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2020年8月3日 星期一

淺談與應用GIS與政府公開資訊關心大甲溪

大甲溪流經區域全部在台中市境內,為了灌溉豐原週邊地區,200多年前開闢的葫蘆墩圳,稍後開闢的八寶圳,以及日據時代為灌溉新社地區而闢建的白冷圳,都是源自大甲溪,說它孕育是大台中地區的母親之河,一點也不為過。隨著時代的變遷,200年前在下游闢建水圳,所建構的綿密灌溉水利設施,其功能已經由原來的灌溉轉換成區域排水,或是都市裡面的水景觀,也當成洪水期間的緩衝功能。
大甲溪沿岸除了下游后里附近有紙廠之外,沿途沒有什麼大型會汙染水質的工廠,東勢以上沿途也沒有什麼特別的住家,除了在谷關與梨山環山地區之外。嚴格說起來大甲溪周遭環境還好。

中上水庫的影響
大甲溪的六個水壩都已經存在多時,除了石岡壩是屬於水力單位管轄,其他的5個都是台電所管轄的水庫。
因為大甲溪上雖然有洄游性的魚類,但是種類不多。不像水壩國度影片[1]中所介紹華盛頓州幾條著名河流,是鮭魚返鄉產卵繁殖的必經路線。而這些水壩的存在確實也阻擾了他們的傳宗接代使命,人們也知道這種情形,所以才會有人工孵育場的出現,協助鮭魚可以在河川上 繁衍然後回到大海。
所以大甲溪的水壩是否要拆除,並沒有那麼樣的迫切性。而且現在大家對於石化燃料發電的疑慮與管制,替代的綠色能源開發與興建是一條必須要走的路。
綠能的三個主要來源:風力,太陽能與水力都各有他們的一些潛在的缺失。太陽需要用用到可觀的土地,風力發電機方面,即使是離岸的風力發電也會對環境造成一些影響。水力發電當然也是會有負面的影響。兩相其害取其輕,在還沒有找到更好的綠能來源之前,水力發電還是屬於綠能的一環,所以現在的重點不在於是否要拆掉水壩,而是要怎麼樣讓水壩可以持續的運轉,可以長久使用甚至超過他預期的使用壽命。因為劇烈天氣越來越頻繁,水壩還是有一些正面效益。
台灣是一個水資源缺乏的國家,下雨的季節不平均,水壩可以在雨季儲存一些水,讓旱季可以使用。在洪水期間也可以調節河川的水量。
水壩的壽命取決於淤積的程度,一個淤積嚴重沒有辦法蓄水的水壩,就是死亡的水壩。 有兩個做法可以延長壽命,第一個是定期的將淤積物清除,這通常需要耗費龐大的人力物力,而且通常效果不張。第二是讓淤積的程度減緩,甚至不會淤積。淤積的主要的來源是兩岸的土石,土石沖刷量的多寡受集水區所覆蓋的植被密度影響。集水區有非常完整的植被可以保護土石,下雨期間不會被沖刷下來,如此不僅可以積蓄水量又不會造成淤積,這個是維持水壩壽命的最關鍵作法。
森林是水的故鄉,有完整健康的森林,才得以確保生命要素之一的水。關心水資源,就需要關心與保護水資源的集水區。
大甲溪的集水區主要是雪山山脈。大甲溪自二十世紀初開始就命運多舛,中上游附近日據時代1910年代開發的八仙山林場,以及政府於1950年代開發的大雪山林場,兩者都是直到1980年代才停止砍伐。這段期間有大量的林木被砍伐,也間接造成大甲溪的危機。因為樹木被砍伐後,土表容易受到雨水沖刷,增加水庫淤積的速度。
目前最嚴重的是梨山地區的開發所造成的影響,從早期的溫帶水果到現在的高冷蔬菜。這種情形雖然已經受到政府的重視,也在進行相關的處理,但是都還是在進行式。從Google影像或者各方的影像資訊,可以看出梨山週遭的樣貌幾乎是光禿禿的一片,它又剛好位在德基水庫的集水區,這種情形實在是令人憂慮。破壞容易,但是復原需要更長的時間,而且不一定可以趕得上,各種補救措施可能會緩不濟急。

