拆水壩能復育河川生態？

作者：馬克斯（Jane C. Marks)；翻譯／王如蓉

來源：本文轉載自科學人2007年4月號

20世紀初，美國亞利桑那州沙漠中的化石溪（Fossil Creek）是一條由泉水匯流成的水道，供應了一座綠洲。這條野溪和茂盛的河岸生態系，吸引了魚類和一大群無法在其他環境生存的動、植物，這條河流和周邊環境也吸引著拓荒者與移民遷移至美國西南部。

1916年，工程人員在化石溪興建水壩，沿著陡峭山坡修築渡槽，將河水導向兩座水力發電廠，不僅供應採礦作業所需的電力、帶動亞利桑那州的經濟成長，也幫助了鳳凰城的快速擴展。但是到了2001年，由化石溪發電廠提供的電力卻不到該州電力供應量的1%。
將近兩年前，這兩座發電廠關閉了，而另一項實驗計畫隨之展開，2005年夏天，發電廠工人拆除了水壩及渡槽，使河水流回22.5公里長的化石溪河床，這河床已經將近一世紀不曾有過這麼多的水流，於是細流匯集成瀑布，淤滯的淺灘成了碧綠的水塘。
科學家目前正在追蹤這個生態系，看看長久歷經生態演替的區域是否能夠復原，以及原生魚類與植物能否再次生存下來，他們也在密切注意是否會出現計畫中沒預料到的生態後果。
當水壩的建築結構老舊、對當地提供的電力無足輕重，或是變得不安全、維修成本太高，當地居民決定使河流復原、魚類回來時，讓水壩退役（尤其像化石溪這種小型水壩）就會成為常見的事。
但僅僅移除水壩，並不代表經過長期更替的生態系統就能自動恢復繁盛，所有自然界的事物都一樣，現實的狀況遠比人們預期的還要複雜，我們曾目睹水壩移除後留下許多意外的後果，如今必須運用這些知識，降低拆除水壩將帶來的負面影響。
水壩退役，已成全球趨勢
目前全世界約有80萬座水壩仍在運作，其中有4萬5000座高度超過15公尺的大型水壩，這些水壩多數是在上個世紀（主要在第二次世界大戰以後）興建。水壩帶來的利益相當明顯，水力發電佔全球電力供應量的20%，與其他發電來源相比，是乾淨、可再生的能源；水壩可以防洪，而水庫能提供可靠的水源，供灌溉、飲用水及遊憩之用；有些水壩還能穩定水流，幫助船隻航行。
不過，興建水壩的代價也是顯而易見的，為了築壩，居民必須搬遷，因此這在開發中國家也造成越來越多的爭議，壩體不僅破壞景觀、攔截淤泥（為三角洲、河岸及海灘所需）、阻擋洄游魚類的行進，更摧毀水道內及水道周圍的生態系統。
自然保育人士反對水壩的歷史由來已久：美國的「國家公園之父」繆爾（John Muir）曾試圖阻擋在優勝美地的赫奇赫奇峽谷興建水壩；環保作家艾比（Edward Abbey）在小說《猴子歪幫》中，亦曾描述一幫人針對亞利桑那州的格蘭峽谷水壩進行游擊式破壞行動。近年來，大眾已普遍認知到水壩帶來的負面效應，於是幾個利害關係團體，包括公用事業部門主管、管理機構、政策制定者、保育人士、原住民、研究者以及一般民眾，已經組成團體，為老舊水壩的退役而奮戰。
在美國，用來水力發電的水壩，每30~50年必須重新申請許可，近10年來，水壩拆除的速度已超過興建的速度，光是前兩年，就有約80座水壩拆毀，研究人員希望藉由這股趨勢，未來可拆除更多水壩，特別是小型壩。雖然美國在這方面的努力領先各國，但不是只有美國這麼做，像是法國已經拆除羅亞爾河谷的水壩，而澳洲、加拿大和日本也已經在進行或規畫水壩的移除。
