111 年 國立臺灣大學生物環境系統工程學系碩士班乙組《生態工程》

此題組主要在探討台灣水文環境的變遷以及永續治水的策略，特別強調「綜合治水」與「生態工程」的應用，並延伸至「公共工程生態檢核機制」的實務面。

第一部分：綜合治水策略下的生態工程應用

核心觀念：綜合治水策略旨在結合傳統工程與生態方法，以達到更全面、永續的防洪減災目標。生態工程在不同河段有不同的應用重點。

(1) 河川上、中、下游的生態工程措施及其減洪防災理由：

• 河川上游：

  • 生態工程措施： 植被復育與保林（例如，增加森林覆蓋率、設置生態滯洪池、草溝等）。
  • 減洪防災理由： 上游地區是集水區的源頭，植被扮演著重要的涵養水源、減緩地表逕流的角色。茂密的植被可以截留雨水，增加土壤滲透，延緩洪峰到達下游的時間，同時減少土壤沖蝕，降低土石流發生的機率。森林的樹冠層能直接攔截部分降雨，樹幹和枝葉能減緩雨滴的衝擊力，落葉層則能吸收水分，達到「海綿」效果。
  • 【答案】 植被復育與保林；可增加地表滲透、延緩洪峰、減少沖蝕。

• 河川中游：

  • 生態工程措施： 溪岸穩定工法（例如，柔性護岸、生態植生護坡、消能工等）。
  • 減洪防災理由： 中游河段坡度漸緩，河道寬度增加，但洪水沖刷力仍強。透過生態工法穩定溪岸，可以防止河岸崩塌，減少淤積，維持河道通暢，避免洪水溢堤。柔性護岸（如箱籠石籠、格框植生）能提供穩定性，同時允許部分水流穿透，減少對河床的衝擊；植生護坡則能透過植物根系固持土壤，並增加綠化美觀。消能工（如跌水工、緩降工）可以降低水流的衝擊能量，減少對河岸的侵蝕。
  • 【答案】 溪岸穩定工法（柔性護岸、生態植生護坡）；可防止河岸崩塌、減少淤積、維持河道通暢。

• 河川下游：

  • 生態工程措施： 濕地營造與滯洪區規劃（例如，建構人工濕地、規劃滯洪池、河濱緩衝帶綠化）。
  • 減洪防災理由： 下游河段通常流量最大，河道寬廣，易發生淹水。濕地與滯洪區能有效容納、暫存洪水，降低下游的洪峰流量。人工濕地不僅能滯洪，還能淨化水質；

核心觀念：「海綿城市」是一種都市發展的理念，強調都市能夠像海綿一樣，在下雨時吸收、儲存水分，在乾旱時再將水分釋放出來，以減緩都市熱島效應、改善水循環、降低淹水風險，並提升都市的韌性。

海綿城市之技術手法、原理與施工注意事項：

1. 透水鋪面 (Permeable Pavement)

   • 原理： 使用具有孔隙的鋪面材料（如透水磚、透水混凝土、透水瀝青、開級配瀝青混凝土等），讓雨水能夠快速滲入下方土壤層，減少地表逕流。
   • 施工注意事項：
     • 基層與底層設計： 需設計足夠厚度的碎石級配基層和透水底層，以確保排水順暢及結構穩定。
     • 材料選擇： 選擇透水率符合標準且耐久性佳的鋪面材料。
     • 施工品質： 確保鋪面間隙（如磚縫）填充良好且均勻，避免施工過程中被泥土或碎屑堵塞。
     • 維護： 定期清潔鋪面表面，清除落葉、泥沙等雜物，防止孔隙堵塞，影響透水功能。

2. 綠屋頂 (Green Roof)

   • 原理： 在建築物屋頂種植植被，形成一個覆蓋層。它可以吸收雨水，減少逕流量；同時透過蒸散作用，降低屋頂溫度，進而緩解都市熱島效應。
   • 施工注意事項：
     • 結構載重： 需考量屋頂結構的承載能力，包含土壤、植被、水分及結構本身的重量。
     • 防水與排水： 設置有效的防水層和排水系統，防止漏水並排除多餘水分。
     • 植被選擇： 選擇適合當地氣候、耐旱、耐候且易於管理的植物。

核心觀念：此題探討都市綠化的質量問題，區分了綠化效果的法規評估與高品質綠化設計的原則。

(1) 我國現行法規層面如何評估基地內之綠化效果？

在我國，基地內綠化效果的評估主要依據《都市計畫法》及其施行細則，以及各地方政府的自治條例和建築技術規則中的相關規定。這些規定通常體現在以下幾個方面：

• 法定綠地面積/綠覆率要求： 建築基地在申請建照時，必須符合都市計畫或建築設計規範所要求的最低綠地面積比例或綠覆率。例如，建築技術規則中對不同使用分區的建築基地，規定了應保留一定比例的綠地。
• 植栽種類與數量規定： 法規可能對基地內應種植的樹木、灌木、草皮等種類、數量、胸徑（樹木）或高度有最低要求，以確保一定的綠化密度和生態效益。
• 綠化設計審查： 建築設計圖說在送審時，會由都市發展或建築管理機關審查其綠化設計是否符合法規，包括綠地配置、植栽計畫等。
• 竣工查驗： 工程竣工後，相關單位會進行勘驗，確認基地內實際綠化狀況是否與核准圖說相符，是否達到法規要求的標準。

