山區開發與環境永續難以兼顧？日本高山市的驚人解決方案！

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電子報

工程技術發展

農村發展及水土保持署

山區開發與環境永續難以兼顧？日本高山市的驚人解決方案！

期數 / 第72期

發布日期 / 2023.04.27

主筆 / 李哲宇

責任編輯 / 陳振宇、高百毅、詹婉妤

臺灣地形陡峭易伴隨多樣性天災，讓一般人對於山的印象，除了青山綠水可以踏青使心情舒暢以外，更多可能是在颱風豪雨、地震期間常產生的土砂災害，以及造成生命財產損失的沉痛記憶。因此在山區開發與防災治理時，經常會以高強度的混凝土為首選，一方面符合規範達到安全需求以外，另一方面在土木工程業缺工的環境下，可以有效率達到目標。但在國家開發到一定程度後，人們漸漸意識到自然環境的重要性，開始在開發安全與自然環境間取得平衡的方法，相關技術探討逐漸成為工程師們躍躍欲試的顯學。
本期電子報以日本高山市的「歐洲屋根型作業道」為例，介紹這個以安全及可持續的水土保持核心理念所發展出來的工程技術，如何僅使用碎石級配、簡易的橫向排水管與少量涵管等的材料，即能通過超大豪雨的考驗，沒有積水也沒有發生災害，並能與自然融為一體的環境友善工法。

圖1、以環境經年美化為目標的歐洲屋根型作業道 (圖為2022年時現況)

單月破千雨量也不會中斷的韌性道路

日本岐阜縣高山市於2020年7月的時候，單月雨量降下超過1400mm，甚至單日最高降下800mm罕見的超大豪雨，日本官方稱為令和2年7月豪雨災害，當地許多邊坡發生崩塌形成土砂災害，以及道路受洪水沖刷而坍塌造成中斷，但位於高山市的森林中，以歐洲屋根型作業道為工法的道路順利地經過超大豪雨的考驗，沒有積水也沒有發生災害(圖2)，該工法僅使用碎石粒料、簡易的橫向排水管與少量管涵等材料即可完成，連基本常用的護坡工程都沒有實行，著實令人好奇及驚嘆，看似簡單的工法竟能達成如此功效。

圖2、經過800mm豪雨仍未坍塌的歐洲屋根型作業道

希望改變「土木工程就是破壞環境」的印象

歐洲屋根型作業道的建造者-日本岐阜縣高山市的長瀨土建株式會社，起初因為高山市93%的土地為森林，產業重心仰賴森林利用，但森林通常位於深山中，所以需要有一條通往森林的穩定道路，且開發森林時必須有合理的產業循環系統才能做到土地合理利用。
所以該公司負責人長瀨雅彥先生決定開始每年前往德國進行森林利用的考察，並了解到在德國，一條森林道路是假設森林會生長數百年的基礎原則上建造的。這讓長瀨先生謹記這初衷並學習到豐富的經驗，回到日本後想進行嘗試推廣，但身邊的人總是認為:「在日本做不到」、「日本地形與歐洲不同」、「日本與歐洲降雨量不同」等聲音，長瀨先生心裡卻認為「沒有人會做任何只會受到抱怨的事情，但自己為什麼不先試著讓它變得更好呢？」。
因此在2011年時長瀨土建株式會社率先在岐阜縣施作歐洲屋根型作業道，雖然初期整體工程環境裸露，也有大量挖填方的施工過程(圖3、圖4)，且發生土壤沖蝕的不安全狀態，但經過本身設計妥善與自然水源涵養的滋潤下，12年後發揮從初期環境劣化蛻變成經年美化的效果(圖5)，並且經歷大大小小的風雨考驗(圖6)，直到今日該地方仍持續順應當地環境變化甚至更加自然。

圖3、歐洲屋根型作業道施工狀況

圖4、歐洲屋根型作業道剛完工情形

圖5、歐洲屋根型作業道(2011年~2020年)經年美化效果

圖6、歐洲屋根型作業道經歷各種災害後均僅有部分漂流木堆積並無坍塌

百年不壞的道路秘密，掌握水管理的三要素

長瀨雅彥先生也分享歐洲屋根型作業道的秘訣，認為掌握好以下這三件事就可以做出一條很好的道路：
1.高效管理水源，不匯集大量逕流。
2.迅速排除集水區主要流路的積水。
3.通過曲線設計和塊石組合擺放來抑制、減緩與控制水流。