上述成功的例子也激勵了更多移除水壩的行動。在1999年，工程人員拆除了位於緬因州肯納貝克河的愛德華茲水壩，這是經過環保人士長期抗爭後，才使美國聯邦能源管理委員會最後拒絕換發該水壩的許可證。水壩拆除後的幾年之內，生物學家驚喜地觀察到許多動物都回來了，包括條紋鱸魚、灰西鯡、美洲西鯡、大西洋鮭魚、鱘魚、鴞、翠鳥、鸕鶿和白頭海鵰。他們也發現河水的通氣性良好，重要的食物鏈昆蟲像是蜉蝣、石蠅和石蛾的族群數都增加了。
羅亞爾河谷也上演了類似的故事。19世紀時，這裡鮭魚的數量還相當豐富，每年約有10萬尾會洄游至此，但是到了1997年，共計只有389尾鮭魚循此路線洄游。雖然水壩設有魚梯及升降梯式魚道的構造，然而沿著羅亞爾河與其主要支流修建的八座水壩，連同它們使用的渦輪機與抽水機，早就殺害了大批的鮭魚族群，因此，包括歐洲河流網（ERN）等非政府組織便發起讓鮭魚回鄉的運動。
為了響應此活動，法國政府讓四座水壩除役，1998年有兩座、2003年及2005年各有一座，在移除每座水壩後的數個月內，有五種魚類（包括大西洋鮭和西鯡）開始重新建立過去的洄游路線。
而多數水壩移除後的地點，重複發生著肯納貝克河及羅亞爾河的故事：當河水流回河床，河水的清澈度與含氧量都增加了，水生昆蟲也重新繁衍起來，溫暖的停滯水從原本的水壩後方流下，喜歡生存在停滯水中的魚類（例如非原生的鯉魚）也跟著游出，當水流更順暢時，水溫下降，冷水魚類（像是鱒魚）的數量就開始激增，此時原本易於排擠其他魚類的鯉魚族群，數量也漸漸減少，有時甚至會完全消失，人們與動物群和植物群，都能再度享受河流的恩澤。
從威斯康辛州（美國率先拆除小型水壩的一州）到澳洲的新南威爾斯，生物學家已經觀察到移除水壩的好處，甚至在不拆除水壩的情形下讓部份的河水流回河川，都有正面效益。
淤泥易造成水道污染
生物學家也記錄了先前未曾預料到的問題。攔堵在水壩後方的淤泥一旦釋出，就會阻塞水道，使環境變得污濁，殺死魚類的重要食物來源──昆蟲及藻類。這波污濁物也會破壞行固著生活的濾食動物的棲息地，像是淡水貽貝。有時藏在水壩建築結構中的污泥甚至充滿許多污染物，1973年，工程人員拆除哈德遜河上的愛德華茲堡水壩時，下游的魚類體內的多氯聯苯濃度開始增加，多年後仍居高不下，時至今日，美國政府仍未開放捕撈條紋鱸魚，就是因為魚體中的多氯聯苯濃度偏高之故。
淤泥未被沖刷至下游也會帶來問題，因為這些沉積物極可能藏著有害的外來種植物種子，淤泥變乾後會變成適合這些植物生長的沃土。來自歐亞大陸的利甘草就是一例，在威斯康辛州的橡樹街水壩移除後，利甘草生長繁盛，即使生態復育學家在原地播下原生種的牧草種子，利甘草卻仍佔競爭優勢，佈滿該地。
在某些案例中，水壩會阻擋入侵種往上游移動，使牠們無法進入水壩上游，例如，化石溪上的水壩阻止了外來魚種的前進，像鱸魚與翻車魚，因此水壩上游成為西南部瀕臨絕種魚類的庇護所，包括headwater chub（一種小型鯉魚）和斑紋鰷魚，而水庫也成為當地瀕危物種北美豹蛙的棲地。
然而，移除水壩也會對附近居民帶來危險，在某些地區，防洪是相當重要的工作，政府必須在水壩可能坍塌前，設計出安全對策，以羅亞爾河盆地為例，當地政府把天氣型態、降雨量和河川水位等資料電腦化，以便在洪水發生前的四小時發出洪水警報，工程人員也重新針對河床做拓寬與加深的設計，使羅亞爾河流域的水流流動更順暢無阻，但不至於溢出河岸。
想要使水壩移除的損害降至最低，化石溪復育計畫可做為這類規畫的主要案例，研究者透過謹慎的規畫，控制作業進行時可能產生的不利後果，他們主要的考量包括：如何處理淤積的泥沙、是否將化石溪當做原生魚種的魚場進行管理（這表示可能要排除外來魚種），以及如何保護以水庫為棲地的蛙類。工程人員最後決定在水壩周圍另闢水道，做成一道隔開外來種的屏障，使這些蛙類得以在屏障後的水域生存。
