若大禹再世（三）：生態工法　做法到底有哪些？

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？

這片大家都聽過的 HEPA 濾網，裡面到底是什麼？

首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。

因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！

1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。

有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。

現在最常見的 HEPA 材料，是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？

其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。

此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附？

好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。

為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：

• 酸鹼中和：對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體，會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑，透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之，如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑，就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
• 物理吸附與凡德瓦力：對於最麻煩的有機揮發物（VOCs，如甲醛、甲苯），因為它們不具酸鹼性，科學家會精密調控活性碳的孔徑大小，利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力（凡德瓦力），像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。

空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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前陣子連鎖壽司店的行銷活動，名字裡有「鮭」「魚」其中一個字，就可以免費吃到鮭魚，讓某些人趨之若鶩，也掀起了一陣社群討論的風潮。

行銷效果本身如何尚不得而知，但最大的受害者大約是鮭魚本魚惹，看著讓人忍不住：今天，我想來點鮭魚？

不過，名字裡有「鮭」字的魚，當然不只是我們在餐盤上看到的一種啦。中文俗名中有「鮭」之名的魚類其實超過一百種，而「鮭科」(Salmonidae) 之下更有 3 亞科 11 屬 225 個物種。

你吃的鮭，是哪種鮭魚？

台灣唯一原生的鮭魚是「國寶魚」，也就是兩千元大鈔上的櫻花鉤吻鮭 (Oncorhynchus masou formosanus)，泰雅族語「Bunban」，當然也是鮭科的成員。台灣櫻花鉤吻鮭被列為「瀕臨絕種」保育類野生動物，目前的野生族群主要生活在七家灣溪的部份流域。台灣的櫻花鉤吻鮭，主要被認為是櫻鱒 (Oncorhynchus masou) 的一個亞種，也是這類物種自然分布的最南界。

被拿來吃的鮭魚當然不可能是國寶魚，在臺灣（或可說是全世界）市面上最常見的鮭魚，屬於大西洋鮭（Salmo salar），又名安大略鮭，是鮭科旗下的另一個屬 Salmo（可翻作鮭屬或鱒屬）。

大西洋鮭是全世界最普遍的養殖魚類，2018年的資料台灣進口近六成來自挪威¹。其他比較主要的養殖地還有智利、加拿大、英國、法羅群島、俄羅斯及澳洲的塔斯馬尼亞。²

因為大西洋鮭野生族群已經相當稀少，現在市面上可以接觸到的應以養殖為主。而如果偶爾遇到「野生鮭魚」，大部分應該是指俗稱的太平洋鮭。

太平洋鮭並不是某一種鮭魚，而是泛稱生活在太平洋沿岸會被抓來吃的太平洋鮭屬（ Oncorhynchus，也可翻譯為鉤吻鮭屬、麻哈魚屬），市面上較常見的種類包括：帝王鮭 (O. tshawytscha)³、銀鮭 (O. kisutch)、紅鮭 (O. nerka)、秋鮭 (O. keta)、粉鮭 (O. gorbuscha)。

此外，雖然在中文中比較少被稱呼為鮭魚，但餐桌上偶爾會聽到的虹鱒 (O. mykiss) 同樣也是 Oncorhynchus 屬，生長於淡水。⁴

不管是大西洋鮭或太平洋鮭，生活史最出名的部分，就是在成年之後會由海洋洄游到河流上游自己的出生處繁殖產卵，這樣的行為被稱為「溯河洄游」(Anadromous migration)。

溯河洄游特別之處，除了鮭魚可以在大海中旅行數年之後，憑著嗅覺再度逆流而上回到出生的故鄉前仆後繼繁殖，完全打趴一眾人類當中的路癡，還包括了這個習性本身，足以影響整個森林生態系！當鮭魚回到河川上游後，體型比離開河川的時候大上許多，在洄游季節也成為許多大型肉食動物如棕熊、黑熊的食物來源。而除了影響這些大型動物的生存，也有研究指出，鮭魚與熊互相的作用，明顯會影響森林的氮元素的輸入，如於南阿拉斯加的研究估算即指出，少了鮭魚與熊足以影響當年度該處森林將近四分之一的氮量。⁵

