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卑南溪河口段風吹沙治理策略-2014/09/09

卑南溪源自中央山脈東側海端鄉境,穿越延平鄉和卑南鄉後,沿臺東蹤谷花東鐵路順流至卑南鄉利吉村斷層惡地,此河段之河川地質為鬆散易流失的泥岩地層,草木難生、土壤流失嚴重,遇豪大雨極易崩坍,造成河道淤積,而卑南鄉利吉村對岸,是卑南溪切割卑南山脈小有盛名之臺東縣 「小黃山」 岩壁,屬岩礫石層。卑南溪繼續往南跨越過臺東大橋與中華大橋後即至出海口;此段之河川水流走勢平緩,河幅寬廣約2,200公尺,河床上散佈相當廣泛之砂礫及細土表層。

位於卑南溪河口段南岸之臺東市,每年秋、冬季或颱風侵襲前,低壓氣流強勁,狂襲之東北季風颱風外圍環流影響,均會造成臺東市區嚴重之風吹沙災害。

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臺東市風吹沙災害照片

當風吹沙發生時,大小沙粒與微塵隨風揚起四處飄散,整個臺東市區就如海市蜃樓,籠罩在一片灰濛濛的沙塵當中,戶外能見度相當低,且空氣品質懸浮微粒值高升,對臺東地區居民之交通安全與生活品質均造成相當大之影響。

歷年影響臺東市區之風沙問題,多源自於卑南溪下游河口堆積之細塵土,受強烈東北季風颱風過境所形成之風場影響,將其挾帶至臺東市區,而造成市區風吹沙災害。

為解決臺東市風吹沙災害,政府單位各相關機關每年均耗費相當大經費資源,進行風吹沙防治改善工作,然而其防治成效均相當有限,最長也僅維持約一年左右。例如2004年臺東縣政府農業局接授臺東縣環境保護局委託於卑南溪出海口沿岸護坡前後種植大量喬灌木,並在河床沙灘裸露地種植甜根仔草、馬鞍藤,進行風吹沙防治;但於2005年夏季期間,因受海棠、馬莎與泰利等颱風侵襲,卑南溪上游颱風洪水將全數之種植沖失,且上游挾帶下之大量沙石同時淤積於卑南溪出海口段河床。又如2005年臺東縣政府風沙防治聯合小組於行政院環保署爭取得經費,在臺東市中華大橋下,施以稻草蓆覆蓋方式進行風吹沙防治試驗,雖已發揮抑制飛沙揚塵效果,但遇豪大雨或溪水暴漲時,覆蓋於河床上之稻草即為急流洪水所沖走,損失有效覆蓋面積。政府年年花費預算治理,但每年僅採行一種工法進行風吹沙防治,未能有效針對河道特性、風場揚塵起動機制、風吹沙分佈區域進行整合性調查分析研判,每年均施作防風沙工作,但風吹沙狀況還時不斷發生,非常苦惱著臺東市民生活,並妨礙都市健全發展。

防治策略

短期風沙防治策略

本研究依據卑南溪河口段氣象、水文狀況、沙灘裸露地懸浮微粒、地理環境等調查資訊,及季節性變動特性,綜合研擬卑南溪河口段風沙防治短期策略:1.治風沙於揚起前;2.河床保水植生;3.風場破壞;4.沙源阻截等4項短期策略:

策略1.治風沙於揚起前:

粒運動本身複雜多變,且運動尺度範圍極大,受粒徑大小影響分為滾動、跳躍、懸浮等類型,本研究河口段風沙運動態樣,實地勘察結果發覺亦相同情形,但由臺東市區風沙災害樣本分析資料,研究結果顯示為細塵土災害,與非洲及大陸沙塵暴產物粒等覆蓋掩埋地上物情況有所不同,由臺東市區落塵資料分析與河川採樣資料分析,臺東市區風沙災害主要粒徑分佈在0.062mm至0.107mm間,含泥量在36.79%至59.13%間與河口質約佔99.4%、泥質僅佔約0.6%,差異懸殊,本研究顯示河川質粒料滾動及跳躍運動至卑南溪主流河道,即因水流及河道寛幅而流失中止,並可從臺東大堤前坡植栽苗木均無塵覆蓋跡象取得印證,臺東市區風沙災肇因於泥質懸浮微粒,其運動搬運型態主要為懸浮,所以在卑南溪風吹沙治理觀念上應從懸浮運動制止著手,也就是治風沙於揚起前,防治作為與大陸等沙塵暴治理應有所差異。以此觀點在河床內裸露沙灘地植生應優先於堤防外下風處防風林種植為重要,限於機器設備及軍用機場航道管制,尚待進一步研究調查卑南溪河口段風沙垂直分佈狀態情形,證明本研究是項觀點,惟於現地歷次觀察沙塵隨氣流漂散情形,發覺河中浮島高灘地堤防發揮有類似機翼及跑道效應,沙塵除了隨幅合上升氣流捲揚上升外,更借助河中浮島及臺東大堤1:2堤前斜坡助力揚升,遠處觀查直接判斷風沙揚塵高度大於卑南溪南岸防風林木麻黃樹高,防風林攔截沙塵功效大減,故治理卑南溪風沙災害應於揚起前,應著重於河床內植生及增加裸露沙灘地力學性質,抵抗風蝕,以改善臺東市區風吹沙災害。

