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不只是全球暖化,灌溉也造成海平面上升

葉綠舒
・2011/10/18 ・539字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 599 ・九年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

這篇文章是筆者與慈濟大學分遺系100級第一組同學合作改寫完成的

融化的冰川與冰冠並不是唯一使海平面上升的原因,灌溉草坪也會。根據「地球物理研究報告」(Geophysical Research Letters)最近的文章指出:灌溉及抽取地下水會使大量的水由地底經由溪流、河流和其他水道流入大海。研究員依據目前已知的資訊,並由目前的趨勢推論出:過去的這個世紀中,人們抽取了超過四千五百立方公里的地下水,這些水足以讓海平面升高12.6毫米(佔這段期間海平面上升幅度的6%)。

圖片連結:ScienceNow

近年來,地下水的抽取量暴增,從2000年到2008年,人類平均每年從地下水層中抽出一百四十五立方公里的地下水,這個量可以提高海平面約0.4毫米(約佔這段期間每年海平面上升量的13%)。其餘的87%,其中的一半來自於陸積冰的融化,另一半則是來自於海水溫度上昇所造成的膨脹效應(特別是淺層的海水)。

怎樣灌溉才對,這已經不是太新穎的話題了;使用大量的水灌溉土壤,會造成土壤鹽化、酸化、水土流失。而這些水流入大海,還會造成海平面上昇;在水資源越來越珍貴的今天,身為地球公民的我們,是不是該好好研究一下究竟要怎麼灌溉才能得到雙贏的結果呢?

參考資料:
1. Science Now. 2011/10/4. ScienceShot: Irrigation Raises Sea Levels – ScienceNOW

 

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葉綠舒
262 篇文章 ・ 8 位粉絲
做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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思韋茨冰川底下的暖水觀測,揭示未來融化速率可能超乎預期?
陳柏成 (Po Cheng Chen)
・2021/05/07 ・3427字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 571 ・九年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

思韋茨冰川 (Thwaites Glacier),又稱末日冰川 (Doomsday Glacier),是南極洲西部冰蓋 (ice sheet) 的一部分,面積約為 192,000 平方公里,相當於美國堪薩斯州的大小。也因其如此大的面積,加上近年快速的融化速率,使得科學家難以預估當前全球平均海平面的上升速率。為能更準確了解冰川消融對全球的影響,科學家有必要找出三個關鍵問題的答案:第一,是什麼造成冰川融化速率加快?第二,造成冰川融化加快的機制有哪些?以及第三,冰川融化加快將如何影響全球平均海平面上升?

圖一、思韋茨冰川 (Thwaites Glacier) 於南極洲的所在地。圖/USA TODAY

為什麼南極洲冰川加速融化

是什麼造成南極洲冰川融化速率加快?在過去科學家的研究中,就已注意到南極洲的冰蓋、冰棚 (ice shelf),會受到周圍相對溫暖的水流影響而導致融化 [1][2]。然而這些溫暖的水流是如何流動,以及這些水流如何影響這些冰川地形,受限於直接觀測資料的缺乏,一直是一個亟欲解決的問題。直到西元 2019 年,來自美國和英國的科學家,透過一項科學計畫 International Thwaites Glacier Collaboration (ITGC),針對思韋茨冰川進行更進一步的觀測 [3][4]。科學團隊們藉由多波束測深探測儀 (multibeam echo-sounder ,MBES) 的資料,試圖繪製出思韋茨冰川周圍的海床地形變化,以便進一步了解暖水在冰川周圍流動的路徑;掌握路徑分佈後,則可以改善模擬冰川融化的模型,從而提高預測全球海平面上升速率的準確性。

思韋茨冰川周圍海床地形分佈動畫。

觀測冰川底下暖水數據

今年最新的研究中,科學家首次針對思韋茨冰川底下的暖水收集觀測數據 [5]。這項任務的重要性在於,它可以幫助科學家回答以下問題:冰川底下海洋環流的基本性質是什麼?暖水主要是由哪一個路徑影響冰川?暖水可以深入冰川底下的洞穴到多遠的距離?以及冰川的融化速率有多大程度取決於暖水的流動?

要完整的了解暖水如何影響思韋茨冰川融化,首先要了解整體冰川地形的結構。從圖二可以看到,冰川 (Glacier) 屬於在陸面上緩慢流動的巨大冰體,而冰蓋 (Ice Shelf) 則為從陸地流入海洋大量的冰,在出海口累積成一片厚而廣大的浮冰,並與附近海岸線連成一體(可參考圖二)。當暖水流經冰棚底下,便會加速冰棚局部融化,而一旦冰棚融化,便會加快冰川流入海中的速率,從而加速冰川融解。第二,了解暖水的流動路徑及性質十分重要,其中路徑取決於冰川周遭的海底地形分佈。比喻來說,當水流經一道高牆時,流動的方向就會受到阻攔,反之當流經一個通道時,就會特別順暢;其中海脊 (ridge) 相對周圍地勢來得高,就如同那道高牆,而海槽 (trough) 則相比周遭地勢來得低,如同一個凹槽。因此對於暖水來說,海槽更像是一個容易經過的通道。

圖二、冰川 (Glacier)、冰蓋 (Ice Shelf) 與冰山 (Iceberg) 之間的關係。圖/UCDAVIS

目前科學家對於思韋茨冰川周圍的海床分佈已有一定了解,並推估出在冰川北方存在三個主要的海槽,分別標示為 T1、T2 及 T3(見圖三 A),推斷暖水可能透過這些區域進入冰棚底下。根據觀測,目前已知最高的融水 (meltwater) 濃度出現在思韋茨海槽 (Thwaites Trough),然而並不了解冰棚底下暖水的流動分佈;此外從圖三中可知,在東側存在海脊,因此暖水相對受到東側海脊的阻擋,更有可能經由北側透由深海槽進入思韋茨冰川舌 (Thwaites Glacier Tongue, TGT) 底下。根據先前模擬模型,思韋茨冰川的侵蝕與海洋動力存在關係 [6][7],且暖水主要從北側的路徑而來,東側進入的水體則相對少了許多,並僅在冰棚下流動約幾公里之遠。然而如先前所述,受限於觀測資料的缺乏,模型的模擬仍有許多改進空間。

圖三、思韋茨冰川研究範圍及其海床分佈。其中 TGT 為思韋茨冰川舌 (Thwaites Glacier Tongue, TGT),EIS 為東側冰棚 (Eastern Ice Shelf, EIS)。T1、T2、T3 為冰川北方主要三個深海槽。其他部分可參考文獻 [5] 中之 Fig. 1。

找出冰棚消融的主因

這次的研究中 [5],科學家透過新的觀測數據,發現海槽比原本預期的還要深約 100~300 公尺,並透過其他觀測儀器,如自主水下載具 (Autonomous Underwater Vehicle  , AUV) 等,量測這些海槽中海水的性質,確認在 T2 及 T3 兩個海槽中存在厚度約 200-300 公尺的暖水,並透過聲學都卜勒流速剖面儀 (Acoustic Doppler Current Profiler, ADCP) 數據的收集,推斷出在 T2 海槽中存在一向北流出的水體,而在 T3 海槽,則存有向南流入冰棚底部的暖水,該熱流約達 0.9 兆瓦 (terawatt, TW);根據推算,其將產生一年約 85 Gt(gigatonne, 十億噸 )的融水。從先前 2010-2018 年所建立的數據可得知,該處整體冰棚的融化速率約為 97.5 Gt/year,揭示出在 T3 流入的暖水可能為影響冰棚大部分消融的原因。

當相對高鹽度的暖水流入冰棚底部,失去潛熱並接觸融化的冰水後,水溫開始下降,由於與融水的混合,鹽度也隨之降低,最終提高含氧量 [8][9]。

透過這些資訊,科學家發現在 T2 海槽,融水的比例相對高於 T3,尤其是位於上層向北的水流(水深 400 公尺內)。另外透過 AUV 資料的收集,科學家發現來自 Pine Island Bay 的深層水透過流經東側冰棚 (Eastern Ice Shelf, EIS) 底下而抵達 T3 海槽區域。該發現比原先模型所預期的深層水流動範圍更向西延伸 [7],說明在 EIS 底下的海脊可能比原先預估的深度還要深(>1050 公尺),又或者並沒有如原先所推估的延伸至北邊,以阻擋來自 Pine Island Bay 的深層水。

圖四、依據觀測資料推估出思韋茨冰舌及東側冰棚下水流的路徑分佈。其中紅色箭頭表示溫鹽水流的主要路徑,藍色箭頭為流出冰棚富含融水的水流,紅色虛線箭頭指示可能流入的溫鹽水流。來自 Pine Island 海槽的兩條箭頭則表示以當前資料,仍無法確認深層水主要由哪一條路徑流入東側冰棚 (Eastern Ice Shelf, EIS)。[5]

根據本次研究 [5],科學家總結出高比例的融水主要在西側流出,而另兩個深層水主要分別流入冰棚兩側,其中之一為先前已知由思韋茨海槽進入的暖水,另一個則為之前未知、由 Pine Island Bay 流入的暖水路徑。後者由於受到在地氣候條件 [10] 以及 Pine Island 冰川融化的影響 [11],意味著未來思韋茨冰川的融化速率以及該處整體冰川動力機制,將會比原先模型所預期的,更加依賴於 Pine Island 區域當地條件。

冰川消融帶來的影響

由於冰棚的存在有助於減緩冰川上冰流入海水的速率,當冰棚因流入的暖水融化而逐漸脫離海床(失去如路障般的作用),便會反過來加速思韋茨冰川上的冰流入海中。冰川的前緣不斷融化導致朝陸地後退,最後高聳的冰川峭壁將承受不住自身重量,而快速崩解;一旦思韋茨冰川消失,會使得南極洲西側的冰蓋更不穩定,並可能造成連鎖崩解的效應。[12]

思韋茨冰川的融化貢獻每年全球海平面上升的 4%,而若整個冰川全部消失,則將造成全球海平面上升近 0.5 公尺的高度 [13],這將進一步影響各國海岸線的分佈、人口的遷移,甚至是氣候乃至生態系統的改變。當前南極的冰川融化問題無疑對當代人類再次敲響了警鐘,而若人類對於氣候變遷再不做出更多具體的因應作為,則隨著末日冰川的消失,人類的末日恐怕又將更靠近一步。

參考文獻

  1. Jacobs, S. S., Hellmer, H. H., & Jenkins, A. (1996). Antarctic ice sheet melting in the Southeast Pacific. Geophysical Research Letters, 23(9), 957-960.
  2. Jacobs, S., Giulivi, C., Dutrieux, P., Rignot, E., Nitsche, F., & Mouginot, J. (2013). Getz Ice Shelf melting response to changes in ocean forcing. Journal of Geophysical Research: Oceans, 118(9), 4152-4168.
  3. Hogan, K. A., Larter, R. D., Graham, A. G., Arthern, R., Kirkham, J. D., Totten Minzoni, R., … & Wellner, J. (2020). Revealing the former bed of Thwaites Glacier using sea-floor bathymetry: implications for warm-water routing and bed controls on ice flow and buttressing. The Cryosphere, 14(9), 2883-2908.
  4. Jordan, T. A., Porter, D., Tinto, K., Millan, R., Muto, A., Hogan, K., … & Paden, J. D. (2020). New gravity-derived bathymetry for the Thwaites, Crosson, and Dotson ice shelves revealing two ice shelf populations. The Cryosphere, 14(9), 2869-2882.
  5. Wåhlin, A. K., Graham, A. G. C., Hogan, K. A., Queste, B. Y., Boehme, L., Larter, R. D., … & Heywood, K. J. (2021). Pathways and modification of warm water flowing beneath Thwaites Ice Shelf, West Antarctica. Science Advances, 7(15), eabd7254.
  6. Seroussi, H., Nakayama, Y., Larour, E., Menemenlis, D., Morlighem, M., Rignot, E., & Khazendar, A. (2017). Continued retreat of Thwaites Glacier, West Antarctica, controlled by bed topography and ocean circulation. Geophysical Research Letters, 44(12), 6191-6199.
  7. Nakayama, Y., Manucharyan, G., Zhang, H., Dutrieux, P., Torres, H. S., Klein, P., … & Menemenlis, D. (2019). Pathways of ocean heat towards Pine Island and Thwaites grounding lines. Scientific reports, 9(1), 1-9.
  8. Jenkins, A. (1999). The impact of melting ice on ocean waters. Journal of physical oceanography, 29(9), 2370-2381.
  9. Biddle, L. C., Heywood, K. J., Kaiser, J., & Jenkins, A. (2017). Glacial meltwater identification in the Amundsen Sea. Journal of Physical Oceanography, 47(4), 933-954.
  10. Webber, B. G., Heywood, K. J., Stevens, D. P., Dutrieux, P., Abrahamsen, E. P., Jenkins, A., … & Kim, T. W. (2017). Mechanisms driving variability in the ocean forcing of Pine Island Glacier. Nature communications, 8(1), 1-8.
  11. Webber, B. G., Heywood, K. J., Stevens, D. P., & Assmann, K. M. (2019). The impact of overturning and horizontal circulation in Pine Island Trough on ice shelf melt in the eastern Amundsen Sea. Journal of Physical Oceanography, 49(1), 63-83.
  12. Carolyn Beeler (2019). If Thwaites Glacier collapses, it would change global coastlines forever.
  13. SUSIE NEILSON (2020). Antarctica’s ‘Doomsday Glacier’ Is in Serious Danger, New Research Confirms.
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陳柏成 (Po Cheng Chen)
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熱愛自然科學,曾擔任PanSci實習編輯,現於美國夏威夷大學就讀博士班。如有任何問題,歡迎來信:consciencecpc@gmail.com

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別再糾結於溫度!對抗全球暖化,二氧化碳濃度可能才是關鍵
王希文
・2015/08/07 ・2270字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 596 ・九年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

全球暖化如今已是各國不得不慎重面對的議題,為此,許多國家在1997年12月簽訂了《京都議定書》,更在2009年12月的第十五屆聯合國氣候變化大會( COP15,Fifteenth session of the Conference of the Parties)上通過了《哥本哈根協議》,希望所有締約國能為阻止地球暖化共同努力。

該協議一項倍受矚目的聲明如下:「若要避免危險的氣候變化,全球在一世紀內的氣溫上升應以攝氏2度為限。」這項目標是由跨政府氣候變化專門委員會(IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change)所制訂,因為氣溫上升不僅代表了地球溫度升高,更會造成冰山、冰蓋(即大陸冰川)的融化、海平面上升和陸地面積縮小等問題。

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2009年於哥本哈根舉辦的第15屆聯合國氣候變化大會。source: wikimedia

限溫2℃……真的就夠了嗎?

其實,許多學者專家都認為這個目標設定得過於保守。舉世聞名的氣候科學家、曾服務於NASA的詹姆斯‧漢森(James Hansen)博士與其16名同事,在上週發表了一篇長達66頁的論文,聲稱當前限制全球升溫的計畫完全不足以避免冰蓋的融化,以及隨之而來的海平面上升。

漢森博士是最早(1988年)提出「現今的全球暖化現象並非自然變化,而是因為人類製造了大量溫室氣體、改變了大氣組成,進而引發了全球升溫」的專家學者。他所率領的團隊在最新發表的研究中指出:儘管2℃這個目標在政治上已經是相當難以達成的標準,對地球的幫助卻依然有限。若地球持續升溫,將造成大量冰蓋融化,並形成一個正向回饋循環,促成更多的冰蓋、冰山融化和更嚴重的海平面上升。他們認為,改變大氣的組成──把目前高達 400 ppm 的二氧化碳濃度恢復為 350 ppm 的水準,才是更理想的目標。

此研究模擬了在 2℃ 的升溫條件下,由冰蓋融化所造成的大氣與海洋模式間的回饋循環。他們發現格陵蘭和南極融冰的水量足以減緩兩個關鍵水團:北大西洋深海和南極底層水的形成;這兩者都是大洋環流、大洋輸送帶的一部份,在全球氣候調節上,扮演了吃重的角色。而大量冰水的注入可能造成水柱分層,溫度較高的海水被壓在冰水底下,無法將熱量送至海水表層釋放,使得海底溫度上升、海底冰架融化,又導致更多冰水注入環流,加強此現象循環發生,對全球環境產生重大影響。

漢森博士表示:「最可怕的事情在於:這項模擬結果和我們近年觀察到的南極、格陵蘭表層海水的降溫現象是一致的。」該團隊更提出距今 130,000 年到 115,000 年前的間冰期(interglacial period),又被稱為伊米亞間冰期〈the Eemian〉的資料作為佐證:當時的平均溫度只比現在高不到 1℃,但因為大規模的冰蓋融化,海平面比現在高出將近5到9公尺。

Danmark_O,_Fohn_Fjord,_Renodde.70°N_26°W_(76566707)
根據漢森博士的研究,格陵蘭的融冰將對地球氣候造成重大影響。 source: wikipedia

造成的爭議與討論

雖然這份研究還未經過同行審查(一般論文皆須進行這個步驟,過程約需歷時半年至一年),但因為漢森博士希望這份研究能對 12 月在巴黎舉行的全球氣候會議有所影響,所以在完成審查前,就先行把資料放到網路上免費釋出,研究內容也引發了學界熱烈討論。

賓夕法尼亞州立大學的氣候研究者麥可‧曼恩( Micheal Mann)認為:漢森博士團隊所提出的研究成果的確相當引人注目,特別是關於一兩世紀內可能發生的西南極冰蓋融化和海平面上升。不過對於研究中的其他部分,他則持懷疑態度。

「我認為他們模擬的格陵蘭及南極融冰氣候模式有些太過牽強了,但他們的研究無疑會讓許多關鍵議題展開討論。」曼恩這麼說道。美國國家大氣研究中心的氣候學者凱文‧崔恩伯斯(Kevin Trenberth)也抱持了相同意見,認為模型中包含了太多假設,現實情形是否也會正如他們模擬的狀況發生,恐怕還是個未知數,不過這確實會促使他人進行更深入的研究。

同樣來自賓夕法尼亞州立大學的冰川學家,同時也是全球冰蓋專家的理查德‧艾里(Richard Alley),認同2℃的變化對地球來說已經非常危險,但是他並不認為這份研究可以提供我們太多「答案」,不過內容中提出許多非常有趣且重要的估計值,一定會促成許多技術上的討論和關於全球暖化的研究。

來自波茨坦氣候影響研究所,致力於海平面上升和近年環流翻轉研究的學者──斯特凡‧拉姆斯托夫(Stefan Rahmstorf)也同意IPCC對海平面上升程度的評估太過樂觀,2℃溫度上升可能讓海平面上升好幾公尺,然而拉姆斯托夫並不認為伊米亞間冰期是個恰當的舉例,因為當時海平面的高度變化,主要是受到行星軌道週期影響,而非二氧化碳的排放量。

由於這份研究不僅內容龐大、結合眾多領域,更同時引進新的氣候模型實驗,科學界到底會對此研究成果抱持什麼樣的態度,目前仍難以評估。不過因為該研究成果與IPCC的看法相悖,加上多數科學家的「習性」,批評聲浪恐怕難以避免。漢森博士對此表示,雖然他們在這篇論文中提出了許多觀點,但其實主旨只有一個──海平面上升是「人為造成的氣候影響所引發的大衝擊」。

 

資料來源:

 

王希文
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若大禹再世(一):治水策略 學日荷,好不好?
陳妤寧
・2014/12/20 ・3830字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 584 ・九年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

採訪編輯 / 陳妤寧

本文由科技部補助,泛科學獨立製作

一條河川可能會遇到的各種問題及所轄機關。(圖片來源:水利署)
一條河川可能會遇到的各種問題及所轄機關。(圖片來源:水利署)

全世界面臨海平面上升、降雨極端化,水患問題以更複雜的組合來襲;都市中的河川尚有下滲不足、逕流量超出過去下水道設計的容納量等眾多治理問題。荷蘭在數十年前便有了「還地於河」的覺悟;我們的鄰居日本則為了因應都市化飽和,發展出以流域為單位、綜合河川治理各種面向的「總合治水對策」。他國案例之中是否有值得台灣借鏡之處?從台灣的水文特質看水利工程的發展,背後有哪些成因及脈絡?水利署河川海岸組的蔡孟元組長,從水利工程的角度提出說明,解釋臺灣的河川治理現況和可向國外借鏡之處,讓我們更有憑有本可思索我們理想中的「未來防災城市」的可能性。

荷蘭-「還地於河」

荷蘭多數的土地由河口三角洲所組成,面對著頻繁的河道改道、氾濫、沼澤沖積,加上獨特的泥炭層土壤,使得地層下陷及排水的情況更為複雜。也注定了荷蘭人與水共生的歷史宿命。早期荷蘭的低地城鎮,即隨築堤與排水技術而發展。治水從來無法自外於人類活動而規劃,打從堤防出現在荷蘭歷史開始,歷史上就出現各方角力:市民喜好沿堤防之上而居,地區管委會卻偏好在堤防之內發展以保護堤防;市民和漁民希望水閘門常開保持清潔,農民卻擔心農田會因此淹沒。

1953 年荷蘭發生了有史以來最嚴重的水患,荷蘭政府決定補強原有的堤防和海岸沙丘,規劃了一系列「三角洲計畫」,並訂定了一萬年的防洪頻率標準。(洪水頻率意即某個規模洪水量再次發生的平均間隔,例如「2年洪水頻率」較「100年洪水頻率」而言更常發生、洪水量也較小。但此僅為機率上的名詞,並非預測未來洪水週期的依據。)但 1993 年荷蘭東南部的林堡省依然發生水患,超過 180 平方公里的土地積水 1.5 公尺;這次,水利專家建議疏浚河床,設立滯洪區和加蓋堤防。短短兩年後,同個地點的水患規模卻再度超越以往。此時,荷蘭人雖然一邊訂定新的疏濬計畫,但也逐漸開始檢討,隨著氣候變遷的加劇,到底多少年的洪水頻率才算安全?荷蘭人最引以為傲的水利工程技術,都無法解決水患問題的話,是否根本思維上需要調整?

荷蘭人因此決定加大河川斷面積,依據最大逕流量推算出需要拓寬河道的地點,河道從原本的三百多公尺被拓寬至七百多公尺。並輔以九個方式加大河川斷面積:挖低泛洪平原、堤防往後遷移、將窪地變湖泊、加深夏季河床、加高堤防、減低水閘高度、移除橋墩障礙物、設滯洪池和加築臨時河道。治水眼光從部分河段,拉長到整個河川流域。

不過,都市中飽和的人口密度,對於流域治理永遠是更棘手的問題。因此,荷蘭的「還地於河」思維強調都市內以親水公園、遊樂場等複合式的人水共存空間,取代過去單一功能的防禦性設施,並允許部份條件下的水存在於都市空間之中,「在控制條件內的淹水」也創造了較高的都市的水承載力與適應性。近年來,位於丹麥羅斯基勒市、可身兼蓄洪池的羅北拉滑板公園(Rabalder Parken),即為多工設計的一例。

荷蘭有其特殊的水文和地質結構,我們未必能夠全盤移植其治水模式,但值得學習的是,「還地於河」強調學門之間的對話和整合,至少必須整合水利、土木、都市計劃與景觀設計四個學門的知識。我們應廣納社會中不同組織、以及不同專業領域之間的意見與對話,讓公眾思考希望以什麼樣的觀點發展未來城市,並輔以情境模擬的技術,讓水利問題提升到更高的都市規劃等級來處理。

日本-「總合治水對策」

台灣的地理環境、降雨型態、和災害成因和日本較為近似,因此參考日本的「總合治水對策」概念,研提適合臺灣的「綜合治水」。依各別河川流域不同特性,打破屬地界限,以流域為單位進行整體規劃。相較於傳統治水做法,強調先研究水的源頭和分配,確認降雨的「進」以及逕流入海的「出」,統合一整條河川的病灶和解方,建立屬於流域治理的法規系統和管理權責。

東京都隨都市化進展,降雨逕流大增,水害頻繁威脅住民生命財產安全,遂推展「中小河川流域治水計畫」,重新建立下水道的排水標準,將設計標準從 3 年頻率降雨強度 50.0mm/hr,提昇至 15 年頻率降雨強度 75.0mm/hr 以上。除了提高老舊的下水道(排水路)、抽水站的排水標準外,也加入蓄洪、入滲、貯留、系統預測、土地管制檢討等減洪思維,新建地下調節池及雨水貯留管。地下調節池可疏導調節 25%之洪水量。

在建立地下調節池及雨水貯留管的初期,日本政府曾被質疑為何不直接浚深河川,透過增加通水斷面減少水患。浚深河川的難處在於,日本都市化發展飽和,許多河川水道之下已佈滿地鐵、自來水、瓦斯等設施管線,因此改以建立地下調節池及雨水貯留管來提昇排水標準。未來台北市也可能面臨類似問題,加上潮汐迴水的問題,可將地下調節池及雨水貯留管列為長期的規劃目標。惟興建此類設施的人力、時間、經費成本都極為巨大,政府應讓公民更加深入了解此議題,促進未來的政策透明及規劃方向。

除了規劃超大型蓄洪設備之外,日本鶴見川流域也針對基地開發要求設置「流出抑制設施」,以達成分散式保水的目的,總貯水量高達250萬立方公尺。至於綠地能夠容納的下滲水雖然不多,但從生態的觀點來看,可補充地下水、達成涵養土壤的功能。滲透效果的效果好壞,取決於以下數個要素:若地勢太低、地下水位太高,容易積水不利滲透;坡度太大、土壤的滲透係數太低、或是滲透設備老舊而使得孔隙被細砂阻塞,都會影響水體下滲的能力。

台灣-流域綜合治理

流域綜合治理的觀念之所以興起,目的是為了解決一條河川分屬眾多不同機關分治的問題。比如日本的「總合治水對策協議會」,組成單位包括流域所在各地方政府之河川、都市計畫、建築、土地、公路等單位,及中央的國土交通省。水利署在103年也以「流域綜合治理計畫」,接續自95年以來俗稱八年八百億的「易淹水地區水患治理計畫」。

但蔡孟元組長提醒,綜合治理是眾人理想中最好的做法,但一條河川牽涉的面向「包山包海」,從上游到下游、從中央到地方,涵蓋森林、地質、水土保持、生態保育、水利工程、農林魚牧產業、都市開發各種面向,橫向和縱向都跨了各種專業領域和行政單位。如果追求一個一個 all-in-one 的萬能組織,需要極為龐大的人力,甚至可能成為一個笨重的機關。如何同時避免各專業間各行其事,同時保留分工制度下的專業和效率,是個不簡單的課題。

在接續的「流域綜合治理計畫」之中,首先強調從過去的水道線型規劃轉向流域面整體治理。水道線性規劃多以流水斷面、通洪能力以及堤岸承受力的「河道本位」思考,但無論是農地開墾或都市聚落,人和河川的關係從來都不僅在河川兩岸的兩條堤線之間就可釐清。因應都市逕流的增加,為了避免超過現有下游水道和水利設施的負荷,土地開發利用必須增加透水和滯洪設計,分擔流域增加的整體逕流量,以不增加下游河川、排水系統負擔為原則。也就是流域綜合治理計畫中強調的「出流管制」和「逕流分擔」原則。例如開發基地若位處高淹水潛勢之低窪地區,應提出與原有天然滯蓄洪空間相同功能的補償設施。

其實,這就是大禹治水的故事中所闡述的道理:防堵不如疏通。談到台灣最具代表性的水利建設,蔡組長立刻舉了員山子分洪道為例子。員山子分洪道位於新北市瑞芳鎮,為了避免基隆河上游在降雨量過大時造成下游地區淹水,開鑿了內徑12公尺、長 2483 公尺的引水隧道,可導引 1310cms 的水量排入東海,平均降低下游水位 1.5 m,更有利於下游防洪區段工程採行生態或近自然工法。而為了應對分洪期間夾帶大量泥砂的高速水流,員山子隧道內側的襯砌必須更提高耐磨耗係數。

台灣河川坡短流急,歐美國家雖然防災科技進步,但水情和我們大不相同。如果臺灣無法企及歐洲國家水岸風情的浪漫,那麼是否應該更需要摸索出屬於自己的治水哲學和策略?對此,蔡孟元組長亦指出,和歐美相比,臺灣更適合和地理環境條件相近的日本交流治水經驗,在摸擬後借用適合的觀念,讓臺灣的治水政策得以持續檢討和進步。(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

 

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陳妤寧
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不只是全球暖化,灌溉也造成海平面上升
葉綠舒
・2011/10/18 ・539字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 599 ・九年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

這篇文章是筆者與慈濟大學分遺系100級第一組同學合作改寫完成的

融化的冰川與冰冠並不是唯一使海平面上升的原因,灌溉草坪也會。根據「地球物理研究報告」(Geophysical Research Letters)最近的文章指出:灌溉及抽取地下水會使大量的水由地底經由溪流、河流和其他水道流入大海。研究員依據目前已知的資訊,並由目前的趨勢推論出:過去的這個世紀中,人們抽取了超過四千五百立方公里的地下水,這些水足以讓海平面升高12.6毫米(佔這段期間海平面上升幅度的6%)。

圖片連結:ScienceNow

近年來,地下水的抽取量暴增,從2000年到2008年,人類平均每年從地下水層中抽出一百四十五立方公里的地下水,這個量可以提高海平面約0.4毫米(約佔這段期間每年海平面上升量的13%)。其餘的87%,其中的一半來自於陸積冰的融化,另一半則是來自於海水溫度上昇所造成的膨脹效應(特別是淺層的海水)。

怎樣灌溉才對,這已經不是太新穎的話題了;使用大量的水灌溉土壤,會造成土壤鹽化、酸化、水土流失。而這些水流入大海,還會造成海平面上昇;在水資源越來越珍貴的今天,身為地球公民的我們,是不是該好好研究一下究竟要怎麼灌溉才能得到雙贏的結果呢?

參考資料:
1. Science Now. 2011/10/4. ScienceShot: Irrigation Raises Sea Levels – ScienceNOW

 

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葉綠舒
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做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。