鮭魚的橘色怎麼來？

森林生態系的好壞對於大家來說還是遙遠了點，還是接著回到餐桌吧。多虧了鮭魚橘紅橘紅的切面色澤，對於不太會辨別魚種的一般大眾來說，鮭魚大約是在迴轉壽司上最不容易被認錯的魚種了。

在野生鮭魚的身上，這個橘紅的色澤來自於食物中甲殼類如蝦、磷蝦體內的蝦紅素 (astaxanthin)，而人工養殖的鮭魚雖然同樣生活在大海中，但牠們吃的卻是人類投餵的飼料，因此一般來說顏色會更淺一點。

可是，對於顧客來說，如果鮭魚不紅了，那就不是鮭魚了啊！

有研究調查指出，顧客願意花更多錢買更紅的鮭魚⁶，也導致飼料商們會在飼料中加入蝦紅素或類胡蘿蔔素來增加鮭魚的體色──為了賣個好價錢，只好提高一點成本惹。

甚至有公司開發出鮭魚的色卡「SalmoFan」，專門用來分辨鮭魚的等級，畢竟在大眾的心中，只有夠紅的鮭魚才是好鮭魚！⁷

人工養殖鮭魚不夠紅這個現象，也隱隱約約地帶來了某種錯覺：野生鮭魚是比養殖鮭魚更好、更高級。

呃，這樣其實不太對。

首先，因為各種棲地環境因素加成的結果，大西洋鮭在美國與歐洲的族群多數都已瀕臨滅絕，使得現行市場上鮭魚絕大多數都是養殖鮭魚。

如果人們僅仰賴捕撈而來的太平洋鮭，我們不但可能會因為數量稀少而吃不到，更可能因為物以稀為貴，而對野外的族群造成更龐大的捕撈壓力！隨著氣候變遷、棲地變化，野生鮭魚已經過得夠苦了，人類何苦為難牠們呢。⁸

鮭魚的養殖與爭議

當然，養殖也並不是全無缺點的，人怕出名、魚怕好吃，架不住養得多了總是容易出包，比如說落跑的鮭魚……。

讓我們話說從頭，根據聯合國糧食及農業組織 (Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO) 的資料，鮭魚的系統化養殖由挪威自 1970 年代開始發展。這種浮式箱籠，基本上就是在開放的海域中，用大網子圍著一大圈養魚。⁹

鮭魚養殖的技術也隨著時間演進，早期透過選育獲得生長快速的品系（就像人類對於牛豬雞做的一樣），再逐漸克服各種病害防治，甚至進展到施打疫苗。而飼養的地區也逐漸擴及到擁有寒冷水域的各國，如智利、加拿大等地。

即使面臨去年疫情的陰影，挪威去 (2020) 年仍出口了 110 萬噸的鮭魚，出口量僅次於 2019 年。¹⁰

魚類是全球重要的蛋白質來源，因為全球過度捕撈、棲地破壞、環境汙染、氣候變遷等情況持續變糟，海洋資源正在快速的枯竭。有許多人主張，養殖魚類或可做為人類補充食物資源，卻不致於大幅破壞海洋資源的重要方法。

相較於飼養牛、羊、豬、雞，魚類的繁殖速度快上許多，可以快速篩選出需要的品系；魚類的飼料轉換率也比其他物種來得高¹¹，是較為有效率的蛋白質來源。

不過，現行大規模的箱籠飼養跟海洋生態系的循環是連在一起的，在更大規模推出的情況下，養殖漁業會如何影響海洋生態，仍然值得釐清並且設法減緩其效應。

而以本文的主角，大西洋鮭魚來說，其養殖業仍具有某些爭議。諸如海洋箱網養殖會直接將魚類的糞便與各種養殖過程中施用的化學物質（如各種抗病藥物等）直接送進大海，可能會會造成局部的優氧化或化學汙染。

