生物多樣性與生態環境-(2)

以生態工法營造海綿生態城市

1范嵐楓、1謝蕙蓮、1,2陳章波 1中央研究院生物多樣性研究中心 2台灣溼地學會

自由時報 2015-03-25 柯文哲設置雨撲滿 要打造北市成「海綿城市」

台北市熱島效應相當嚴重

水冷散熱的[海綿城市]

[雨撲滿]設施

整合性治水措施

案例：廣慈公園

從「雨撲滿」到「海綿城市」 • 在空曠地廣設貯水池，讓屋頂跟路面上的積水可

以流進去。

• 透過既有的排水系統，將雨水匯集，儲存於「雨撲滿」概念的蓄水池。18噸雨水。

圖片來源：自由時報、柯文哲臉書

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20141210

海綿城市 VS. 海綿生態城市

天然海綿

人造海綿

海綿生態照

活生命 死亡

無生命

吸附、過濾、淨化

溼地與海綿生態城市 大綱

緣起 人類文明源自於水 都市化與環境變遷

溼地與通氣 透水 微生物群聚 硬鋪面 溼地提供生態系服務 JW 生態工法：通氣 透水 微生物群聚 拓展生態工法的功效

海綿生態城市的建構 海綿生態城市的建構概念 海綿生態城市水質改善與溼地生態效益

海綿生態城市與氣候變遷 建設海綿生態城市以適應氣候變遷 都市規劃的演進

結語

緣起

人類(Homo sapiens) 演化自大自然 生活文化型式集中於都市

都市人(Homo urbanus) 如何提升生活環境品質 為目前當務之急

人類的文明源自於溼地

人類逐水草而居 文明發源地—河岸溼地/沖積平原 人類的生活與水息息相關

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都市化與環境變遷

都市化改變了 地表覆蓋 水文系統 生物地質化學循環系統

熱島效應 空氣汙染 水資源缺乏、水汙染、水患問題

廢棄物掩埋、燃燒 生物多樣性降低

溼地

除污型人工溼地：新海橋、浮洲、打鳥埤、城林、鹿角溪等地

生活污水 維管束水生植物

消耗含氮、含磷物質

初級生產力

食物網 生物多樣 淨水

(吸附、吸收、硝化作用 脫硝作用 產生氮鹽)

陽光

轉換能量 大地河川 人類社會 教育 自然美學欣賞 生態旅遊 綠色產業

天然水源

自我組構 多樣功能

溼地的自淨作用

不透水層

CO2 O2

伏流

淨化再生利用

表面流 植物光合作用

粒間吸附、過濾、篩除 微生物分解

魚、水棲昆蟲

食物網 動物 過濾、沉降、捕食、轉換 植物 吸收、吸附、攔截、沉降、轉換 植物碎屑、微生物 分解、硝化作用

溼地淨化作用機制 • 物理性淨化 懸浮固體沉降、物理性吸附過濾、磷化物沉降、吸附 • 植物性淨化 植物吸收氮鹽、形成低溶氧與高溶氧交替環境、培養不同聚落微生物 • 微生物淨化 無氧分解、好氧分解、硝化作用、脫氮作用 • 動物、植物、微生物共同淨化 食物網轉化

自我組構與自淨作用 生態功能的展現

自淨作用 (water purification) ‧物理性 過濾、溶解、切割、沈澱、磨蝕 ‧生態性 過濾、攔截、沈澱、食物網作用 (吸收、合成、代謝、分解)

自我組構 (self organization)： ‧生物有適合的棲地 棲地物理條件滿足生物的需求 ‧生物依存於棲地 覓食、求偶、繁殖、成長 ‧生物彼此依存以食物網展現 物質在食物網傳輸、合成、分解、 代謝、再循環

高階消費者 （肉食性、雜食性）

次級消費者 （肉食性、雜食性）

初級消費者 （濾食性、草食性、碎屑食性）

碎屑、初級生產者 (維管束植物、藻、菌)

分解者

移出 羽化、被陸域動物或人捕食

陽光

能量

溼地食物網

溼地提供生態服務

承接天水(雨水)及生活汙水之水質 吸附沉澱水中的有機物質至底泥中 礫間淨化能力：包含物理、化學及生物三類淨化能力 中水再利用 充實水資源 澆灌綠地及行道樹、鋪面濕潤以降溫及調節濕度用、清洗街道、車輛用水、飲用水補助地下水

