臺灣堰壩的存與廢
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王筱雯｜
成功大學水利及海洋工程學系
郭偉丞｜
成功大學水利及海洋工程學系
堰壩的功能
臺灣的河川坡度陡急，降雨分布不均，豐枯水期流量差異大，且地質脆弱。為有效利用水資源及穩定河床，在臺灣的河川上分布了大大小小的堰壩等跨河攔水結構物，以蓄水供灌溉、水力發電、公共給水，或防洪、防砂用。
就水利角度而言，堰、壩的功能是集水、蓄水和抬高水位，以供取水利用。一般高大的或排洪時只可局部溢流或通洪的稱為壩，低小或可全面溢流的則稱為堰，惟大小之間並無明確區分。若就功能而言，壩主要在蓄水形成水庫以供調節運用，堰則只抬高水位以利引水，沒有蓄水調節功能，且由於抬高水位形成的水域有限，一般不稱為水庫。如位於高雄縣甲仙鄉在1999年6月完工蓄水的甲仙攔河堰，在旗山溪豐水期時，把雨水引入南部重要水庫之一的南化水庫儲存，以提供南部地區水源。
而就水土保持角度所興建的防砂壩，則是為了攔蓄河道泥砂、調節泥砂輸送、穩定河床和兩岸崩塌、防止侵蝕和沖蝕、抑止土石流所構築的橫向構造物。如位於宜蘭粗坑溪的粗坑堰，雖名為堰，但實際是一防砂壩，由早期的臺灣省水土保持局興建。然而這堰因壩基地質、漏水等因素，現已淤滿，僅有穩定河床、防止縱向沖刷的功能。
堰壩的現狀與問題
一般而言，堰壩的平均壽命約為50年，它的結構完整性會隨著時間推移而減少，因此需要經常性的維護。不可諱言的，堰壩提供人類社會重要的效益，但隨著堰壩結構物逐年老舊，維護和修復成本也隨之逐年增加。另一方面，堰壩下游因砂源不足導致壩體基礎掏刷，使得潰壩的可能性增加。
再者，這些堰壩的建造和存在改變了河川的面貌，對於河溪生態系的架構組成和機能性造成影響，包括：改變自然的水文循環、渠道和洪水平原的生物及物理特性，並切割原本連續的河道，廊道中斷可使得洄游生物路徑阻隔和區隔化等。
時至今日，已有不少水工結構物超過使用年限，或嚴重淤積和壩體年久受損而逐漸喪失原有功能及經濟價值。對於這些問題，目前多數的思考方向是加以修復使功能恢復，殊不知達到使用年限的壩體維修費用高，且經濟效益常常遠不如預期。
因此促使了相關單位針對水工結構物所造成對環境生態系統的可能衝擊，進行詳細的檢查評估。當成本效益評估得到繼續維持，或修復這些已近使用年限的堰壩所需付出的成本，超過繼續營運所能帶來包括發電防洪灌溉等用途的效益時，就會做出拆除的決策。
美國經驗
以國外經驗來看，美國在1950年代以前所建的堰壩，至今估計約有超過75,000座接近或已達到使用年限，需要聯邦能源組織等單位核發續用許可。
以位於奧勒岡州（Oregon State），因發電和供水需求而興建於1909年的馬莫（Marmot）壩為例，壩高15公尺，攔蓄泥砂量約75萬立方公尺。由於在營運80年後已失去原本的功效，且因執照使用年限屆滿，經過整體評估後，馬莫壩於2007年被移除。
馬莫壩的拆除方式，是先以土石材質的暫時性圍堰（coffer dam）把水導開，再對壩體進行氣壓鑽孔移除混凝土結構。生物學家同時先行遷移數百條在受影響河道範圍內的魚類至相關養殖區放置，以免在壩體移除後，泥砂所造成的河道濁度飆高，影響當地的鮭魚。在馬莫壩的混凝土壩體被拆除之後，上游的暫時性圍堰隨著一場颱洪事件而沖毀。根據相關調查，壩體拆除後魚類可往上洄游，多了近150公里的棲地可供利用，且已在原壩址上游發現為數不少的鮭魚。
如馬莫壩的拆除案例，美國在橫向水工結構物移除的實際案例，各有不同環境背景下的目的，包括壩體老舊的安全顧慮，或原有功能喪失時的重新思考，以提供洄游性魚類通道或擴增魚類棲地等。就如同每一座堰壩在當初興建時都有獨特的背景需要考慮，拆壩時也是如此。
臺灣案例