近年來也時有養殖設備突遇災害、養殖場裡的鮭魚大量逃逸的新聞¹²，當這些魚群進入野外，不但有可能將疾病傳染給野生的鮭魚群，也有與野生鮭魚雜交的疑慮。

另外一個爭議，則是基改鮭魚。

2015 年，美國食品藥物監督管理局 (FDA) 核准了第一款供人類食用的基改動物，AquaBounty 鮭魚，這種大西洋鮭魚被加上了帝王鮭的生長激素基因，與大洋鱈魚 (Zoarces americanus) 抗寒基因啟動子 (promoter)，可以在一般鮭魚生長緩慢的寒冷時間也照樣生長，長到所需尺寸只需要 16 到 18 個月（一般養殖約需三年），所需要的飼料也少了近四分之一。

基改鮭魚僅有在 2017 年售入加拿大，目前多數的市面上是看不到的。¹³

吃，不吃？對於養殖鮭魚的糾結

回到養殖鮭魚的議題，相較於未經妥善評估的漁業撈捕，我們一般會認為養殖魚類是對地球較為永續的選擇，但在鮭魚身上嘛……事情可沒有這麼簡單。

臺灣選介「吃魚標準」的永續海鮮指南將鮭魚歸為「斟酌食用」，讓人感覺到了其中的無限糾結。

不過是吃個魚，到底是在糾結什麼呢？

除了前面提到養殖對環境的影響等爭議，還有個重要考量：鮭魚飼料的來源。鮭魚是屬於肉食性的魚種，飼料有一定比例需要混合來自海洋的漁獲，現階段多為便宜的下雜魚。

雖然當前有許多研究專注於如何增加植物或海藻等植物性來源在飼料的比例，致力減少漁獲的使用，但不管怎麼說，這類的撈捕對岌岌可危的海洋資源，仍然帶來一定程度的壓力，而且只要鮭魚養殖的產業越興盛，這樣的壓力就越大。

話說回來，人類對於肉品、魚類的食用需求畢竟就擺在那兒，有可靠的方法可以獲得鮭魚來源，又不至於對於野生族群趕盡殺絕，某方面看來，鮭魚的人工養殖像是個近乎雙贏的解方。

然而現階段仍持續擴張中的鮭魚養殖產業，是否能夠擺脫前述的許多爭議，走向更永續、對海洋更友善的未來？這仍是難解的課題，需要許多人持續的關注與努力。而鮭魚養殖作為全世界最普遍的養殖漁業，也將是未來人們如何在永續的前提下，應對糧食需求的重要試金石。

身為吃客的我們，除了繼續看下去，也請不忘在吃魚的每個時刻多問問自己：這是什麼魚？查查海鮮指南了解一下亮起了哪個燈，別再只是傻傻跟風吃美食了！

希望我們不至於走向海洋資源同鮭魚盡、殊途同鮭的未來。

延伸閱讀

• FAO-Salmo salar
• 從台灣海鮮選擇指南看消費者行動──兼發佈2018年新版「指南」
• 臺灣海鮮選擇指南Seafood Guide Taiwan
• 挪威選育大西洋鮭魚的故事- 科學月刊Science
• 想吃就吃 誰讓美味鮭魚天天上桌