海綿生態城市 宜居之地 無水澇 無熱島之苦 空氣清新 生態之美 由天上、地上、地下所串起來的水循環，妥於規劃設計，實現水資源的可持續利用。

參考海綿動物規劃海綿生態城市。

海綿體制有簡單的及複雜的水管腔構造。箭頭指示水流流動方向。圖採自Barnes 1987 Invertebrate Zoology, CBS College Publishing。

海綿生態城市的建構概念 一個具備生命活力的空間

海綿由多個水管腔（water canal）構成的多細胞動物

襟細胞的鞭毛擺動，帶動水流，帶入食物顆粒，引進氧氣，並排出廢物。

水管腔主要的細胞為帶有鞭毛的襟細胞

海綿體制簡單型的水管腔呈單一中央管道，此一構型概念可用於海綿生態城市之主要交通幹道(左圖)；複雜型的水管腔呈網絡串連，可用於海綿生態城市之村落或社區(右圖)。

海綿生態城市的建構概念 仿自海綿體制之蓄水 淨化 細胞群合作 建造可持續發展的生態城市

新北市政府

新北市政府

JW鋪面

級配層

土壤層

級配層無需重壓、疏鬆、有空隙

透水、通氣、涵水、物質蓄積

地下溼地、微生物培養槽

功能

設計

高承重特性 承載碎石車

強化都市防災、淨化空氣與水質、增加生物多樣的綠化效益，提升生活品質，維繫都市的永續發展。

Liu et al. (2012) Journal of the Air & Waste Management Association, 62(1), 92 – 102.

可有效降低空氣中的一氧化碳及二氧化碳分子濃度，達到淨化空氣的效果

Fan et al. (2014) Journal of Environmental Engineering, 140(3), CID: 04013012.

可蓄積有機物質，孕育豐富且多樣的微生物群聚，並展現活潑且多樣的代謝活力

1

JW生態透水鋪面 透水 透氣 高承載 儲水 淨水功效

結合JW鋪面系統與人工溼地系統： • 串連成地下及地表溼地網絡形式； • 達到吸存水量，淨化水質； • 創造棲地，增進生物多樣性； • 進而強化都市防災並因應氣候變遷。

X1-X7 測量變數 水源 沈積物 有機物 淨化能力 貯水量 以人工溼地進行 中水 再利用 補助地下水

JW海綿生態城市水質改善與溼地生態效益概念

汐止禮門里

JW 生態鋪面

慣行柏油鋪面

JW生態鋪面

22℃ 15 ℃ JW生態鋪面 慣行柏油鋪面

汐止禮門里 JW鋪面儲水水質

汐止禮門里JW鋪面下儲水與鄰近其它水源水質比較

海綿生態城市規劃 利用JW生態鋪面收集之雨水 (中水）在社區 學校 街角 以人工溼地 雨水花園 進行中水再利用 創造城市之美

大理高中 人工溼地

倡議兩種生態工程的結合

(1)植栽綠化與邊界層 特徵測量

(2)防洪減災與水資源 調配模擬 (3)水質改善與濕地生態

特徵測量

(4)水質與生態整 體效益模擬

(5)健康效益模擬

(6)社會效益分析

(7)承載與長期績 效驗證

「採用JW生態工法建設JW海綿生態城市以適應氣候變遷」

(8)防災與適應氣候變遷之永續效益整合評估

JW生態工法

海綿生態城市 滯洪、防洪

儲水、抗旱、降溫

綠化 地下溼地生態、

水質淨化

空污削減與CO2吸存

更換所有 慣行鋪面

都市規劃概念 -生態設計

初期 - 結構性的建設 大型建案的推動 硬體設施的擴建

進階 - 功能性的適應與防災

污水下水道的接管 人工溼地的設置 生態透水鋪面的鋪設 溼地廊道 綠地廊道 海綿生態城市的規劃

結語

如果一座城市，所有的鋪面都更換為JW生態鋪面，這個城市就會改變為海綿生態城市。

設若全球的城市都改變為海綿生態城市，這將是適應氣候變遷以增進人類福祉的最佳與最永續的手段。

謝謝大家

自由時報 2015-03-25 柯文哲設置雨撲滿 要打造北市成「海綿城市」

• 在空曠地廣設貯水池，讓屋頂跟路面上的積水可以流進去，同樣達到「雨天儲水，晴天散熱」的效果。

• 廣慈公園內雨撲滿：透過既有的排水系統，將雨水匯集，儲存於「雨撲滿」概念的蓄水池，可儲存18噸的雨水。

圖片來源：3/25柯文哲臉書

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