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若大禹再世(四):滯洪空間 都市防洪萬靈丹?

李柏昱
・2014/12/20 ・3429字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 543 ・八年級

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本文由科技部補助,泛科學獨立製作

要在高密度的臺灣都市中興建滯洪池,土地取得費用驚人且不見得具有效益,如何經濟有效地創造大量滯洪空間,是臺灣都市面臨的問題。圖為臺中秋紅谷滯洪池。(圖片來源:WikimediaCommons作者:*嘟嘟嘟*)
要在高密度的臺灣都市中興建滯洪池,土地取得費用驚人且不見得具有效益,如何經濟有效地創造大量滯洪空間,是臺灣都市面臨的問題。圖為臺中秋紅谷滯洪池。(圖片來源:WikimediaCommons作者:*嘟嘟嘟*)

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。」

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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。

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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。

美國阿肯色州Trumann,從圖中可見即便該城綠覆率相當高,也只能應付連日200公厘的降雨,達到土壤入滲量的極限。(圖片來源:Google Earth截圖)
美國阿肯色州Trumann,從圖中可見即便該城綠覆率相當高,也只能應付連日200公厘的降雨,達到土壤入滲量的極限。(圖片來源:Google Earth截圖)

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。

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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。

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要在高密度的台灣都市創造大量滯洪空間,可以透過容積獎勵的方式,讓建築興建時就能預留防淹與滯洪空間。(圖片來源:李天浩)
要在高密度的台灣都市創造大量滯洪空間,可以透過容積獎勵的方式,讓建築興建時就能預留防淹與滯洪空間。(圖片來源:李天浩)

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)

 

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!

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

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李柏昱
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成大都市計劃所研究生,現為防災科普小組編輯。喜歡的領域為地球科學、交通運輸與都市規劃,對於都市面臨的災害以及如何進行防災十分感興趣。

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末日模擬!從氣候變遷到核戰爭,人類未來將走向哪個結局?
PanSci_96
・2024/11/19 ・1957字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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科學家模擬的末日場景

隨著二氧化碳排放持續增加,全球的政治局勢日益緊張,世界上各國的承諾屢屢在國際會議中被辜負,戰爭的結束也似乎遙遙無期。警示世界末日的「末日鐘」越來越接近午夜,人類與地球的未來變得越來越悲觀。

這並非一種刻意的悲觀,而是基於氣候變遷和人類衝突升溫的現實。許多人或許和我一樣好奇,末日會不會真的臨近?如果會,那又會是什麼樣的場景?是氣候徹底失控的《明天過後》?還是生態浩劫後的全面沙漠化,需要武力生存的《沙丘》和《瘋狂麥斯》?或者是核戰之後,所有人生存在廢墟中的《異塵餘生》?

我們的未來走向尚未確定,但科學家已經率先模擬了不同的可能結局,讓我們可以一窺未來的模樣。這些模擬告訴我們,如果人類繼續走某些路徑,地球的結局將是如何。至於我們是否能避免這些結果,就得由全體人類共同決定。

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如何模擬出整顆星球的氣候變化?

要模擬整顆星球的大氣變化是一項龐大的任務,至少需要三大要素:理論、資料、和計算資源。

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首先,人類對氣候系統的物理和化學模式需要有足夠的了解,也就是大氣理論必須足夠完備。其次,需要足夠多的資料來模擬整個行星。這些資料包括地球半徑、自轉速度、海洋分布、太陽輻射、大氣成分等等,甚至是地表的狀況與地形。台灣的中央山脈就能影響到西太平洋的颱風走向,進而影響整個東亞的氣候。如果希望盡可能還原地球的真實情況,還需考量海洋的垂直溫度分布、植物分布導致的生物地球化學反應等。

最後,還需要強大的計算資源,也就是超級電腦。由於資料量龐大,每個參數的小誤差都可能引發蝴蝶效應,影響到預測結果。因此,科學家通常會微調各項參數,並對每組參數進行多次計算,這些都需要大量的運算能力。

模擬沙丘中的荒漠星球

科幻小說《沙丘》中的厄拉科斯,經布里斯托大學模擬,揭示未來氣候可能。圖/wikimedia

科幻小說《沙丘》中的厄拉科斯(Arrakis)是一顆完全荒漠化的星球,英國布里斯托大學的亞歷山大·法恩沃斯等人曾對這顆星球進行了模擬。他們使用在研究地球氣候變遷時使用的氣候模型,並結合小說中的設定,如大氣中的二氧化碳濃度和臭氧含量等,模擬了 500 年後的厄拉科斯氣候。