參考資料與註解

1. 新冠肺炎影響挪威鮭魚出口中國！反讓愛吃鮭魚的台灣增加73%進口量
2. 挪威選育大西洋鮭魚的故事
3. 紐西蘭有養殖帝王鮭
4. 也是有別稱為虹鮭或麥奇鉤吻鮭，台灣人對於虹鱒的印象應該主要來自日本料理。不過 2018 年中國關於虹鱒能不能被當作「三文魚」來賣，有過一番熱議，後來中國官方公布將其列於《生食三文魚》清單上。總之，虹鱒屬於淡水魚種，寄生蟲對人體有害的機率較高，一般被認為不建議生食。可詳見：真假三文鱼：不止是译名惹的祸
5. Cederholm, C. J., Kunze, M. D., Murota, T., & Sibatani, A. (1999). Pacific salmon carcasses: essential contributions of nutrients and energy for aquatic and terrestrial ecosystems. Fisheries, 24(10), 6-15.
   Hilderbrand, G. V., Schwartz, C. C., Robbins, C. T., Jacoby, M. E., Hanley, T. A., Arthur, S. M., & Servheen, C. (1999). The importance of meat, particularly salmon, to body size, population productivity, and conservation of North American brown bears. Canadian Journal of Zoology, 77(1), 132-138.
   Helfield, J. M., & Naiman, R. J. (2006). Keystone interactions: salmon and bear in riparian forests of Alaska. Ecosystems, 9(2), 167-180.
6. Alfnes, F., Guttormsen, A. G., Steine, G., & Kolstad, K. (2006). Consumers’ willingness to pay for the color of salmon: a choice experiment with real economic incentives. American Journal of Agricultural Economics, 88(4), 1050-1061.
7. 這個色票甚至還有 app 版（人類真是）Digital SalmoFan™
8. 現行的野生鮭魚，也少數地方如阿拉斯加採行永續魚法，透過資源管理概念作管控，以期維繫野生鮭魚族群。
9. 水產養殖：明日之星的箱網養殖－科技大觀園
10.  Norway salmon export value second highest ever in 2020 – FishFarmingExpert.com Optimism persists in farmed salmon sector despite price lull | GLOBEFISH
11. 飼料轉換率，牛為每公斤 6-10，雞為 1.7-2，豬為 2.7-5，鮭魚則為 1.2-1.5
    Fry, J. P., Mailloux, N. A., Love, D. C., Milli, M. C., & Cao, L. (2018). Feed conversion efficiency in aquaculture: do we measure it correctly?. Environmental Research Letters, 13(2), 024017.
12. 澳洲養殖魚場大火 五萬隻鮭魚脫逃、恐活不了太久
13.  基改鮭魚AquAdvantage® Salmon

本文由科技部補助，泛科學獨立製作

李柏昱 | 國立臺灣大學 地理環境資源學系

為解決都市的淹水問題，興建滯洪池成為臺灣各地新一波治水的新潮流，日前聯合報即報導台北市政府計畫在全市廣設 281 個滯洪池，高雄市本和里與寶業里滯洪池近年也陸續啟用，台中秋紅谷更成為都市觀光新景點。本次專題請到台灣大學土木工程學系的李天浩教授，他長年關注臺灣都市淹水問題，邀請他分享台灣如何在高度集中、寸土寸金的都市水泥森林中，創造滯洪空間，迎戰氣候變遷？

滯洪池：儲蓄暴雨、緩解洪峰

根據行政院農委會水土保持局的定義，滯洪池為「在河床或基地水路構築橫向構造物，或以挖填土方產生窪地，藉由所製造之空間暫時儲蓄暴雨逕流以調整洪水流量之池堰構造物。」

定義文謅謅的講了一堆，簡單來說，滯洪池就如一座大型的蓄水池，可以位於河川沿線，或者是在平原當中挖一個大坑洞，大雨來襲時可提供儲水空間暫時儲存來不及宣洩的水量，避免下游的排水系統超出設計容量而淹水。滯洪池能起到演調節洪水、延緩洪峰來臨時間、增加入滲、減少水患發生等等功用。

