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鹽田復育:台江鹽田復育的工程思考

105/01/05 瀏覽次數 1735
荒廢鹽田的復育

台江國家公園位於台灣西南沿海,擁有海洋與陸地交界的珍貴地理條件與生態系統,如濱海溼地和七股潟湖,是許多候鳥與水鳥的棲地,也是稀有鳥類黑面琵鷺的冬季棲地之一。當一個地區具有如此的天然資源時,在這片土地上活動所創造的文化與歷史必然非常豐富與複雜。由於過去部分地區用於曬鹽而曾經輝煌過,如今曬鹽已不具經濟競爭力,使這地區留下許多荒廢鹽田。

復育荒廢鹽田指的是復育到鹽田時代,使其可以繼續生產鹽?還是鹽田之前或更早的時代,使其具溼地的生態多樣性?若是前者,工程上不是問題,但經濟上是個大問題,也因此才有廢棄鹽田的存在。本文所指的是把鹽田復育到具生態多樣性的濱海溼地,當一區域具有生態多樣性時,對應的文化、社會發展才得以永續。工程手段是復育的重要方法,但施作時必須兼顧許多其他的考量。

鹽田的產生是因為天然條件與當時的商機,把海水由人工渠道引入,然後關閘門困住海水,並藉由南台灣的烈陽使水分蒸發取得結晶的鹽。海水引入的地區若沒有被這樣當成鹽田,它會是一般的濱海溼地,充滿各種各樣的生物,形成一個多元的生態系。

荒廢鹽田復育的關鍵在於這個地區的活水循環,強烈的日曬導致水分快速蒸發,使得剩下的地表或地下水分含鹽量高,不利於大多數的生物。因此,當思考活水循環時,不應只考慮水在地表與地下的流動,必須同時思考其在地下、地表與空氣中的循環。

台江鹽田的特性

台江國家公園內鹽水溪附近的荒廢鹽田,蘊藏著很大的觀光、經濟及生物多樣性價值。另外,七股鹽山是目前一個重要的觀光、休閒與教育園區。

曬鹽與洗鹽有相當多的工序,尤其是要把鹽曬得潔白無瑕,必須用高濃度飽和的鹽水去洗還在結晶的鹽,在洗去雜質的同時,卻不會使剛形成的鹽結晶溶解。

過去台江地區被當作鹽田使用,大幅增加其土壤含鹽量,加上荒廢鹽田中現在一年中有半年以上(以夏季為主)沒有活水流動,鹽含量因日曬只會有增無減,無法供大部分的生物利用,只有少部分耐鹽植物可以生存。冬季時,這些鹽田充滿積水,水量太多也不利於動植物生長與活動。總之,荒廢鹽田夏季太乾,冬季太溼,無法生長任何東西。自從停止採鹽後,荒廢鹽田就是現在這個樣子,若不做任何處理,在可見的未來也不會有太大的改變。

工程如刀的兩刃

工程對生態與環境景觀的破壞是眾所皆知的,土木水利工程師可視為大地的雕塑家,也可視為生態系的殺手。例如興建一條馬路,就阻隔了馬路左右生物的移動,嚴重時可使某物種消失,改變生態系的平衡。然而適當的工程可帶給人們更安全、便利與舒適的生活,也有助於生態系統的平衡,工程的最終目的是建立人類與自然界永恆的、動態的協和。工程本身有如刀槍一般,沒有善惡之別,因為都只是工具,善惡來自於使用者的心。

慎思熟慮的工程會考量對生態的影響,這是目前的顯學,稱為生態或永續工法。生態或永續工法強調顧慮生態的精神與準則,並沒有一套SOP,因為每一個工程都有其獨特性,須因地制宜,並且結合工程、生態、政策、人文學科等跨領域的集思廣益,選擇一個最佳的方法滿足各個角度的需求。

永續工法

對於台江鹽田的復育,必須運用永續工法降低工程對環境的破壞,對荒廢鹽田進行水活化工程,使其活化後可回復舊有的生物多樣性,帶動觀光、經濟發展。但在施工前,須先進行現地水文及地質調查,了解當地的水循環機制,並深入了解土壤及水中的酸鹼值與時間的關係。實際施工時,須以永續工法的精神因地制宜,使其適合於活化荒廢鹽田。

為什麼海水不會回流到荒廢鹽田中,以自我療癒回復到濱海溼地的狀態?因為自然環境在過去一百多年的改變與人類活動的影響,即便是把台江地區過去所建設的水道與水閘門打開,也無法讓荒廢鹽田復育。