模擬結果顯示,厄拉科斯的赤道和熱帶地區夏季高溫達 45 度,冬季不低於 15 度。而高緯度地區則更為極端,夏季高溫可達 70 度,冬季最低可達 -75 度。由於大氣濕度和雲層的存在,極地反而比赤道更溫暖。此外,儘管小說中描述厄拉科斯幾乎沒有降雨,但模擬顯示高緯度和山區仍會有少量降雨。

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這些結果顯示,科學家不僅愛科幻,也樂於用科學方法來驗證科幻中的設定。這些模擬能讓我們更了解地球的氣候系統,並讓我們警惕荒漠化的危機。

核戰後的世界:核冬天的可怕景象

如果人類全面爆發核戰爭,戰後的世界會是什麼樣子?研究顯示,大規模的核武攻擊將產生大量的輻射塵和煙灰,進入大氣層並遮蔽陽光,導致「核冬天」的到來。

2019 年的一篇研究模擬了美俄之間的全面核戰爭,結果顯示,爆發後的第一年,全球氣溫將大幅下降,北半球的夏季溫度將下降 25 度,冬季氣溫則會降至零下,植物生長期縮短至僅剩 25 天。煙灰遮蔽陽光,導致全球糧食供應崩潰,第二年可能有 50 億人面臨飢餓。

這些模擬結果告訴我們,全面核戰將帶來毀滅性的後果,核冬天將使人類無法正常生活,這是真正的末日場景。

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核戰模擬顯示,氣溫驟降與糧食崩潰將致全球大饑荒。圖/envato

地球的未來會是如何?

地球未來的命運取決於我們今天的選擇。如果我們對氣候變遷置之不理,兩極冰帽將完全融化,海平面上升,許多沿海地區將被淹沒。雖然不至於像《水世界》中那樣極端,但低地區域的居民將面臨嚴重的生存挑戰。

如果人類選擇繼續衝突,甚至爆發毀滅性戰爭,我們的未來將如《瘋狂麥斯》或《異塵餘生》般,生存在廢墟中,面對乾旱、糧食短缺與持續的環境破壞。

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新北「氣候行動徵件」活動總獎金 8 萬元 號召青年展開行動成為氣候領袖
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/23 ・1247字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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全球正面臨急遽的氣候變遷,世界公民必須共同面對,環保局發布「新北 2024 國際青年氣候行動論壇——氣候行動團隊創意徵件」,鼓勵臺灣青年從校園或社區出發,針對觀察到的環境問題提出行動方案,入選隊伍將獲得專業導師指導並帶領實踐提案內容,最終勝出者不只可獲新臺幣 4 萬元獎勵金,更有機會放眼國際,於年底的紐約荒野中心青年氣候高峰會上展現成果。環保局將於 5 月 24 日下午辦理線上說明會,徵件日期至 6 月 24 日截止,歡迎有興趣參與的學生及老師報名參與!

報名網址:https://reurl.cc/Ke0gQn

環保局表示,新北市已連續 3 年辦理青年氣候論壇,建立與青年交流對話的平台,今(113)年更持續與紐約荒野中心(The Wild Center)攜手,號召青年以行動應對氣候變遷,培養青年成為氣候領袖。實踐淨零永續的道路上,青年的角色非常重要,去年新北市青年氣候論壇邀請到荒野中心氣候行動主任 Jen Kretser,分享了許多紐約青年行動案例,像是大學生於學院頂樓設置太陽能板,實現「上課教室自主發電」的校園計畫,又如同學自發建立校園田園、自主提出畢業晚會減塑需求等,引起與會臺灣青年們的廣大迴響,提出許多問題進行討論。

新北市環保局「2023 新北青年氣候論壇」,邀請到美國紐約荒野中心氣候行動主任 Jen Kretser(左 3),分享了許多紐約青年行動案例

環保局長期關注青年行動力,辦理「環保小局長計畫」、「永續未來學院」、「青年氣候論壇」等活動,致力推動全齡化的環境教育,今發布的「氣候行動團隊創意徵件」,進一步鼓勵臺灣「青」世代成為行動發起者,提出自己的問題觀察與創意解方,並真正落實行動,由青年自己決定從何處開始改變,即使是日常生活中觀察到看似微小的行動,都有可能在實踐後擴大影響到整個校園、社區,甚至整座城市。

環保局說明,氣候行動徵件邀請全臺高中職及大專院校學生,透過影像紀錄、實體行動、循環設計、社群媒體傳播等多元方式呈現創意永續行動提案,徵件至 6 月 24 日止,經初選後 4 組入選隊伍將在新北市展開為期一個月的短期氣候行動實踐,同時由環保局媒合專業導師進行線上課程,最後於 8 月「新北 2024 國際青年氣候行動論壇」進行決選,優勝的隊伍除可獲得獎勵金外,更能持續推展氣候行動並製成行動影片,影片有機會在年底紐約荒野中心青年氣候高峰會上進行分享,讓青年氣候行動與國際接軌。