此外，生物學家對原生魚種的管理態度更為積極，他們盡可能從溪中捕捉原生魚類，將牠們空運到水池中，接著在溪裡灑上魚毒，使外來種死亡，一旦這些毒都散去後，再把原生魚類放回溪中，接著美國墾務局在現存的水壩下方12公里遠的地方築起柵欄，進一步防止外來種入侵，現在管理者正在觀察化石溪裡的生物會如何應變。水壩的命運將在2010年裁決，假如豹蛙能在下游重建棲地，外來魚種也不再入侵，水壩就可以拆除；如果不是這樣，管理者會降低水壩的運作，但不會移除水壩。
有趣的是，化石溪的復育工作還包含興建更多水壩，只不過這些水壩是以石灰華為建築原料，這是富含碳酸鈣的泉水與藻類交互作用所形成的天然石灰岩層，這些擋牆會製造出小型的深水池，成為各種魚類和昆蟲理想的棲地，同時也會攔截落葉層，這是河中生物重要的食物來源；在興建的人工水壩中，這些落葉會被永遠擋在水壩後，從此排除食物鏈之外。
拆除水壩時，堵在水壩後的淤泥確實是關鍵變數，管理者常要面對的最大難題是：如何對付大量淤積又不知道裡面有什麼的泥土和碎屑。
鑑於哈德遜河下游曾釋出殘留的多氯聯苯，科學家現在會定期檢驗這些淤泥的毒性，如果淤泥中含有高濃度的污染物，則必須將移走這些污泥所需的花費（尤其是移到遠處時），與水道對沉積物的沖刷能力加以比較；假如淤泥量太高，河流沖刷能力卻很低，工程人員可能會選擇分階段進行水壩移除工作，每次只釋出少量的淤泥，工程人員有時會在水庫建立排沙隧道、種植植物以穩固泥土，或者放置物理屏障，例如岩石或暫時的圍欄等，將泥沙固定在一定的位置。
在化石溪，約有1萬9000立方公尺的淤泥堵在水壩後面，地質學家和其他學者預測，在10年內，河流會自然地將這些淤泥沖刷至下游，而不致帶來不良影響。因此該計畫也無須考慮搬運大型機器到荒野地區的花費以及對環境造成負面衝擊等問題。
然而，水庫淤泥在其他地區卻引發很大的問題，加州南部馬蒂利加溪上的馬蒂利加水壩，約有460萬立方公尺的淤泥堵在水壩後面（事實上，因為這麼大量的泥沙淤積，水壩無法蓄水供灌溉或飲水之用），同時，下游河岸卻面臨泥沙不足的窘境：它們非常需要泥沙來阻擋風雨不斷的侵蝕。
讓泥沙發揮原有的功能
馬蒂利加水壩預定在2009年退役，而且管理者已經設計出一份如何處理沉積物的計畫，他們打算將細碎的淤泥從水壩後方以泥漿管運送到下游5~11公里處，從那裡開始，馬蒂利加溪就能在洪水爆發時將這些淤泥重新分配到不同的位置，形成河岸或沙洲，至於已經在河川上游累積的較大或粗顆粒的沉積物，則留置在原地，不過，工程人員會將那裡的河道重新規畫得更自然蜿蜒，這樣能使泥沙落定、重建河岸，有更好的防洪效果。
在化石溪和其他地方，管理者和科學家正運用所有可得的資訊，包括水壩移除、生態復育以及對整個流域的了解，以做出決策。但是，我們對於生態系統的相關知識仍有許多不足，而正在處理水壩退役的工作人員，也認知到他們正進行著的長期實驗，可能有預料之外的結果，例如，化石溪就是第一個移除外來魚種的計畫，如果成功的話，這個方法就可當成例行的處理模式，特別是可運用在允許使用化學藥劑的小型溪流中。