遙測與地理資訊系統
自從人造飛行器可以飛上天空後 ,就出現空拍的影像,但是這些空拍影像,通常無法在仿真的平台上呈現, 讓人們更輕易方便的審視影像的內容,與地理位置之間的關係,也就是俗稱的地理資訊系統。
對於整個集水區的即時資訊蒐集,最常使用的方式是遙測技術。
例如剛於105年完成的全國森林資源調查報告,就是以飛機取得的空拍影像,配合地面樣區調查為依據,所進行的調查成果[2]。
21世紀資訊科技快速的進展,加上2004年Google併購Keyhole這家公司,取得該公司開發的地理資訊系統,變成Google earth這個名稱,讓地理資訊系統快速的融入到一般的民眾生活中。
Google對於永續的付出不遺餘力,其中在Google Earth這個平台上,透過地理資訊系統,視覺化地呈現地球上生態與環境的變化情形,讓民眾可以很容易理解[3,4]。
這有很大一部分來自於與Google Earth原始開發keyhole有密切合作的Rebecca Moore的推動有關。Google於2004年10月收購Keyhole公司,稍後Rebecca Moore也加入Google,成為Google Earth團隊的一員[5]。
在Rebecca Moore的推動下,Google透過Google Earth Outreach慈善計劃,對非營利組織捐款與提供協助,這些通常是跟Google Earth或是Google Map相關聯[6]。
根據Rebecca Moore 2018年在Bioneers活動中的分享報告,2005年住家附近有一項伐木計畫,居民擔心該計畫會影響居住地區的安全,但是又苦無有力的證據。因此她便利用自己的專長,以及熟悉的GIS工具,製作出視覺化的圖像,清楚的呈現風險的所在,最終使得該項伐木計畫中止[7,8]。
有了這個開頭,她繼續與其他團隊合作,也利用Google給予部分的工作時間,可以進行自己有興趣的計畫的機會,繼續研究與深入視覺化森林資源的內容。
Moore在2009年於丹麥哥本哈根舉行的聯合國氣候變遷大會 (COP15)上,首次展現已Google資料、空間與高效能運算能力為基礎的Google Earth Engine,處理全球巨大資料量,特別是NASA所取得的影像的優異表現,以不到一秒鐘的時間,就可以視覺化地呈現森林的變化。
這項成就吸引馬里蘭大學團隊的注意,並協助讓這個系統更完善。
過程中,為了數位化可以讓Google Earth Engine處理的65萬張地球影像,Earth Engine透過雲端運算,讓1萬台電腦平行運作,來處理這些資料。
這個平台的原型發表後,Earth Engine 團隊便免費提供熱帶國家森林監控的支援。
對這個平台提供資料以及技術支援的單位包含,主要任務是研究全球地表變化的方法,成因和影響的馬里蘭大學全球土地分析與探索實驗室GLAD(Global Land Analysis and Discovery)[9],Google,美國地質調查所USGS(United States Geological Survey)和NASA,並使用美國太空總署 (NASA) 之地球觀測衛星Landsat的衛星圖像,在全球範圍內繪製樹木覆蓋率。
另一方面,世界資源研究所(WRI)基於回應森林砍伐、沙漠化與氣候變遷,初期獲得芝加哥John D.和Catherine T. MacArthur基金會提供的1500萬美元,於1982年成立。其使命為驅使人類社會,保護提供當今與未來的世代賴以生存的地球環境。特別關心氣候、能源、食物、森林、水、永續城市與海洋相關主題[10]。
在森林這個領域,WRI於1997年建立全球森林觀察(GFW: Global Forest Watch)[11],初期只是一個NGO的網絡,關心喀麥隆、加拿大、印尼與加彭。後來逐年擴大關心範圍,並與關心這個主題的其他公司與組織合作。
Google與WRI兩個原本獨立卻對森林資源高度關注的團體,後來也攜手合作,Google Earth Engine運用GFW豐富的全球伐木資料,打造更完善的平台。因為有雲端運算技術為後盾,GFW以近乎即時的方式提供更豐富與即時的全球森林動態訊息。
美國奧杜邦學會每年春天會頒發瑞秋卡森獎,給對於環境與保育有卓越貢獻的女性人士,因為她持續對於生態與環境議題的付出,使得她於2016年獲得此獎項[12]。

公民運用公開GIS平台維護大甲溪
關心大甲溪關心有很多方式,例如可以在自己能力所及的範圍,關心某一段區域的即時狀態,發現問題即時向有關單位反應,或是定期到某些固定點觀察,這些都是關心環境與大甲溪的方式之一。
運籌帷幄之中決勝千里之外,對於大甲溪流域這麼大的範圍,如果要僅憑個人親身前往作觀察,限於與精力的關係可能會力有未逮。在這個資訊科技特別是地理資訊系統很完善的時代,可以利用這些工具來協助。
其中以Google為基礎的各式地理資訊系統,可以提供很多的環境資訊,包括森林的現況,水資源狀況,與全球各地環境的狀況,都可以用時間與空間的方式呈現,一般民眾可以輕易的了解來龍去脈與現況。
接下來以將要以全球森林觀察為例子,說明如何得知大甲溪流域的森林即時資訊,以及歷史的變化趨勢[13,14]。