因為如果大量的水流通過道路或不自然地聚集在一個地方，道路就會容易坍塌，所以可以依據上述的設計理念，進行工程設計：
1.道路線型作適當的彎曲(圖7、影1)。
2.路面設計如屋頂的形狀(圖8)，搭配僅需單純挖掘的土溝(影2)與埋設地下集水系統(圖9、影3)，最後將逕流排放至路基的塊石組合進行能量分散(圖10、影4)，讓水的力量撞擊至石頭後減弱，如同日本柔道術語「いなす」*的概念，也就是日本目前防災時常說的「強韌化」。
3.掌握各區域位置的坡度，配合一連串的連結就可以妥善地將力量減弱的逕流排至安全區域。
*いなす: 日本柔道術語，指通過突然將身體向對手意想不到的方向移動來應對對手的攻擊。

圖7、歐洲屋根型作業道的彎曲設計

影1、歐洲屋根型作業道的實際彎曲成果

圖8、歐洲屋根型作業道如屋頂形狀的邊坡設計

影2、僅需單純挖掘即可排水的土溝

圖9、歐洲屋根型作業道的地下集水系統與塊石組合示意圖

影3、歐洲屋根型作業道的地下集水系統介紹

圖10、塊石組合的逕流分散效果

影4、塊石組合的逕流分散與兼顧自然之介紹

道路成就“可持續性”森林的多種好處

在上述提到歐洲屋根型作業道是以百年後森林會持續生長下建造這條道路，那能在這片土地做甚麼長遠的土地利用呢?
在德國有“可持續性”這個詞彙，誕生於300年前的德國森林。早在1970年代，德國法律禁止皆伐（一次性砍伐單一邊坡區塊內的所有樹木），提倡複層植被營造的概念，定期疏伐劣勢樹木，保留健康茁壯的母樹，並以母樹落入土壤的種子自然孕育下一代苗木，從而形成不斷自然循環的"自然再生林”(影5)，前述提到歐洲屋根型作業道建造完成後的「經年美化」理念即符合此概念；另外"自然再生林"孕育了多樣的生物，並保護了土壤，促進樹木的生長，創造堅實的基礎，就像一座天然水壩，在暴雨期間保護使用的土地；甚至"自然再生林"所孕育的自然森林更可以為人類提供休息和娛樂的場所，符合現在國際提倡的SDGs的可持續發展目標(圖11)。

影5、不斷自然循環的「自然再生林」介紹

圖11、"自然再生林"的各種SDGs成果

但如果要達成上述的理想概念，須了解到森林利用的木材重量極重且工作繁重，更需要使用重機械進行搬運，以及便利與穩健的道路進行配合。
因此在德國森林中，以城市連接至森林的主幹道為延伸，就如同人類血管分布般，使用合理的密度鋪設適合重機械行走的歐洲屋根型作業道路網(圖12)，讓砍伐下來的木材可以快速運輸到主幹道上，另外路肩寬廣的區域還可以充當臨時的木材買賣市場，實現高效營運(影6)。
綜合上述可以得知歐洲屋根型作業道具有維護成本低、經久耐用、周邊環境顧慮與可輕鬆進入森林的優點，只要道路基礎設施紮實，使森林在適當的照料下茁壯成長，並且森林利用有正向盈利，就可以持續經營下去。

圖12、如同人類血管分布般的歐洲屋根型作業道路網

影6、歐洲屋根型作業道路網投入森林利用的實際情形

在高山市的歐洲屋根型作業道建設完成後，也在這幾年貫徹上述的森林經營理念，持續的疏伐與自然再生、穩定提供重機械行走(影7)、像天然水壩般抵禦暴雨的襲擊，依然完整並逐年變得更加自然，多年來有眾多國內外民眾參觀，歐洲屋根型作業道也提供現在流行的森林散步與森林浴等活動，甚至更可以進行賽車比賽!(圖13、圖14、圖15)，達到森林提供給人類的安全、生產、生態、生活娛樂的複合功能。相信未來在氣候與地理條件相似的台灣，也可以學習與實踐如此完善的山坡地利用理念，讓人消除對坡地災害的顧慮，可以更加親近與享受大自然的恩惠。