與蓄水池不同的是，滯洪池並非為完全封閉的儲水空間，而設有讓水自然流出的出口，能利用重力排水的方式，使滯洪池裡的水能逐漸從開口處適當排出。滯洪池在規劃興建時就必須考量周遭排水系統能處理付的流量，避免大量流出釀成災禍，由於水能持續不斷自滯洪池流出，因此池內可留較多空間容納洪峰流量。另外有一種貯留池，型態上就與蓄水池相當類似，水只進不出，並未設置讓水自然流出的出口，必須仰賴抽水機等方式將水汲出排放，故一旦裝滿就不再具有調洪功能。台北市政府預計興建的第一個蓄洪設施，便是位於文山區捷運辛亥站的萬隆10號貯留池。

台灣都市高密度發展，滯洪池成效不彰

不過李教授指出，台灣高密度發展的都市特性，導致滯洪池的土地取得成本相當高昂，而且地點選擇受限。折衷之道是使用公家機關土地或禁限建的公共設施預定地，但這些地點通常不是設置滯洪池最理想的位置，加上因為規模不大，面對極端降雨只是聊備一格，成效不彰。

李教授舉萬隆10號貯留池為例，萬隆10號貯留池位於捷運辛亥站斜對面的辛亥路與萬美街口，原是辛亥國高中預定地，設計容量13,500立方公尺，預定民國107年完工，希望疏解興隆路淹水問題。這個地區因為位於谷地，北邊為福州山，南邊為景美山，大雨來襲時兩座山的雨水匯流至興隆路，一旦降雨量超出當初興隆路排水系統設計標準，就會出現淹水情形。

然而，李教授表示，萬隆10號貯留池並不是整個集水區的最低點，離地勢最低的興隆路還有約700公尺，比最低點高上3.5公尺，且位於福州山一側，只能處理整個集水區21％左右的雨水。政府試圖解決水患的立意良好，但因受限於都市發展現況的限制，超高額的成本使興建滯洪池效益偏低，如何利用其他更具成本效益方式解決都市水患值得深思。

海綿都市真能解決台灣都市淹水問題？

萬隆10號貯留池的問題，彰顯台灣都市淹水問題無法單靠政府興建滯洪池就能解決。李教授認為必須謹慎思考貯留、滯洪、透水設施是否適合高密度的台北盆地與臺灣的都市？這些源自中緯度溫帶國家的治水策略，如增加入滲、滯留設施等，適合低密度都會和非持續性、中低強度的降雨事件，但面對台灣又快又急又多的降雨，這套方式是否可行？

海綿都市強調藉由提升都市綠覆蓋率、透水鋪面，減少大雨過後的逕流量。然而，李教授說，即使綠覆蓋率相對台灣高出甚多的美國城鎮，例如阿肯色州的特魯曼市（Trumann），在連續數日降下約178公厘的降雨後，地表土壤也已飽和，當地媒體發布警告若降雨持續極可能發生淹水。反觀台灣的氣候條件，颱風、梅雨等事件降雨總量與強度極大，數小時內就可能降下200公厘以上的降雨，地表入滲所能處理的水量只能舒緩淹水災情，完全無法避免淹水。

因此，面對台灣的降雨環境，李教授認為貯留、滯洪、透水鋪面的效果有限，如果想藉由興建滯洪池徹底解決都市內水問題，滯洪池體積勢必相當龐大，對土地昂貴的台灣都市來說幾乎不可能！海綿都市只能適度減緩都市的淹水嚴重程度，無法徹底根治。

鼓勵民間興建滯洪空間，提高防淹與衝擊減輕能力

因應氣候變遷，李教授認為台灣都市必須採用多管齊下、財務上可行以及民眾可接受的洪患調適策略，針對台灣特殊的社會經濟環境與降雨條件對症下藥。李教授認為，由於氣候變遷的時間尺度長達數十年，正好與都市更新所需的時間尺度一致，透過都市更新逐步提高都市的防洪能力、增加滯洪空間，是長期財務上可行且有效的調適策略之ㄧ。