卑南溪河口段風沙問題可分為風吹沙、揚塵兩部份,風吹沙主要分佈在高度約1.5m至2m間之空域,粒徑多大於100μm以上,揚塵粒徑則多在100μm以下,以微粒型態懸浮,顆粒越小,懸浮分佈越高,隨風吹送距離也越遠;裸露灘地河床質之塵泥含量越高,揚塵越容易被風帶起,隨風吹送之揚塵量也越高。因此防治策略宜依照河床、泥含量百分比及其分佈情況,評估防治佈置方式與範圍。沙塵發生後,顆粒較大的粒子大多影響沙塵發源地或鄰近地區後,即沈降到地面,一般而言,風速及沙粒移動臨界條件是影響沙塵傳輸機制,但是顆粒較小的粒子可以向上傳送到相當於1,000公尺至3,000公尺高空,再藉由大氣環流携帶傳送。在沙塵傳輸的過程中,部分的沙塵可能會因沉降作用或是受到降雨(雪)的沖刷效應而返回地面,而隨著沙塵傳送的距離愈遠,因為擴散或稀釋的關係,沙塵濃度也愈來愈低,當沙塵向外傳送到數公里外後,對當地之影響則主要為能見度降低及造成大氣中懸浮微粒增加。

策略2.河床保水植生:

沙塵揚起主要機制為大氣邊界層處於不穩定狀態,強大氣流及持續高溫天氣,促使地面輻合上升運動增強,氣壓梯度和溫度梯度明顯增大,加速地面擾動,熱對流旺盛所引起,故水霧可有效降温、減塵、保濕,並有利河川沙灘地植生,且由於植樹防風工程需較長時間之細部規劃施工與植生生長期;因此短期策略仍以固定噴水阻擋方法為主。有關含水率影響飛沙量,本研究中已諸多分析,當含水率為該土壤之2.85%左右時,飛沙量甚少,在風洞內進行之不同含水率飛沙量試驗中同時到證明,在含水率少於1.2%時,飛沙量近似相同,含水率於1.2%與2.1%之間時,飛沙量隨含水率增加而急遽減少。亦即說明除非在極大風速下,否則水分含量大於2.85%含水率時,不容易有風蝕現象發生。含水率與始動風速間有正向關係,體含水率增加時,其起動風速亦隨之增加。

河床噴水霧有主動進行治理效果,對河床降温防治沙塵可期,由新竹縣頭前溪風吹沙試驗,0.5%的含水即可達定效果,對卑南溪流量變動大、乾旱期長,植物生長環境嚴苛下,河床噴水霧可長期提供河床植生草種樹苗保濕及水份供給,並且由水霧輸送沉降試驗,當其沉降速度地心引力與大氣環流之氣流達到平衡狀態時,則會產生浮游現象,對卑南溪河口段寛達2,200公尺,噴水系統間距約80公尺、噴水射程約65m,噴水減塵無法到達需要之河中裸露沙灘地,唯有以水霧方式借助大氣氣流能有效運達河中裸露乾旱沙灘地,對河床乾旱沙灘地植生提供有效水源,並提供裸露沙灘地表面含水量,增加鬆散沙塵凝聚力,進而促進沙灘地表膠結,抵抗風蝕,有效防治風沙源產生。

策略3.風場破壞:

卑南溪河口段風域寬廣,由氣象調查資料,河口段風場調查顯示,東北風為主要風向,約佔六成、西南風向為次要風向,約佔三成;而每年風起沙揚月份約從6月份就開始至12月間,另由風沙起動機制,地表風速2.5m/s (2.5m高空處風速達7.5-10 m/s,蒲福風級數5級)以上就能風起塵揚,由現地觀查本段風沙之主要來源為河床裸露沙灘地,其分佈範圍相當廣泛,每年在河床沙灘地進行防治工法之面積有限,因此進行防治工法之範圍可能對某一方向之風場引起的風沙具有防治效果,其他方向風場所引起之風沙則否,後續防治策略宜參考計畫風向之佈置沙灘裸露地綠覆蓋及防風網。由研究資料顯示,植生及防風網,能有效降低風速,削弱或破壞風場強度,防風設施架設,研究結果應與卑南溪風場東北風特性相連貫,配合東北季風風向成70度到90度間佈置;並由本研究發現,一層防風網定率達88%,三層防風網可達100%防風定,另由濁水溪跳島式植生工法試辦區資料研究發現,1面(1公尺高*10公尺長)、網眼密度50%的攔沙網前方可自然形成長1公尺、後方可堆出長5公尺沙丘,防風定效果相當可觀,可運用於本策略風場破壞上。