以位於石門水庫上游的巴陵防砂壩為例，它的功能是攔砂和穩定水流，減少砂石下移到石門水庫。2007年，韋帕颱風所帶來的豪雨造成已淤滿的巴陵防砂壩潰壩，剩下的壩基又遭之後的柯羅莎颱風豪雨摧毀，洪水同時改變潰壩後的大漢溪水文流向，巴陵壩長年承受的千萬立方公尺的泥砂也順勢沖到下游。
建壩和拆壩對上游河床斷面變化的影響，可用「淤積一大片、沖刷一條溝」加以說明。當堰壩建好後，上游床坡開始趨緩，形成淤積河道。原本主深槽逐漸淤高後，就形成平緩的橫斷面，這時河寬加大，形成「淤積一大片」的河相形態。堰壩移除後，因下切沖刷而導致上游形成一條明顯沖刷溝，當這條沖刷溝下切到一定深度後，沖刷溝兩岸因無法阻抗土壓或洪水沖刷而開始崩塌，沖刷溝的深度得以減緩且兩岸寬度因而擴大，這現象稱為「溯源沖刷」。
巴陵壩潰壩後上游淤積的大量泥砂在往下游運移的過程中，是否會衝擊現有生物棲地，或河道淤積是否會造成下游洪患可能性提高等，已經是潛在的危險。類似巴陵壩的例子，還包括高屏攔河堰、榮華壩等。對於這些堰壩的處理方式值得深入探討，在重建修復之際，應審慎思考是否透過拆除或局部改善的方式達到最大效益。
再來看雪霸國家公園轄區內的七家灣溪流域，這流域是目前國寶魚臺灣櫻花鉤吻鮭的唯一棲地。自1980年代起，由於防砂壩的建造、人為的開發等因素，櫻花鉤吻鮭的棲息地大幅銳減。為了提供鮭魚的洄游空間和改善棲地破碎化，雪霸國家公園於1996年起，開始對防砂壩的拆除進行可行性評估。並於1999年至2001年間，自最上游的第四號防砂壩至最下游的第一號防砂壩，陸續針對七家灣溪支流高山溪上的4座防砂壩進行壩體的改善和拆除。
高山溪防砂壩拆除後，河床上大石頭的比率升高，形成較穩定的底質，深潭棲地的比率也變高。由於壩體上下游的河床坡度逐漸平緩，鮭魚得以順利洄游到壩體的上游水域。不過，隨著自然河道環境的演變，高山溪三號壩在拆除之後幾年，因颱風大水所攜帶而下的巨大樹幹橫亙而形成一臨時性結構，使上下游產生約5 公尺落差，並使得泥砂淤積在壩體上游，這一臨時性天然結構再次造成鮭魚洄游的阻礙。後續變化情形仍應長期觀測，以準確掌握拆壩對於河道和櫻花鉤吻鮭棲地所產生的衝擊。
至於七家灣溪主流上已淤滿的一號防砂壩，其高度13公尺，淤砂量約20萬立方公尺，壩基因受水流衝擊掏刷已被破壞，有安全上的疑慮。且由於它是七家灣溪流域最下游的壩體，因此成為鮭魚上溯的第一道屏障。為了安全的考量和臺灣櫻花鉤吻鮭的棲地復育，雪霸國家公園於2011年5月開始為期約兩周的改善工程，並於6月初完成壩體改善。
由於在臺灣壩體改善的案例相當有限，且七家灣溪一號防砂壩的體積、高度和淤砂量，都遠超過高山溪上已拆除的4座防砂壩，因此，針對一號壩壩體改善的方式、時機，以及壩體改善後泥砂對下游河道的潛在衝擊和對生態系統的可能影響，相關研究單位正審慎評估和監測，以在充滿不確定性的生態變動環境中，以適當的壩體改善策略儘量減少不可預期的負面影響。
壩體存廢的思考
就如同每一座堰壩在當初興建時都有獨特的背景與需要，壩體改善時也是如此。在當今多數壩體的使用年限已近的環境背景下，包括壩體老舊的安全顧慮，或原有功能喪失時的配套，以及是否提供洄游性魚類通道或擴增魚類棲地等，都需重新思考。
有些壩的拆除會使河川和生態系統造成劇烈的變化，有些沒有顯著影響，有些則會引發新的問題，因此任何決策都需要審慎評估。而且，壩體的維護或拆除的決策常牽涉到許多相關的單位，例如七家灣溪一號壩的拆除改善，需要營建署雪霸國家公園、農委會林務局、退輔會武陵農場、經濟部德基水庫管理局、臺中市政府農業局等單位的共識和整合。
蒐集並檢視實際案例的經驗，有助於了解堰壩存廢的方向，而在決策過程中，針對河相面向的泥砂粒徑組成和運移、生態面向的棲地和物種反應、社會人文面向的觀感和經濟考量等的深入評估，有助於建立未來臺灣進行相關工作的基礎。