依據GFW的資料,台灣主要森林的流失程度,大約在中央山脈的範圍與週邊,在此分析中僅考慮樹木互相重疊的原始森林地區[15]。
台灣在2002~2019年間失去6480公頃的森林,大約占台灣森林面積的1.1%。此舉導致這個期間的樹木覆蓋率減少約17%。
歷史趨勢圖中可以發現2009年流失的特別嚴重,主要受88風災重創台灣南部所致。
GFW所展現的資料也顯示台灣並沒有完整的森林(Intact Forest),這種森林的定義是範圍夠大,可以維護本地的生物多樣性,而且沒有明顯的人類活動跡象。
除了民眾主動進入平台查探之外,也可以透過訂閱,如果關注的地區,例如台灣或是台中,森林有發生變化時,就會透過電子郵件發出訊息。
這些資訊或許稍嫌粗淺,不過卻可以讓民眾很容易的得到資訊,或許有人可以從中洞悉蛛絲馬跡,而讓可能的災害防範於未然。

水資源
關心溪流最直接的是溪水本身,關心的內容包含水文的變化,水質與水量的變化等。
歐洲委員會的聯合研究中心在哥白尼計劃(Copernicus Programme)的框架內,將過去36年間全球水資源的變化情形,建立了水資源數據集,並以地理資訊系統為基礎,以空間與時間的面相呈現[16]。
主要顯示的資訊如下:
水量(Water Occurrence):標示1984~2019年間水量的變化情形,刻度為有時候有水~經常有水。
水量變化的強度(Water Occurrence Change Intensity):標示2000~2019年間水量的變化情形,刻度為下降~無變化~增加。
水的季節性(Water Seasonality):標示2019年間水量的變化情形,刻度為隨季節性變化~保持不變。
年度水循環(Annual Water Recurrence):標示1984~2019年間水量的變化情形,刻度為>0% ~ 100%。
下圖為大甲溪流域相關資訊的截圖。
在水質監測部分,環保署環境資源資料庫提供各式環境資源的監測情形。在水資源部分提供「重要河川的水質概況」與「河川水質監測與指標資料」[17],前者提供河川每年統計資料,後者提供每個月的監測詳細資料。
這個資料庫可以看到由龍安橋往下到出海口之間,9座橋梁的水質採樣資料,以各別月份或是長期資料的方式呈現。下圖為2020年5月份各監測點的採樣資料。
逝者已矣,來者可追,認識大甲溪的過往以及所面臨的問題與潛在危機之後,民眾可以透過適當的方式與工具,一起來關心包含大甲溪在內的所有河川。
森林是水的故鄉,大海就是水的歸宿。海納百川,除了接納河川的水之外,也接受了包含垃圾與砂石等水所帶下來的所有東西。
河水透過水循環送回到水的故鄉,砂石透過岩石循環,以火成岩之姿重新回到地表。而人類自己產生的廢棄物,很多會經由食物鏈回到我們的身上。
關心海洋就要從關心河川開始,因為很多海洋廢棄物都是經由河川管道進入海洋。因此荒野對於海洋的關心,已經由常態性的淨灘與淨溪活動,到透過快篩河川廢棄物,了解河川沿岸廢棄物的狀況,發現廢棄物的熱點,並且在它們進入海洋之前予以攔截與處理。
透過公民的力量,善用各種方便有效的工具,大甲溪的未來會更好。

參考資料
DamNation | The Problem with Hydropower, https://www.youtube.com/watch?v=laTIbNVDQN8&t=1611s
台灣森林資源調查成果https://www.forest.gov.tw/0000052
Google永續(sustainability), https://sustainability.google/intl/zh-TW/
提供一些觀察與探索環境變遷的地理資訊工具, https://sustainability.google/intl/zh-TW/tools/
Rebecca Moore (scientist), https://en.wikipedia.org/wiki/Rebecca_Moore_(scientist)
https://www.google.com/earth/outreach/
https://sustainability.google/intl/zh-TW/projects/forest-watch/
https://www.youtube.com/watch?v=eTKmJhNjFGY&t=3s
https://glad.umd.edu/
https://www.wri.org/
https://www.globalforestwatch.org/map?map=eyJjZW50ZXIiOnsibGF0Ijo5LjM2MjYxMDE5MTI4MzYxNSwibG5nIjo3Mi4wNjEzMTQ3NjczOTQ2Nn0sImJlYXJpbmciOjAsInBpdGNoIjowLCJ6b29tIjoyLjk5MDMxMTgwMDAzNjkwODR9
Rachel Carson Award, https://en.wikipedia.org/wiki/Rachel_Carson_Award
台中的觀察www.globalforestwatch.org/dashboards/aoi/5f12b114825a25001bf8ca4c
台灣的觀察www.globalforestwatch.org/dashboards/aoi/5f12a5ce825a25001bf8ca49
https://gfw.global/3jdXrIt
水資源變化資訊https://global-surface-water.appspot.com/map#v=24.26745,121.2247,10.692,latLng&t=0.00&l=wc
https://reurl.cc/0o73kk






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