河床裸露地風沙揚塵及氣象風向等資料,本研究認為卑南溪河口段風場破壞策略,應於卑南溪左岸上風處堤防上加強植栽防風林等木麻黃樹種種植,或於左岸堤防附近劃設70公尺至150公尺寬,帶狀防風林保護區域,以提高風場,並減低進入河床表面風速,降低風蝕發生機率;目前卑南溪河口段風沙防治均於下風處,臺東堤防右岸堤防及堤後約50公尺寬防風林保護區植生,攔截河床揚起之沙塵,風沙治理態樣較被動,不夠主動積極治理,且對河床揚起後之沙塵攔截效率並不理想,因此於臺東大堤右岸綠覆蓋植生防治風沙,需加寛防風林縱深、加強造林密度至50%以上,方能主動破壞風場以提高防風效率。防風林樹種並宜選擇適合臺東當地氣候、耐海風、耐乾旱樹種。

中長期風沙防治策略

1.預警制度建立:

建立風吹沙早期預警機制,結合中央氣象局衛星氣象資料預報分析、激光雷達監測、懸浮微粒(PM10)人工及自動採樣監測、水文監測、河床温濕度監測、堤頂微氣象站建置等。由目前研究風吹沙天氣資料彙整,研究顯示,初步可認為風吹沙為:長期的乾旱無雨、河床裸露地擴大、持續的高溫天氣、河床沙灘地受熱快、地面氣流擾動促使地面輻合上升運動增強,有利於強風的大氣環流形成,冷鋒過境時,氣壓梯度和溫度梯度明顯增大,就會造成風吹沙之天氣,上項技術、設備、資訊建置費時,若整體風沙預警問題無法在短期內改善,可依據揚塵影響的範圍或對象來思考,尤其利用環境調查資料成果,所檢測到之風沙和微塵影響範圍,配合風沙揚塵發生機制(如濕度、溫度、河川裸露地含泥量及含水量)的分析,嘗試建立適當的預警判斷機制,除提醒居民減少外出暴露於飛塵之中,並於堤防上裝置預警監視無線網路系統,適時起動置於卑南溪河口兩岸堤防上之高壓噴水、噴水霧裝置,以降低溪口空氣濕度、降低河床溫度以減少吹沙揚塵及攔截沙塵,以期能達到減輕風沙災害,並宜持續關注河床風沙揚塵垂直分佈狀況作深度空間沙塵濃度研究,以充實預警制度資訊。

2.濱溪緩衝帶規劃:

河川區域是環境敏感地區,開發容許使用度低,先進國家對濱溪河川區域均有開發管制限制、緩衝綠帶等規定,如合理規劃鄰近河川流域土地的使用分區,或下游洪氾平原農業開發時,設置河川區域緩衝帶等,可減少農田等泥漿污染物排入河川中,本研究河段防風林區亦有劃設約50公尺範圍之保安林帶,惟劃設區域參差不齊,防風林先後又遭遇雷擊、火災、人工湖開發及農民開墾擴張影響,原緩衝綠帶功能減低,且急需劃設於上風處之保安林帶均尚未規劃佈設,亟需以都市及非都市計畫手段,規劃保護防風林帶寛、植栽;另外卑南溪北岸(下游左岸)上風處急需規劃之緩衝綠帶,宜限制農業或商業經濟開發行為,本研究指出卑南溪河口段風沙揚塵現場調查之氣象資料顯示,卑南溪河口段風沙揚塵之風向多分佈在東北、東北東方向,為縮減傳送進河口區段之風域,抬高主要風場高度、擾亂削減風域能量、降低與裸露河床表面接觸之摩擦風速,於卑南溪左岸上風處規劃種植70公尺至150公尺防風林帶,將能有效破壞風場,減低風吹沙災害。

3.長期沙源減少規劃:

(1)河床植生綠覆蓋優先:

本研究首要提出制風沙於揚起前之觀點,河床植生為最佳防風沙策略,應優先於堤前堤後植栽,由風沙揚塵採樣分析及氣象資料顯示,一旦風沙揚起擴散,現有地面植生攔截有限,力有不逮,事倍功半,應加強河床植生、噴水霧保濕定並供草籽維生,蘆草自然生長後不需噴灌即能達定防塵功效,綠美化且維持河川生態生長,若遭遇洪水沖失後,每年列維護灑草籽補助植生,灑草籽費用低廉,搭配跳島式防風網、水霧噴灑,維護費用低、效益良好。

(2)河川管理及辦法研修:

A.加強河川植生定期巡視補植;

B.沖擊岸低度保護避免山坡地基礎沖刷土石塌方,製造沙源;

C.裸露河床地上開放供農民種植牧草植生,避免許可種植短期收割後休耕荒田;

D.加強管理河川疏濬石採取,避免濫採盜採,擾動河床自然穩定狀態,採石運輸道路適切舖設A.C或低強度P.C舖面,減少沙塵產生;

E.上游修築攔河堰截水攔,或附近工廠抽取地下水,均易造成下游河床裸露,河川揚塵大幅增加。

(3)加強上游水土保持:與林業單位、水土保持單位密切配合,劃設管理維護區域,避免三不管區域,加強種植深根固土樹種,水土保育並加強取締濫墾濫伐。

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  • 中華大橋北端
  • 大同路與外環道間
  • 卑南鄉小黃山

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    By    Flower Lion

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