菊池川:順應河相的造川典範

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  發刊期數:第0242期/ 發布日期:2017/09/01

圖一 菊池川流域位置圖_pic

菊池川:順應河相的造川典範

菊池川位於日本九州熊本縣北部,從深葉發源,和支流的迫間川、岩野川等會合,經過菊鹿盆地,出了山區後,進入玉名平原,最後注入有明海,流域面積達996平方公里。(圖一)

  • 圖1 菊池川流域位置圖圖一 菊池川流域位置圖

日本各地的河川,由於河道內過去施作大量護岸工程,河槽變得十分固定,河床逐漸下切,而灘地的淹水頻率卻減少,造成陸域的樹種發育成林,河道可謂呈兩極化發展。土淤積與樹林生成阻礙通洪斷面,必須實施大規模的疏浚,而且有必要採取對策,使河道在疏浚後不易再度淤積、陸化。另一方面,這些河段也有香魚的產卵場,必須維護其生態機能。為了恢復河道的動態機制,讓水與的流動能接近原本的自然狀態,九州地方整備局菊池川河川事務所(簡稱事務所)在流域各地展開了造川計畫。

  • 圖2 岩野川工程平面及斷面示意圖圖二 岩野川工程平面及斷面示意圖

2006年事務所先在支流的岩野川施工,以改善河川形態。此處由於細在灘地堆積(邊灘肥大化),使得灘地上(日本葦Phragmites japonicus)茂盛,阻礙通洪斷面。此外,河槽緊貼護岸,也危及護岸基腳。設計者在外彎道設置丁壩工,將主流導回原本河槽的位置,避免河槽繼續刷深。另一實驗手法,是在邊灘上游側設置「灣處」(圖二)。當初的設計構想是,灣處在平時可形成生物棲息的空間,洪水時將水流由上游順勢引入,讓水沖到灘地上,抑制灘地上的細堆積,使灘地得以受到洪水的擾亂。施工六年後,邊灘已恢復卵礫石河床的樣貌,可適度受洪水擾亂,並能維持一定的規模,潭、瀨、邊灘的形態關係得以回復(圖三)。

  • 圖3 (1)2005年11月,施工前彎道内岸灘地肥大化,日本葦密生,阻礙通洪斷面。(2) 2007年2月,施工完成後。(3)施工六年後,河道內的潭、瀨、灘地恢復較健康的狀態。
  •  (圖片來源:福留脩文)圖4 砌石分散型落差工示意圖
  •  圖5 砌石分散型落差工完工後(2012年)圖三 (1)2005年11月,施工前彎道内岸灘地肥大化,日本葦密生,阻礙通洪斷面。(2) 2007年2月,施工完成後。(3)施工六年後,河道內的潭、瀨、灘地恢復較健康的狀態。

2009年6月,支流迫間川的堤防遭到洪水破壞。為使災後復舊工程也能發揮棲地營造功能,事務所採用了砌石分散型落差工,將石塊砌成連拱形態,使其上游生成瀨,下游生成潭,不但為此地的香魚營造棲地,同時也穩定河床,防止護岸側流速增加 (圖四)。2012年觀察時,可見流況已較施工前豐富多變(圖五)。

  • (圖片來源:福留脩文)圖4 砌石分散型落差工示意圖 圖四 砌石分散型落差工示意圖(圖片來源:福留脩文)
  • 圖5 砌石分散型落差工完工後(2012年) 圖五 砌石分散型落差工完工後(2012年) (圖片來源:福留脩文)

2012年事務所在菊池川中游規劃了更大規模的造川計畫,從河相學觀點考察不同規模洪水時的流路變化,據此在河道內布置灣處、丁壩固床工等,期能善用自然營力來創造潭瀨,維持灘地及河道健全的生態功能 (圖六)。

  • 圖6 菊池川中游造川計畫配置圖。黃色為預期瀨區,紅色箭頭為預期流心走向。圖六 菊池川中游造川計畫配置圖。黃色為預期瀨區,紅色箭頭為預期流心走向。

然而此造川計畫正要實施之際,2012年7月梅雨鋒面滯留,造成九州北部空前的豪雨,菊池川的支流合志川堤防破損達300m,周邊溫泉街受災嚴重,因此經費挪移到合志川。緊急補修堤防後,事務所從事業費中編列1,200萬日圓(非特別預算)辦理疏浚。雖仍屬緊急災後復建,但事務所並非在特定河段盲目疏浚,而是仔細研讀河相,期望在清淤的同時,解決三大問題:(1)確保通洪斷面;(2)抑止河道兩極化;(3)化解泥岩裸露現象(圖七)。

  • 圖7 合志川的河相課題(水岸單調、邊灘淤積植被茂盛、河岸侵蝕)圖七 合志川的河相課題(水岸單調、邊灘淤積植被茂盛、河岸侵蝕)
  • 圖8 合志川的造川願景圖圖八 合志川的造川願景圖

合志川災後復建的目標,是藉由洪水營力,讓流路自然蜿蜒,重建潭、瀨、州等形態(圖八)。為此,事務所運用了日本近自然工法宗師福留脩文的研究成果,使用丁壩、灣處、分散型落差工、根固工等構造物。分散型落差工或大小混合的塊石以弧形砌置於河床,可營造瀨區(圖九)。彎道外側的丁壩工可營造潭區(圖十)。根固工相當於矮型丁壩,可引導水流,保護河岸基腳。在連續的潭瀨結構中,必須先決定潭頭、瀨肩、瀨頭的高程。施工時,為掌握潭瀨細微的河床起伏,使用自動視準儀。另為避免脆弱的泥岩受到局部淘刷,丁壩工及根固工全部採用圓角砌法。

事務所在施工前即與利害關係人(社區代表、漁會、水利會、地方政府、施工廠商)充分溝通,透過設計圖與模型,傳達造川願景與施工注意事項,完工後也實施監測調查,定期舉辦共學會,說明監測成果,鼓勵意見交流。合志川5k+900至7k+250的造川計畫在2015年5月完工。比對施工前(2011年)及完工後(2016年)的衛星影像,可以發現該處河相確實大幅改善,已形成健康的潭、瀨與州(圖十一)。

值得一提的是,2017年四月,菊池川流域因具有2000年的水梯田稻作傳統,獲得日本文化廳認定為「日本遺產」。菊池川河川事務所今後若持續以順應河相的先進手法造川,當可不負菊池川孕育文化遺產之盛名,讓河流與人的故事繼續交織。

  • 圖9 瀨區施工完成後(未通水)圖九 瀨區施工完成後(未通水)
  • 圖10 丁壩施工完成後圖十 丁壩施工完成後
  • 圖11 上:2011年的合志川邊灘肥大且河相單調;圖十一 上:2011年的合志川邊灘肥大且河相單調
  • 圖11 丁壩施工完成後圖十一 下:2016年的合志川已可見健康的潭、瀨與
參考資料

西日本科學技術研究所網站(http://www.ule.co.jp/descriptive-d02.htm)
植西清ら(2012)「菊池川中流部における川づくり~瀬・淵の再生~」平成24年度九州国土交通研究会論文集
田脇康信(2015)「菊池川水系合志川における九州北部豪雨対応について~多自然川づくりによる課題解決~」九州技報第59號
菊池市網站「祝日本遺産認定!!「菊池川流域二千年の米作り」(http://www.city.kikuchi.lg.jp/kankou/q/aview/1/2442.html)

楊佳寧

中興工程顧問公司工程美學中心

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