儘管法規有這些要求，但其主要側重於「量」的達成，對於綠地的「質」（如生態多樣性、功能性、美學、維護管理等）的評估，則相對較為不足，這也是題目中提到「不盡然能夠確保都市之綠地品質」的原因。

【答案】 主要依據《都市計畫法》及其施行細則、《建築技術規則》等，透過法定最低綠地面積/綠覆率、植栽種類與數量規定，並透過設計審查與竣工查驗來評估。

(2) 進行綠化設計時應注意哪些事項或規劃設計原則，以確保綠地之品質？

為確保綠地品質，除了符合法規的「量」之外，更應注重「質」的提升，以下為幾個重要的規劃設計原則：

• 生態多樣性原則 (Biodiversity Principle)：
  • 注重在地原生種： 優先選擇適合當地氣候、土壤條件的原生植物，這些植物對環境的適應性強，所需維護少，且能提供在地野生動物（如鳥類、昆蟲）所需的食物和棲地。

核心觀念：此題要求定義「生態工程」，需要涵蓋其核心目標、方法學及與傳統工程的區別。

「生態工程」(Ecological Engineering) 是一門跨領域的學科，它結合了生態學原理、工程學方法與技術，旨在設計、建造、操作和管理符合生態學原則的系統，以解決人類社會與環境之間的問題。其核心目標是：

1. 促進永續發展： 設計能夠同時滿足人類需求（如能源、食物、水、棲地）並保護環境、維持生態系統健康與功能。
2. 模仿自然生態系統： 盡量模仿自然生態系統的結構和功能，利用其自我組織、自我調節和自我修復的能力。
3. 最小化環境衝擊： 採用對環境影響最小的技術和方法，減少污染、能源消耗和資源浪費。
4. 提供多重效益： 不僅解決單一工程問題（如防洪、污水處理），同時能提供生態棲地、景觀美學、生物多樣性保育等多重效益。

與傳統工程的區別：

核心觀念：此題定義「水力停留時間」(Hydraulic Retention Time, HRT) 並探討其在生態工程中的重要性，特別是在水處理相關應用。

水力停留時間 (Hydraulic Retention Time, HRT) 的定義：

水力停留時間 (HRT) 是指單位體積的反應器（如水池、滯洪池、人工濕地、生物反應器等）內，水體被完全置換一次所需的平均時間。簡單來說，就是水在系統中平均停留多久。

計算公式為：
$HRT = \frac{V}{Q}$
其中：

• $V$ 是系統的有效容積 (Volume)
• $Q$ 是系統的進流量 (Flow Rate)

例如，一個容積為 100 立方公尺的水池，平均進水量為 10 立方公尺/小時，則其水力停留時間為 $100 m^3 / 10 m^3/hr = 10$ 小時。

水力停留時間在生態工程上的重要性：

水力停留時間是許多生態工程應用中（特別是與水處理相關的系統）至關重要的設計參數，其重要性體現在：

1. 生物處理效率的決定因素：
   • 微生物生長與作用： 在生物處理過程中（如人工濕地、活性污泥法），微生物需要足夠的時間來分解污染物。HRT 越長，微生物與污染物接觸的時間就越長，處理效率通常越高。
   • 污染物去除： 許多污染物（如懸浮固體、有機物、氮、磷）的去除，都與水體在系統中停留的時間有關。例如，在人工濕地中，足夠的 HRT 才能讓植物根系和微生物有足夠的時間吸附、分解污染物。

核心觀念：此題要求定義濕地環境中的「土壤條件」，需說明其組成、特性及其在濕地生態系統中的作用。

濕地的「土壤條件」是指構成濕地基質的土壤及其物理、化學和生物特性。它不僅是提供植物生長基礎的介質，更是影響水文、化學過程，以及棲息地形成的重要因子。具體而言，濕地土壤條件的定義包含以下幾個層面：

1. 物質組成：

   • 礦物成分： 主要由岩石風化產生的砂、粉砂、黏土等礦物顆粒組成，其比例決定了土壤的質地。
   • 有機質成分： 由動植物殘骸分解而成的腐植質，是濕地土壤肥力、保水保肥能力的重要來源。濕地土壤通常有機質含量較高，尤其是在缺氧條件下。

2. 物理特性：

   • 質地 (Texture)： 砂、粉砂、黏土顆粒的比例，影響土壤的孔隙度、通氣性、保水性。
   • 結構 (Structure)： 顆粒的聚集方式，影響土壤的滲水性、通氣性及抗侵蝕能力。
   • 孔隙度 (Porosity) 與通氣性 (Aeration)： 濕地土壤的孔隙度通常較高，但由於經常淹水，其通氣性往往較差，容易形成厭氧（缺氧）環境。
   • 飽水度 (Saturation)： 濕地土壤的關鍵特徵是經常處於飽和或近乎飽和的狀態，即大部分孔隙被水填充。