環保局將於 5 月 24 日下午辦理線上說明會,歡迎有興趣參與的學生及老師報名參與,徵件簡章及更多相關資訊可至環保局官網或「新北 2024 氣候行動團隊創意徵件」活動網站查詢。

※ 5/24 徵件線上說明會報名網址:https://reurl.cc/Ke0gQn
※ 環保局官網簡章:https://www.epd.ntpc.gov.tw/Article/Info?ID=11254
※ 「新北 2024 氣候行動團隊創意徵件」活動網站:https://greenage2024.com

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本文轉自新北市政府環境保護局網站

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溫室效應有救了?把二氧化碳埋進地底吧!  
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/03/25 ・1389字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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本文由 台灣中油股份有限公司 委託,泛科學企劃執行。 

近年全球對於氣候變遷的關注日益增加,各國紛紛宣布淨零排放(Net Zero Emissions)的目標,聯手應對氣候變遷所帶來的挑戰。淨零排放是指將全球人為排放的溫室氣體量和人為移除的量相抵銷後為零。而「碳捕存再利用技術(Carbon Capture Utilization and Storage,簡稱 CCUS)」技術被視為達成淨零重要的措施之一。 

CCUS 示意圖。圖/INPEX CCS and CCUS Business Introduction Video 2022 

「碳捕存再利用技術 CCUS」是什麼? 

CCUS 技術可以有效地將二氧化碳從大氣中捕捉並封存,進而減少溫室氣體的排放。CCUS 包含捕捉、運輸、封存或再利用三個階段,也就是將二氧化碳抓下來,並且存起來或是轉換成其他有價值的化學原料。關於如何捕捉二氧化碳,可以參考我們先前拍的影片《減碳速度太慢?現在已經能主動把二氧化碳抓下來!?抓下來的二氧化碳又去了哪裡?》。 

至於捉下二氧化碳之後,該存放在哪裡呢?科學家們看上一個經過數千萬年驗證、最適合儲存的地方——地底。沒錯,地底可不只有石頭跟蜥蜴人,只要這些石頭中存在孔隙,就可以儲存氣體或液體。最常見的就是天然氣與石油。現在,我們只要將二氧化碳儲存到這些孔隙就好。 

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封存的地質條件也很簡單,第一,要有一層擁有良好空隙率及滲透性的「儲集層」,通常是砂岩。第二,有一層緻密、不透水且幾乎無孔隙的岩石,用來阻擋儲集層的氣體向上逸散的「蓋層」,常見的是頁岩。只要儲集層在下,蓋層在上,就是一個理想的儲存環境。 

臺灣哪裡適合地質封存? 

臺灣由東往西,從西部麓山帶、西部平原、濱海到臺灣海峽,都有深度達 10 公里的廣大沉積層,並且砂岩與頁岩交替出現,可說是良好的儲氣構造。 

至於臺灣適合封存二氧化碳的地點,有個很直接的作法,就是參考石油、天然氣的儲存場域就好,也就是所謂的「枯竭油氣層」。將開採過的天然氣或石油的空間,重新拿來儲存二氧化碳。而臺灣的油氣田,主要集中在西部的苗栗與臺南一帶,在 1959~2016 年,累計產了 500 億立方公尺的天然氣,和超過 500 萬公秉的凝結油。 

臺灣油氣田位置圖。圖/《科學發展》2017 年 6 月第 534 期
鐵砧山每年封存 10 萬噸二氧化碳(相當於通霄鎮 1/3 人口一年的二氧化碳排放量)。圖/台灣中油

而至今這些枯竭油氣田,適合來做二氧化碳的封存。例如苗栗縣通霄鎮的鐵砧山是臺灣目前陸上發現最大的油氣田,不只是封閉型背斜構造,更擁有厚實緻密的緻密蓋岩層。在原有油氣田枯竭後,從民國 77 年開始轉為天然氣儲氣窖利用原始天然氣儲層調節北部用氣的方式,已持續超過 35 年。因此中油也正規劃在鐵砧山氣田選擇合適的蓋層和鹽水層,進行小規模的二氧化碳注入,作為全國首座碳封存的示範場址。並同時進行多面向的長期監測,驗證二氧化碳封存的可行性與安全性。 

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更多詳細內容及國際 CCUS 案例,歡迎觀看影片解惑! 

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