河川治理規劃與經營管理生態考量的重要工具 ─ 魚類棲地適合度曲線葉明峰

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  發刊期數:第0296期/ 發布日期:2018/09/14

河川源生魚種及棲地適合度曲線調查與資料庫建置_pic

前言

自然環境與生態是現今河川治理不可忽視的一環,有效的生態維護或保育配合措施更是降低水利工程對生態影響必要的綜合治水手段。以兼顧生態基流量生態復育為主的河川棲地水理分析模擬研究,是河川管理單位研訂有效的配合措施以降低水利工程對生態影響的重要參考依據。在將生態因子納入考量的河川棲地水理分析模式中,以族群密度(單位努力捕獲量)或出現機率量化魚類在自然狀態下對於不同水深、流速、底質等環境因子的喜好程度或適應能力,並描繪二者關係的棲地適合度曲線(habitat suitability curve,HSC),則是河川治理規劃與經營管理生態考量的重要工具。

「三生」兼顧的工程思維

臺灣早期河川治理主要以維護民眾生命財產安全及經濟發展為出發點,注重的是防洪、開發與利用,講求的是堅固、安全與「人定勝天」,採用的是治水、導水、利水的傳統策略。當時水利工程構造物大量採用鋼筋混凝土來取代原有的天然土石與植被,卻因狹隘的人本片面考量而犧牲河川生物生存最基本的棲地需求,不僅破壞原來河川的自然面貌,使棲地品質逐漸劣化、消失,亦斲傷了河川生物多樣性,所謂的「三生」,明顯偏重人類的「生活」、「生產」而輕自然的「生態」。近年來生態環境保育觀念方興未艾,兼顧人類需求、河川生物基本生存權與生物多樣性品質的生態工程已逐漸成為潮流。當水利工程施作無法迴避時,如何降低或縮小必要的工程對當地生態環境所造成之衝擊,同時留給河川生物基本生存所需的水量,營造適合、足夠的棲地環境並維持河川生態系統穩定與平衡,進而對河川生物因水利工程而失去的棲地給予適當的補償,已是現今河川治理規劃與經營管理必需正視的課題。

棲地法 — 跨域結合工程與生態的水理分析研究方法

河川水量對於河川環境的影響扮演了關鍵性的角色,流量更是影響河道型態與水域型態的重要因素(汪靜明 1998),滿足河川生物最低生存需求、維持河川生態系統穩定與平衡所需的生態基流量(ecological instream flows)更是確保河川生物多樣性品質的基礎憑據(Jowett 1997)。Gopal(2014)整理了生態基流量分析方法,包含世界自然保育聯盟(IUCN)、世界銀行(World Bank)、國際水資源管理研究所(International Water Management Institute,IWMI)所採用的方法,不出歷史流量法(historic flow methods)、水理法(hydraulic methods)、經驗法(empirical methods)與棲地法(habitat methods)等4種。

上述4種方法中,歷史流量法所需資料較少,較為簡易,但僅以過去之逕流量紀錄(如流量延時曲線)與人類經驗決定河川之生態流量,未考量流量與生態間的關係;水理法所採用之濕周參數因受河槽型態影響甚大,運用於濕周變動較大的臺灣河川誤差相對增高;經驗法係依據某一流域內的面積訂定最小流量,僅適用於特定河川,其他河川並非可以一體適用;棲地法係針對生物對棲地環境(如流速、水深、底質等)的適合度指數,藉由河川棲地模式來模擬不同條件時(如流量及河川斷面變化)對象生物可利用棲地的質、量變化,並據以評估維持基本生存必需的最低水量。例如「河道內水流量漸增法」(IFIM)、PHABSIM、MESO-HABSIM、RHYHABSIM、RHABSIM、River 2D、DIVAST,與2010年德國的斯圖加特(Stuttgart)大學Schneider等人提出可應用於魚類、底棲生物及水生植物的模糊邏輯(fuzzy logic)、棲地模擬程式(CASIMIR),以及2012年Milhous等人結合PHABSIM、RHYHABSIM、RHABSIM等3種模式提出的環境流量分析整合性工具SEFA(System for Environmental Flow Analysis),皆為棲地法評估模式。

相較於其他3種方法,棲地法因將水力學模型與生物棲地偏好特性結合而普遍被採用,成為現今重要的河川管理工具。惟此類方法除需熟稔水理模式操作外,亦極度依賴足夠的河川斷面數及指標生物棲地需求(棲地適合度曲線)等資訊,換言之,棲地法實為一種跨域結合工程與生態的研究方法。

