人工溼地與校園生態池營造     作者：陳江河

作者簡介：現任職於環境工程顧問公司，最高學歷為臺灣大學生物環境系統工程學系碩士，具建築師資格，長期參與荒野保護協會義工活動，並為棲地工作委員會成員兼溼地解說義工。

隨著世界環境保護潮流，台灣近年來逐漸重視環保與生態方面的議題，特別是在溼地這個領域，除了民間保育團體長年推動溼地保育、復育與教育外，政府部門亦大力推行溼地相關的政策與計畫，影響所及，在各大小校園中，各式各樣的人工溼地或生態水池的營造成為趨勢，這些溼地水域的出現，固然為校園中增加了生態教育的場域與機會，也對生態環境或景觀有所助益，但也看到不少因為規劃設計或施作失當，並於維護管理方面缺乏正確認知，反而造成了許多問題的例子。對於人工溼地或生態池的設置目的，以及各階段應注意的重點事項，是營造前需要認真了解的課題。

◇人工溼地ABC

「人工溼地」一詞最早出現是翻譯自英文「Constructed Wetlands」，專指為處理汙水，而以人工構築成類似天然溼地型態的自然處理設施，這樣的概念引入台灣後，經過幾年的演變，像是生態水池、水田、灌溉埤糖、滯洪池等水域，都被涵蓋進人工溼地的範疇中，反而比較像另外一個英文名詞的意義——「Artificial Wetlands」。依據營造目的的不同，「Artificial Wetlands」可大致歸類為：生物棲地型人工溼地、水質處理型人工溼地、調節洪流型人工溼地，以及水生養殖型人工溼地等4種類型（Kadlec & Knight, 1996）。

1.      生物棲地型人工溼地：創造或替代成為野生動、植物的棲息地，如生態池、開發工程補償性生態溼地等。

2.      水質處理型人工溼地：作為水質處理的人工溼地，如自由水面系統（Free Water Surface System, FWS）人工溼地、地下流系統（Subsurface Flow System, SFS）人工溼地等。

3.      調節洪流型人工溼地：作為消減洪水衝擊能量、以及滯洪儲流功能的溼地，例如疏洪平原、滯洪池等。

4.      水生養殖型人工溼地：以水生動、植物養殖為主要目的的人工溼地，例如散布在鄉間地區的水田、漁塭、埤塘等。

無論基於何種主要目的建造的人工溼地，通常可以同時具備多重功能，在生態上也都具有一定程度的貢獻與重要性，以一般所謂的「生態池」人工溼地而言，其所強調的是水域本身的生態性，重點在所扮演的生物棲地或庇護所的生態功能，但功能完善的「生態池」，也同時具有生態教育、學術研究、休閒賞景、水質淨化，以及其他類似天然溼地所具備的眾多功能。

◇人工溼地的淨水功能與原理

一百多年前，美國某些地區即利用天然溼地作為生活汙水的放流場址，當人們偵測這些場址的水質時，發現到溼地對於水質淨化的潛能，於是到了1970年代，開始將結合天然溼地特性的生態工程技術應用於汙水處理上，並在北美發展起來，此即為「自由水面系統」人工溼地技術的由來。

在歐洲地區則是盛行使用「地下流系統」人工溼地技術，約在1960-1980年代，由德國發展出利用植物的根系處理汙水的程序，稱之為「根系區間法」（root-zone method, RZM），1985年後，英國亦開始積極投入「蘆葦床處理系統」（reed bed treatment system, RBTS）的研究與發展，隨後此種地下流式人工溼地技術亦逐漸擴展至奧地利、丹麥、法國、瑞典、瑞士、北美、澳洲、非洲及亞洲的印度及中國大陸等國家。

自由水面系統（FWS）人工溼地示意圖 (U.S.EPA, 2000)

l          自由水面系統（Free Water Surface System, FWS）：

為模擬天然溼地的水文及環境狀態的人工溼地，通常為淺水的窪地，池底有防水層以阻絕其他水源的入滲。池底有20-30公分厚的土壤或其他介質讓水生植物著生，並種植各種型式的水生植物，包含挺水型的植物如香蒲、蘆葦、茭白筍等，沉水型如水蘊草、馬藻等，浮葉型如睡蓮、菱角等，以及漂浮型植物如青萍、滿江紅等。         

地下流系統（Subsurface Flow System, SFS）：

地下流人工溼地為在深度40-60公分間的窪地中，舖設礫石或土壤後，密集種植挺水性的水生植物，再導入汙水，並控制水面高度，使水位低於礫石或土壤表面，水體僅在介質間流動。地下流人工溼地沒有開放水面區，主要利用附著在礫石或是植物根系的微生物來分解水中的有機汙染物。