李教授提出，可透過容積獎勵的方式，鼓勵道路兩側民間建築物興建地下滯洪設施，誘使建商在興建建案或進行都市更新時，於地下預留滯洪空間，創造政府節省經費、建商獲得容積、民眾不會淹水的三贏局面，透過整合民間力量，在人口與建築稠密的台灣都會區，以預算可行的方式逐步創造出大量的滯洪空間。

此外，都市中的校園、公園綠地、運動場、停車場，都可藉由工程設計而具備滯洪功能，並由政府進行通盤規劃，利用排水與道路系統將水導引至上述空間，增加滯洪設施的空間配置彈性。

李教授指出，面對氣候變遷，都市淹水威脅與日俱增，追求讓淹水衝擊減至最低的調適策略需要政府與社會共同努力。具體可行的方式包含：強化現有建築物的防淹能力，例如一樓和地下空間入口加裝擋水閘板、在閘板內側的攔截水溝、蓄水池和抽排水機；強化排水系統；避免將機電、網路、通訊設備設於地下室，並將上述這些調適作法納入新的建築法規當中。

李天浩教授強調，近十年許多治水觀念與做法都還在改善調整，他所提出的方法並不代表全部的解決方法。21世紀都市將面臨氣候變遷與降雨極端化等新挑戰，氣候變遷帶來的極端降雨會不斷超出過去水利工程設計的防洪標準，必須政府結合民間力量，逐步增加都市的滯洪空間與調適能力，才能讓不確定的未來洪患損失減至最低。（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）

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責任編輯：鄭國威｜元智大學資訊社會研究所

採訪編輯 / 陳妤寧

本文由科技部補助，泛科學獨立製作

為了因應各種情況的水災，河溪在平日也需要「保養」；如果說上游的主角是森林保土、下游的角色是溼地和滯洪池，那麼中游的守備範圍，就是以河道和河岸經營為重的野溪生態工法了。當土木這個千年老行業，面對加入「生態」考量的訴求，會出現什麼具體的可行作法？

台北科技大學土木與防災研究所的林鎮洋教授說，土木是一門古老的行業，而「安全」是歷史以來的第一考量。當人們開始重新省思環境保護對於工程的重要性，以生態和永續為目標的工程理念因運而生。然而，究竟應稱之為生態工法、永續工程或是其他名詞並不重要。「重點是真的有做出保護生態的成果，不論是用創新工法或是傳統工法，甚至設計者自己也不知道怎麼稱呼的工法也無所謂。名詞的創造，只是為了更便利地推廣概念。」

生態工程企圖同時在安全和生態之間獲得雙贏，那麼在實際案例中有哪些作法呢？

護岸工程，保護河岸減少侵蝕

野溪生態工法的切入點眾多，美國佛蒙特州的鱒河治理計畫，強調事前完善而長期的調查，調查最好期滿一年，以獲取四季完整的生態變化資料，並需選定最能代表「理想型」條件的參考區段（reference site）。從河道內部到河道兩岸，分別需要考慮如何營造友善動物的環境、如何利用植生加強動物生活的空間、這些設計又如何反過來加固對人身安全的保障。例如建造攔河堰維護有利魚蝦生存的河水深度、在河道兩岸的護岸加入植根及石頭作為材料，則可加強邊坡的穩固性。

「護岸」是土木工程中可以容納多種生態考量的一個例子。護岸是保護河岸減少流水衝擊的保護構造。過去的護岸工法以安全為最高、也是唯一考量，如今從材料、結構到植生配置，護岸出現了各種更為生態導向的設計。例如就地取材、使用現地的巨石與礫石，或著以格框工法為基礎，上層填植生土袋，下層堆疊卵石，在結構縫隙中噴植抓土性強的草花種子、蔓藤植物或具有軟枝條之喬灌木，達成保護河床減少沖刷的目的。而以筐、籠、拋石等材料製造多孔隙的空間，也較有利生物生存。

