父親曾任職石門水庫,見過許多臺灣政要,希望顧雅文可以協助確認恩師父親的身分。

當時顧雅文剛好看完撰寫美國工程師篇章的作者羅文君的草稿,想起當中提及一位提愛姆斯公司的首席工程師 William Z. Lidicker,經確認果然是恩師的父親。在北水局及羅文君的協助下,于宏燦教授於石建會檔案中找到 Lidicker 的手稿、書信與年輕時的照片,成功完成演講。

演講當天出席的家屬大受感動,又輾轉寄來一本 Lidicker 生前與其孫 Jeffery Lidicker 共同完成的自傳,讓檔案中的人物形象更加躍然紙上。

顧雅文與王麗蕉認為,檔案就像大壩一樣,大壩儲存了水流,讓洪水變成資源,而檔案儲存了時間洪流中的人與事,讓團隊的作者們據此撰寫成歷史,這些過往就不再是無意義的瑣碎細節,而是澆灌臺灣水文化的養分。民眾可從中知道石門水庫的治理思維從何而來、為何如此設計、為何尋求美援、帶來什麼深遠影響,以及作為文化資產有何價值。

你要先知道過去才能思索未來,我們的研究成果就是一個交流平台。

研究團隊翻閱精心編寫的專書,回顧一點一滴累積的成果,如今已水到渠成、充滿無限可能!

(左起)中研院臺灣史研究所檔案館王麗蕉主任、顧雅文副研究員、李依陵館員,翻閱精心編寫的專書,回顧一點一滴累積的研究成果。
圖|研之有物
研之有物│中央研究院_96
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook