土石流防护的生态工程技术

土石流防护的生态工程技术

稳定山区的七个原因1.植物的覆盖，减少雨滴的冲击2.土壤的保水与入渗，减少地表冲刷3.水分的渗漏与排水，流入河川4.坡度的稳定5.地质的稳定6.野生动物与森林的互动7.原住民与森林的互动破坏山区产生土石流的七个原因1.植物砍伐，减少覆盖度2.地表土壤的流失3.水分无法渗入地下深层4.人为道路的开发破坏坡度的基脚，人为的开垦改变山坡的稳定度5.人为的开发在地质的顺向坡上6.森林生态系统破坏7.原住民对森林的使用被取代，成为经济的开发对于森林资源过度的掠夺土石流是土在流或是石在流？土石流的发展史–瑞士是全世界最美丽的高山区，也是最多土石流的地方，所以土石流的学位来自瑞士1.

Horace–BendictdeSaussau在1787年提出当土壤与岩层的摩擦力减少，就产生地层滑动的现象2.CarlZay在1807年提出「土石流」的名词(debrisflow)，依他在1806年9月2号的观察，他发现当天的下午两点，有树木断裂的声音，树根扯断的现象，下午四点石头自地下跳出，泥土下陷，成为小池，山上的动物开始奔逃，下午四点四十五分，山开始移动。这些现象发生在1574公尺高的Rossberg山，山下的居民至少有500人，只有四个人机警地向山下逃，其他人在四点四十八分到四点四十九分当中都被土石流掩埋(土石流移动的速度约是1.3-22m/sec)因此土石流是可以预警的。土石流的发展史3.ArnoldLinth在1845年提出山是不稳定的，土石流的机制来自1)地壳的运动：深层的岩石向上挤压上层的土壤，这种现象，他称之为「背斜」(anticlines)，山区的背斜会组成岩层的褶曲(folds)，这产生山的侧向压力，导致土石流2)气候的因素：降雨导致地表的冲刷因此他提出，保护山区土石流，瑞士要有山区的高程图与地质图3)山区若不易有深层排水，就会有瀑布，因此人要远离有瀑布的地方4)过去土石流很容易产生山区的堰塞湖，所以美丽湖泊的附近，不要有人居住5)土地的使用要避开危险的区域，免得产生土石流山，我给你披个温柔的外套

日本人最早可能的由来：１．公元前二千多年，南岛某个种族顺着北上的黑潮，搭船迁到日本２．中国某个未知的族类，经过朝鲜半岛西迁而去３．早期西伯利亚的部落，沿库页岛南下而来。公元前五世纪，已经有人在东京的「弥生」町种植水稻，当时耕作的方式完全依靠降雨，无灌溉设施，也无溜池埤塘，日本人称此为「天水田」，这是日本文化的开始。弥生时期的水稻，后来经过鉴定，品种来自中国。当时的中国正处于春秋初期，文化鼎盛、兵强富足，远悬海外的东瀛岛国，承受一点稻米，不过是一点碎渣儿。日本对海外的学习

而后千年，日本的文化、耕作、技术、服装、文字都向中国学习。如8-12世纪中国大量使用「水车」灌溉，日本才有小型的水车出现。日本学习中国，拣拾一点中国的残余，就奉为宝贝。中国视他们位在「日出之地」，称他们为「日本人」，又低估那些尽是附从模仿的人，称他们为「倭奴」。15-16世纪期间，日本进入战国时期，部份战败的武士在中国海上四窜，中国谑称这些人是「倭寇」。当时的日本约有1900万人，是拣食中国碎渣儿的一群。日本对海外的学习荷兰商人东来，日本开始接触欧洲的文化。著名的霸主织田信长(1534-1582)努力向荷兰学习，并以枪炮彻底打败北方武田信玄(1521-1573)的骑兵。而后，丰臣秀吉(1537-1598)更是向荷兰学习。织田信长武田信玄丰臣秀吉关原之战与锁国政策丰臣秀吉死后，德川家康(1543-1616)与丰臣的遗族与家臣争战。德川家康大力支持神道教与天台宗的佛教，不像织田信长与佛教的武力僧人长期争战，或像丰臣秀吉释放神道教拥有大片土地，给贫穷的佃农耕作。关原之战与锁国政策1599年，关原之战，德川家康打了胜仗。1615年德川又与丰臣遗族争战，日本许多基督徒投入这场权力之争，加入丰臣遗族的军队。德川又胜，下令日本进入「锁国」，断绝与外国接触，祇留鹿儿岛边的小港与荷兰贸易。抗洪的小国荷兰，位于莱因河（Rhineriver）、瓦尔河（Waalriver）与马斯河（Maasriver）的冲积平原。全国41,259平方公里的面积中，60％的土地低于海平面，是世界上著名的「低地国家」。由于冲积平原土地肥沃，荷兰农民也擅长农艺育种、蓄牧与养殖。抗洪的小国荷兰的土地面积与台湾相似，迄今仍是世界农产的输出大国。莱因河是每逢上中游下大雨，河口低地的荷兰就会淹水。1287年迄今，洪水至少淹了荷兰1134次。荷兰人每次淹水都留纪录，是世界上最常记录洪水的国家。防洪是荷兰全民合作的首务，洪水来时，全民无处可逃，只能一起抗洪，这也不断发展出改善治水的技术，后来使其他多洪水的国家受益。抗洪的小国日本德川幕府实施锁国期间，德川幕府愈来愈腐败例如，在1755年（德川幕府宝历五年），在萨摩地区与河争地，幕府下令整治「水曾川」。以高堤束水，没想到隔年洪水再起，堤破淹大水，治水的萨摩藩要负全责。萨摩藩不只损失四十万两黄金，五十多名参与治水的萨摩武士，都被要求切腹自杀，萨摩藩主岛津重年忧病以终。这事件称为「宝历治水悲剧案」。萨摩藩武士终于体会武士道不能战胜洪水，开始向荷兰学习治水技术。抗洪的小国1853年（德川幕府嘉永六年），日本屈服于美国的东洋舰队，订定不平等条约，引发倒幕之战。萨摩藩成为推翻德川幕府的主力倒幕的功臣，大都是萨摩藩的志士。1868年(明治元年)日本进行维新，明治功臣大久保利通（1836-1878）提出派遣优秀学生出国，学习欧美最新科技，在学生尚未学成归来与经验养成之前，重金招聘荷兰的工程师前来教导治水。抗洪的小国这些工程师必须年满三十岁，有丰富的工程经验。这时前来的工程师，许多是学有专精，带着宣教使命的「工程宣教士」。大久保利通人才的培养1873年，在大阪湾的欢迎会中，前来的是荷兰工程师里杰吉（JohannisdeRijke,1843-1913）当时，东京大学教授的薪水是350元，里杰吉的月薪是400元，但是400元日币折算成荷兰币并不高。里杰吉来自一个世袭的筑堤家族。里杰吉夫妇人才的培养1860年，里杰吉进入荷兰工科大学，专攻水理工程学，大学毕业后担任北海运河工程师，不久后升任为北海运河主任工程师。荷兰人知道日本人的个性排外，不容易长期与外人相处。但是日本人做事认真、善于学习，对有本领的人是诚心佩服。里杰吉是有本领的人，但是他有一段期间的迟疑，他写道：「人生愈重大的问题，就愈不容易作决定，去或不去，成为我的烦恼。但是决定前往，我就往前直奔，不再回头。」治山方能治水里杰吉担任治理淀川的主任工程师他一到工地，就沿河上溯，直到船只无法通行。沿途他看到山上森林砍伐，山坡滑动，与许多落石堆积在河边。他向日方提出「治河是从源头防起」，他在河川上游选用1.2～1.5公尺长的木头，在山坡上作成交错格框，蓄土种树，这是后来非常著名的水土保持「格框工法」。继而，他以当地粒径0.9～1.5公尺的石头，作成多孔性的拦砂坝，来透水拦砂，后来称此为「透水坝」。在河川中游，他以在地的大、小树枝，编织成为层层的栅栏，栅栏之间摆放石头，他称这是「粗朵」。粗朵工法治山方能治水里杰吉以木头的柔性，加上石头的刚性来治水当水在粗朵的孔隙间流过，水中的砂就留下来。粗朵滞留的砂愈多，就成为植物生长的地方。植物的根系又增加粗朵的稳定性，且能绿化河川的两岸，鱼虾也在粗朵孔隙间栖息。后来，「粗朵」成了日本治水工程的特色，世界上最早治水兼具生态的建造，迄今日本还有「粗朵工程协会」，以建造粗朵为荣。治山方能治水当许多日本人惊讶里杰吉的治水创意。他才对他们讲道：「工程师无论具备多么丰富的施工经验，获得国家多么大力的支持，拥有多么先进的知识。对于上帝的创造，人要持续保持谦卑。大自然的力量，不是工程所能抵抗，而是柔性地疏导，才能长期发生功效。」这种概念所做的工程，后来称为「柔性工程」。不讲话的福音使者1874年12月，淀川整治完工，河川流况大获改善居民与政府官员在完工庆典中，大大庆祝。大久保利通注意到众人陶醉于成功之际，人群之外的远处，站一个人静静地观看，那个人竟是这个工程的负责人。一个人不迷失在自己的成功，才是真正可以担负重任的人。大久保利通继续委托里杰吉治理日本的江户川、利根川、信浓川、多摩川、木曾川等多条大河。在每个完工庆典中，里杰吉还是远远站在人群外，他知道「日本所要的，不单是工程的成功，而是认识耶稣基督的救赎。福音的见证，不在自己的言语，而在完成的工程。」不讲话的福音使者日本人做事认真，他比他们更认真，日本人做事踏实，他比他们更踏实，日本人狂欢庆祝时，他却比他们冷静，他让完工后的功劳，全归给日本工程师与当地人。大久保利通深深敬佩里杰吉，尊称他是「日本治水的施洗约翰」，这成为他的福音招牌。工作之余，里杰吉很少与日本人接触，他写道：「日本人心里对外国人存着怀疑的成见，因此我不需要与他们热络感情，也不需亲热来获取方便，而是冷静地、切实地将临到我的事情完成。」土石流治理案1880年，里杰吉负责本津川上游「崎田山」的整治。这是日本最困难的治山工程。过去日本战争期间，经常烧毁对方森林，迫使对方投降。战争后，烧毁的森林未加复育，导致许多山上树木不存，一片光秃，台风暴雨期间，成为土石流所在。土石流治理案里杰吉现场勘查后，召集许多贫苦的百姓，教导他们用布编绳，再背着绳子爬到山上，沿着山脊，在整片光秃的山上挂绳网。绳网拦截土粒，又能吸收空中湿气，提供种子发芽所需水分。不久绮山上绿树覆满，这成为日本非常著名的「挂网复育森林工法」。崎田山治理前崎田山治理后土石流治理案工程完工并非任务结束，里杰吉立刻要求禁伐林木，连官方也不得任意而行，他提出：「权力愈多，义务就愈多。」让在地贫穷百姓管理森林，管理好者，付与高额奖励，让在地居民以巡山、照顾森林为荣，这工作还可世代相袭。里杰吉提出：「当人开始考虑子孙所需，就会珍惜上帝所赐的恩惠。」崎田山整治案，后来成为土石流灾害保护的经典案例。日本明治维新的第一工程师1884年，里杰吉到京都负责「琵琶湖导水」引进大型浚渫机，将湖中底泥挖清，一方面增加湖泊的蓄水量，一方面将清淤的底泥给农民作肥料。琵琶湖日本明治维新的第一工程师里杰吉在工作时，冷静的思索、精确的计算与严谨的态度，深得当时内务卿山县有朋（1838-1922）的欣赏山县有朋开始派东京大学最优秀的毕业生，作他的实习助手。他要求学生不只学习技术，也要学习做人处事「没有官僚」的作风。他以身作则，这就是福音。山县有朋日本明治维新的第一工程师1887年，里杰吉升至为日本最高职任的工程师──内务大臣技术顾问「相谈役」。他已不需负责任何工程，而可以自由四处指导工程师。他常对实习者提出：「在人类起源的伊甸园，上帝分出四条河。所以治水的要领在将水分出去，而非将几河聚在一起。」他虽当国家最高工程顾问，开会时总静静地坐在末座，常与工人坐在一起。国土规划的源起同年，里杰吉提出日本第一个「国土规划」的工作，国土规划的四大原则(1)全国水资源的规划：「将自河川取来的水(或称为外水)，尽量分布到大地上。将下雨或排水(或称为内水)，尽量排回到河川。」(2)全国土地的整理：「要让土地与其上所长，能够承受最多的日照。」(3)全国住宅区的配置：「所有住家皆拥有良好采光、通风、视野与公共卫生。」(4)都市与农村的兼顾：他认为「至少要让10-15%的人民留在农村，保留传统小耕农制，并让农民在各地区组成『农民组合』，发展地区生产特色，提高农民所得。」何等地远见与智慧。这工作一直进行到1930年代才完成。国土规划的源起工作之余，里杰吉经常阅读日本各地农业与畜牧的报导，他总关心弱势的农民与畜农。有一次，大阪城遭遇洪水，他下令紧急挖掘排水路，将洪水导走。事后官、商联合举行庆典与餐会，他都没有参加。餐会后他才出现，当场提出应该给农民反馈金，因为他们提供农地供为排洪水道。独立思考的空间1904年，里杰吉才归国。归国前，明治与诸大臣宴请他，他仍然保持一贯作风「一言不语」。祇提出：「公共建设的工程师，经常被要求要做最顺命的人，并且要快速施工，完成任务。但是最好的工程师，需要有自己思考的空间。」他回到荷兰，荷兰首相聘他担任全国土木建设最高顾问。1911年12月，中国聘请他担任「上海黄埔江整治工程」的总工程师。他在预备前往中国前几日病逝。治水的高手里杰吉影响整个日本的公共建设，与许多的工程师。日本据台期间，日本的一些工程师也将里杰吉的理念与技术带到台湾。其中以冈崎文吉（1872-1945）最为著名冈崎文吉在1921年担任日本北海道大狩川的综合整治主任工程师。治水的高手根据里杰吉的理念，冈崎文吉提出治理河川，减少洪害的关键在（1）保护森林，减少林区开发。他写道：「治水之本在涵养水源。」（2）保持河川的平衡状态，因此「治水在顺着水，分流至河川边之荒地。因此最好的治水在诱导水流，堤防要顺着河川原来之蜿蜒迂曲，不在阻水挡水。」（3）建造低水护岸，保持枯水期间河川的输砂功能。（4）地表下一公尺之内有河川伏流水者，方作水田，否则只作旱地，以免用水田土地扩张太快。治水的高手冈崎文吉《治水》：「水利科学极端发展，不是使人过度相信学理，将河川过度矫正。最好的治水，只在辅助自然不足之处。」治水的高手宫本武之辅(1892-1941)大正与昭和时期，日本最杰出的治水工程师担任「日本全国灾害勘查总长」他提出：「河川是公利，没有管理好才成公害」「国家经济的开发，要依河川流域来画定，不要越域引水。」治水的高手最影响后世的是他在1936年(昭和11年)所着的「治水工学」一书，他提到里杰吉的治水哲学，并写道：「国家公共工程的投资，经济开发的利益，