在化石溪，我們的研究團隊正記錄著河川恢復的過程，對於許多沒有答案的問題，我們希望把焦點放在下一個5~10年：原生魚種能否在沒有外力干預的情況下繁衍？外來魚種會回來嗎？在化石溪的故事裡，有一個有趣但成疑的轉折，就是用來移除外來魚種的化學藥物，並不會對美國鰲蝦造成危害，這些外來種因造成食物鏈大混亂而惡名昭彰，而過去有外來魚種會吃掉美國鰲蝦，使這些甲殼動物的族群數下降，所以現在我們很可能讓情況逆轉。此外，當化石溪復原時，遊客的人數會跟著增加，河流沿岸也會修築更多的步道，管理者現在就必須擬出規則，要讓遊客進入，但要也能保護脆弱的生態系統。
為了補強像是在化石溪進行的現地實驗，研究者正運用電腦模擬進行室內的研究，位於明尼蘇達州的美國國家地表動力學研究中心，已製出一座溪流、水壩和水庫的小型生態系統模型，研究者使用微速定時攝影術來測定當水壩以不同的方式移除時，沉積物會如何往下游移動，而且可以移動到何種不同的程度。
從水壩建築設計下手
許多過去致力於興建水壩的工程人員，現在卻發現自己投身在如何拆除水壩的工作中，美國政府機構如墾務局和陸軍工兵團，以及歐洲類似的單位，都不只在研究如何移除水壩，也設法從建築結構中取其利而避其害，例如，如何在不需建造阻擋物的情形下引出河水。為了回應世界水壩委員會在2000年提出的報告，工程人員也設法在未來水壩結構的原始設計圖中，一併將水壩的退役納入考量。
社會大眾會繼續比較贊成與反對興建水壩雙方的意見，並衡量水壩的使用效益與破壞的代價，而科學家也必須持續研究如何以最佳的辦法來移除水壩，才能使自然生態系統和人類社會都能繁衍。接下來的幾年內，幾座大型水壩的退役將進而提供人們更重要的知識，2009年，華盛頓州的奧林匹克國家公園有兩座水壩會被拆除，分別是高約64公尺的葛萊恩斯峽谷水壩，以及高約33公尺的艾爾華水壩，這兩地的科學家都在蒐集有關鮭魚、硬頭鱒，還有水中含氧量、昆蟲族群數以及沉積物含量等基準數據。
日本的荒瀨水壩即將在2010年拆除，以回應公民運動者長期以來的抗爭，因為他們對於水質不良及漁業衰退感到憂心。而澳洲準備在莫科恩湖的水壩移除後，將7900公頃的湖泊再度變回濕地。法國則考慮讓羅亞爾河谷的第五座水壩退役。
在多數水壩退役的例子中，各種爭論也隨之而起，某些爭議甚至始料未及。在羅亞爾河流域，有對父子的意見最後是分道揚鑣的，父親記得的是在原始河流裡有鮭魚悠游，而兒子的成長回憶則是在水庫裡游泳與划船。
在化石溪的例子中，當地社區想要把柴爾茲-爾文發電廠的設備保存下來，這座電廠是由當時少數幾位女性建築師之一的塔特（Iva Tutt）興建，而由好幾代的工程人員來維護，他們與家人就定居在當地，由於這座電廠具有重要的文化意義，因此電廠的保存也成為復原計畫的一部份。
另外，當澳洲新南威爾斯州的威靈頓水壩拆除時，也發生同樣的情況，2002年，當地的州立水公司已確定在橫跨布許瑞志溪處保留一公尺高的建築（並未留出水口），如此大眾將銘記該水壩是在1898年興建。以這些折衷處理方式，加上科學家對生態更透徹的了解，以及越來越精巧的建築設計來看，要讓世界上的水道最後滿足所有相關者的期望似乎是有可能的，從電廠到人都是如此。

應當要了解代替方案

由 swinghw 於 週三, 10/17/2007 - 23:01 發表
拆除水壩即使是潮流, 也要瞭解拆除背後的替代方案. 畢竟台灣河川水量太不穩定,又沒有什麼大淡水湖. 如果沒有水壩, 倒底要如何蓄水呢? 目前臺灣農業用水仍占70%左右, 而幾個大型水壩對於農業的重要性相當的高,特別是旱季很長的南部地區. 如果沒有好的代替方案, 盲目的去追隨潮流, 恐怕只會自嚐苦果, 也沒有人會因為你盲目的追隨潮流去贊許你.