多孔隙營造對水生生物友善的土木空間

多孔的堤防材質對棲息水岸的生物較為友善，而不會如RC（鋼筋混凝土）一般阻擋生物遷徙，或是因表面高溫而不利爬蟲攀附。林教授舉例：「如果因為做了護岸工程，而使原本可以爬過去的樹蛙現在沒辦法再跟他的女朋友見面，那麼原本的生態鏈就被破壞了。」而河床之中其實也有近自然施作的空間，倘若封底石塊因水泥膠節均勻，而無法使地下水在無降雨時滲透入溪，魚蝦失去可供存活的基本水流量。而溪床若缺乏孔隙和大石塊，魚蝦易被水流沖走。以「拋石」或「堆砌石」營造出的多孔隙護岸和河道，讓生物更好避難、休息、繁衍。

其他直接幫助生態的工程嘗試之中，「魚道」是一個經典的解說例子：在水流湍急的急陡地方安設迂迴水路，提供水生動物可順利遷徙或隱藏的適當流速通道。「湍瀨」的設計則相反，目的在於營造淺湍環境，增加水域環境和生物樣態的多樣性。又或著利用現有溪床地形，營造比較深的「深潭」環境，例如雪霸國家公園七家灣溪的櫻花鉤吻鮭，即是因為習慣居住的水潭區受到了泥沙淤積，深度和廣度都受到限制，而傷害了原本櫻花鉤吻鮭住習慣了的地方。

植生營造間接保護動物

台北市內湖的大溝溪，為了和既有的都市開發配合，特別強調結合現有自然條件和人為設施，例如登山步道等遊憩地點，提供都市居民適當的親水空間。相反地，在距離都市人口聚集處較遙遠的野溪工程，不妨嘗試採用放任原則，在營造基本植生環境之後，交由自然力量進行演替，達成生態中的動平衡。例如利用水芙蓉進行水生植物淨化工法，讓植物「主動」淨化水質。堤岸的植生工程除了綠化美觀的效果之外，其實有策略的培養原生種、或是多層次地栽種高低不同的植物，也較有利於生物的多樣性發展。而水岸植物蔽蔭程度會影響水溫高低、落葉情形會影響食物鏈之基礎，凡此種種，岸上岸下的生態是唇齒相依的。

林教授表示，生態工法未必限定使用何種特定材質的工程素材，許多時候，就地取材、不做多餘的搬運和浪費，就是最符合生態永續的工法。最重要的是在整體規劃階段就開始考量生態，生態工法無標準答案，例如蛇籠可能在A地是個因地制宜充分發揮護岸功效的生態工法模範生，到了B地的礫石地基卻會成為淮橘為枳、破壞環境的傳統工法壞寶寶。這也是為何一般大眾接觸到的生態工法觀念，只有停留在最上位的理念宣導，因為實際的作法之間可能有極大的差異。另一個難題是，當鋼筋混凝土勢必比生態工法的自然取材來得堅固耐久時，公民應如何思考和選擇？我們能夠承載大自然多大強度的破壞力？人類是否應該追求無堅不摧的工程建設？或著接受「此等地區不宜人居」的現實？

林教授強調，台灣人的教育之中，生態和工程兩個學門仍易傾向於各擁山頭、跨界溝通仍如同隔層膜。但他數十年前到德國參訪時，便驚訝的發現德國人是將生態思維融入工程學科之中，生態工程亦非跨部會開會、而是不同專業在同部門之下「同吃同住同勞作」，在日常生活中交流彼此的觀念。「夏禹治水、西門豹引漳利農、漢王導運、詹天佑完築京張、十大建設帶動經貿、高鐵興建……」林教授如數家珍的提出一串歷史上的水利和土木工程是如何和文明的發展密不可分，土木工程在未來應自詡為永續工程師，而非消極的環境破壞者。（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！

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