在台江鹽田復育的工程問題背後,是一個廣泛且重要的科學問題,即含化學物質(這裡是鹽)的流體流經多孔隙介質的物理問題。這科學問題探討流體運動與化學物質擴散的耦合現象,因為流體可在多孔隙介質的孔隙中運動,在流動與擴散過程中,鹽的濃度得以分布在流體與土壤裡。土壤不但是孔隙介質,孔隙大小還有不同的分布,是一具階級式的多孔隙介質,不同大小的孔隙會影響土壤的物理化學性質,這個科學問題可藉由模擬技術求解。

在海水與陸地交界處,鹽的濃度太高或過低,都不利於生物的多樣性。由於夏季炎熱,維持這區域的水量是一個首要的問題。興建水塔、水井或石砂管等可取得初始所需的水量,但蒸發會劇烈降低總水量,包含地下水量也可能降低。

因此,即便興建明渠流水網(明渠是指水在一開放的渠道中流動,水的表面壓力與大氣壓力相同),並進行模擬分析,探討如何把水均勻地分散,最後也需面對如何持續注入所需用水的大問題。由鹽水溪引水進入荒廢鹽田區域是可行的,但經濟成本與整體工程效益仍需更深入的評估。

模擬技術的應用

工程與科學上廣泛使用模擬,是以電腦計算分析,在適當的假設條件下,計算未來可能發生的事。

欲描述物理世界,由連續體的角度,可使用偏微分方程式。這些方程式必須配合邊界條件與初始條件一起求解,才可以獲得滿足物理觀察的答案。這些方程式與條件的建立,是經由繁複的數理推導,並與實驗相互驗證,然後再應用到複雜的問題上。對複雜的問題,這數學系統大多無法以手算求得解析解,必須使用數值方法,以電腦計算數值解,常用的數值方法是有限差分法與有限元素法。

除了以連續體的方式模擬物理系統外,另一個方法是顆粒型的模擬技術,例如分子動力學模擬。把物理系統中最小的組成單元如原子當成一個球形顆粒,並賦予顆粒間的交互作用法則,然後模擬數以百萬計的顆粒間每分每秒的互動,以呈現系統整體的行為。

不論連續體或顆粒型的模擬技術,各有其優缺點。數值方法把連續體離散化,也可視為某種程度的顆粒化,可見這兩種技術間的相輔相成。

模擬技術已廣泛應用於地震、交通或大規模的潮汐與海底和陸地地形的交互作用等,是評估與預測未來可能發生事件的重要參考,但不可解讀為必定會發生的結果,因為真實的物理世界可能與當初建立數學方程式系統的假設條件有落差。

建立地下管流水網

另一個工程策略是建立地下管流水網。因流體在水管裡流動,其壓力可大於大氣壓力,若在管壁上局部應用泡沫材料,就可使流體由水管內釋放出去進入周圍的土壤。最大的好處是降低水分的損失,在夏季枯水期,藉管內的流體壓力控制水分的釋放量;在冬季豐水期,把水分抽回集中池。如此,可終年維持這地區土壤中的水含量,進而維持酸鹼值。整體水網的控制可藉由感應器與電腦程式達到自動化。

在荒廢鹽田中興建這類的地下管流水網,是一個大規模、類似地質改良的工程。在土木水利工程中,地盤改良常是必要的,用以增加地基承載力。杜拜的棕櫚人工島可視為大規模地質改良的例子,填海造地是另一個例子。

雖然埋設地下管流水網搭配地下流體集中池是用以復育荒廢鹽田相當理想的方法,但經濟成本、施工方式與材料的選擇仍需深入研究,才能滿足生態、人文、工程、經濟、法令、政策等各方面的需求。

溼地的復育

消失溼地的復育具有與荒廢鹽田的復育非常類似的工程與科學上的挑戰,也就是如何把水還給土壤。

水分的喪失除了因為蒸發外,地下水位的降低也是一個嚴肅的問題。地下水位降低的原因非常複雜,但全球似乎都有類似的問題,也許與地殼內部複雜的運動有關,而地殼內部複雜的運動也許與火山爆發、極端氣候等因素有關。

工程無法永遠地解決問題,即使現在可以用工程的方法復育溼地,不代表這個溼地會永遠存在,雖然中國四川的都江堰已有約兩千三百年的歷史了。大環境的改變如地震、極端氣候等,仍可能破壞工程建設,這時必須施作新工程,以維持人類的生存與活動。

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