不能祇看近期的收益，过度开发引起的灾害，

一次的损失将会超过过去十年的收益。」因此，他首先提出国家每年都要编「灾害特别预算」以作灾害救助，并时刻准备救灾。也许藉由这次上课，你可以知道生态工程与我的科系「生物环境系统工程学系」的关系了。

生态工程的第二个理论1.工程的进行，如果可以回避不稳定的区域，要采回避2.若无法回避，才用最少的接触3.如果必须有较大面积的接触，最好采用初步的整治，尔后让植物去演替，以做长期的稳定，并使工程融入大自然，这又称为让人看不到的工程施作4.如果工程会对当地造成破坏，在施工之时，必须另外营造一个地方，来弥补大自然的损失，这称为noletloss。5.工程的施作必须获得在地百姓的接受，并且尊重在地的文化案例一：

台中苑里，保护坡地明挖覆盖生态工程三百年来，台中与苗栗一直有个危机…在大岸溪边的火炎山土石不断的崩落，压伤路经的旅客与行人，这座火炎山每年增高0.1到1公分。以致坡度不稳定，使得岩石不断地滑落由于台中的水果送到大甲这是唯一的一条道路，这条道路成为台湾西部平原最危险的道路。过去每一年大甲的进香团要巡回这条道路，期待能够获得平安。但是，落石导致每一年都有人受伤。2005年，建造了第一条让土石在顶部滑落，车子在底下安全经过的明挖覆盖的隧道。在隧道的上方，放置拦截石头的明沟也建造蓄积排水的渠沟并将水排到大安溪，郁今就没有人受到