魚類棲地適合度曲線棲地法水理分析模式中的生態基石

為了維護居民生命財產安全及發展經濟,多年來政府興設許多水利構造物,無形中卻也影響河川環境生態。為降低工程的負面影響,水利署近幾年來努力尋找生物與環境間的關係,即是希望能瞭解工程設置或相關管理措施對生物所造成的影響。過去亦曾嘗試辦理魚類適合度曲線的相關研究,以流速、水深及底床粒徑等工程人員熟悉的參數,透過實地調查與統計分析建立魚類棲地適合度(喜好)的關係曲線,水利工程人員僅需透過河川棲地水理分析模式即可瞭解待建工程設施興建後對水理條件的影響,進而評估魚類棲地質與量的變化,惟國內已建立之原生魚種曲線數量並不多,尚難以因應不同魚種別或河川別的相關研究與應用。

魚類棲地適合度曲線研究的過去與現在

相對於有系統地推動各中央管河川情勢調查計畫,國內有關河川魚類棲地適合度曲線的實地調查研究則較為零散,例如1997〜1999年農委會特有生物研究保育中心(特生中心)彙整了數條溪流的調查成果,繪製了埔里中華爬岩鰍(Sinogastromyzon puliensis)的棲地適合度曲線;1999〜2001年特生中心以電格法持續於濁水溪水系進行魚類棲地適合度曲線調查研究;2007〜2008年與2009〜2012年,水利署水利規劃試驗所委託特生中心分別於烏溪支流筏子溪頭前溪烏溪高屏溪支流旗山溪(楠梓仙溪)以電格法進行了相關調查研究;2007〜2009年成功大學亦於高屏溪支流旗山溪曾文溪支流後堀溪以不同規格之電格進行相關調查。

鑒於前人研究僅及於部分河川中的少部分臺灣原生魚種,且不同研究之現地調查方法各異,同一種魚類在不同水系亦可能有不同的棲地適合度曲線水利署水利規劃試驗特再次委託特生中心辦理「河川原生魚種及棲地適合度曲線調查與資料庫建置」計畫,自2015年起至2019年止,針對北、中、南、東四地區前人研究未及的中央管河川,有系統地推動棲地適合度曲線的調查研究工作。2015年迄今,已先後完成卑南溪後龍溪大安溪水系的調查工作,並建置了共45條原生魚種水深、流速與底質棲地適合度曲線,2018年則於曾文溪水系持續進行調查。

該計畫亦規劃魚類生活史的研究與魚類棲地適合度曲線調查技術作業手冊研擬,藉以瞭解原生魚種生殖周期與生態習性,補充水理參數外的生態相關資訊,並期使棲地適合度曲線調查方法與努力量標準化,提供後續相關調查研究之參考與依循。

另為使曲線之應用更加便利,該計畫亦建置了「指標魚種棲地適合度曲線及生活史資料庫」,除將5年計畫成果納入資料庫外,並開發魚類棲地適合度曲線應用介面、魚類生物指標(如IBI)計算及河川流況歧異度分析等功能,以聯結相關河川棲地模式,方便使用者可由此模組直接選取指標魚種之曲線、生活史資料及圖片等資料,評估工程設施對水理條件及魚類棲地的影響,進而應用於後端的水利建造物設計、河川棲地改善與治理規劃,以兼顧水利與棲地生態品質。

未來展望

魚類會依繁殖、覓食、休息、避敵等不同需求選擇利用不同的棲地,在適宜的環境其族群密度通常較高,出現頻率亦高,反之就會降低。河道中流水的質、量改變會引起水深、流速、底質、水溫、濁度溶氧量等環境因子的變化,通常伴隨著流態組成與魚類等水域生物群聚結構和分布狀況的改變。因此,有系統地針對台灣24條中央管河川分別建立指標魚種之棲地適合度曲線,瞭解重要原生魚類的棲地需求並有效應用於棲地水理模擬分析,使必要的水利工程對生態造的影響降至最低,對於兼顧「三生」的河川治理規劃與經營管理有其必要性與迫切性,亦是值得水利規劃與保育研究單位長期攜手合作推動的重要工作。

資料來源:

作者:葉明峰

現任:行政院農業委員會特有生物研究保育中心助理研究員

經歷:高雄市政府建設局漁業處組員

學歷:國立臺灣海洋大學環境生物與漁業科學研究所 博士

專長:魚類學、魚類行為學、保育生態學河川生態調查與監測

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