地下流系統（SFS）人工溼地示意圖 (U.S.EPA, 1998)

溼地水生植物的根區效應（Brix, H., 1987）

溼地具有淨化水質的功效，水生植物在此方面扮演了很重要的角色。植物能輔助去除汙染物，是因為其根部的「根區效應」（root zone effect），植物可以將氧氣傳輸到根部，使周邊土壤成為好氧區，其他區域的土壤則為厭氧區，因此根部表面或其附近區域所附生的好氧型及厭氧型微生物，就可以同時進行同化、異化、硝化、脫硝及磷的化學沉澱等作用，去除溼地中的有機營養鹽，達到淨化水質的果效（Brix, H., 1987）。

一般水生植物都有將氧氣傳輸至根部的能力，並且根據不同植物種類而有不同的輸氣效率，某些挺水性的水生植物（如蘆葦Phragmites australis（Cav.）Trin. ex Steud.、香蒲Typha orientalis Presl.）地下莖相當發達，有較大的空間來傳導空氣，並將氧氣傳到根部形成一層圍繞根部的土壤好氧區。因此，若水生植物的地下根莖數目越多，對水質淨化的幫助就越大。

人工溼地中各種汙染物的去除機制十分複雜，包括物理性的沉降、過濾、吸附與揮發作用，化學性的吸附、吸收、離子交換與氧化還原反應，以及生物性的代謝分解與攝食作用等，交互輔助將有機汙染物自汙水中分解移除。

地下

人工溼地淨水機制概念圖（陳江河，2004）

◇校園生態池的規劃與設計

一、水域空間規劃設計與施作原則

（一）選址及配置：

1.環境調查與評估：針對欲設置生態池的基地周邊環境加以調查評估，以選擇最合適的場址與配置方式，也作為後續細部規劃設計的考量依據。調查項目包含物理環境的氣候、水文、水質、土壤、地形等因子，和生物相的動物及植物等因子。

2.合宜的水池面積：作為生態教育用的生態池，合適的水域面積大約在150-8,000m²，若太小則難以建立自給自足的生態系統，過大則偏向較複雜的湖泊生態系統，在經營及維護管理上，會增加許多人力和成本。

3.較大的岸邊開展：岸邊開展指的是水岸長度與水域面積的比例，就是水岸邊緣形狀的複雜度。水體的形狀愈複雜，水岸接觸水域的面積就愈多，棲地環境也愈豐富多樣，因此應避免平直、整齊的單調形狀。

4.既有植被及表土利用：天然土地的表土含有豐富的種源庫，整地時應該儘量減少表土層的破壞，在進行挖掘時，建議先將表層的土挖出暫置一旁，作為將來植栽覆土之用。

5.多孔隙空間營造：池底或邊坡可放置枯木、石堆、竹枝等多孔隙材料，並使部分沉入水中、部分設置為露出水面之棲木，有助形成適合水棲昆蟲及魚蝦的棲息空間。

6.設置生態陸島或浮島（非干擾區)：如果水池面積夠大，可設置數個緩坡且彎曲的生態陸島或浮島，混植多樣化的水生及陸生植物，形成安全而隱蔽的動物棲息空間。

7.緩衝區設置：水池周邊建議應留設0.5-2m左右寬度的緩衝區，並限制人為的干擾或進入，使野生動植物有不受干擾的生長及隱蔽處所。

（二）水文及水質：

1.水源：生態池的水源一般有雨水、地表水、地下水、回收中水及自來水等。設置生態池的水源最好具有多種來源，以避免枯水期時因缺水造成的植物損失。為降低水資源損耗，建議儘量多利用天然水源或回收水再利用。校園中每天都會產生汙水，比如洗手台與清理環境的用水等，如果能讓這些汙水經過一些自然處理的程序，將水中的汙染物質濃度降低，就可以成為源源不絕的生態池補注水；不過，這方式最大的缺點是水量不穩定，比如假日時因學校沒有人員活動，汙水產量銳減，造成生態池進流水不足，因此額外的補充水源（如回收雨水、地下水、自來水等）也需一併考慮。

2.水流方式：為避免形成呆滯水域，並防止藻類過度滋生所造成的優養化，對於水流的流向，以及入水口與出水口的位置，應特別注意。一般入水口和出水口多為水域中相距最遠的兩個點，需配合現場地形坡度，規劃最合適的水流方向與入、出水口位置。

3.水質：水質狀況會影響池中動植物的生長，尤其是受重金屬或化學藥劑汙染的水體，可能會造成水中生物迅速而大量死亡，因此進入池中的水體水質，應加以評估與管控。一般評估水質條件常用的指標有：酸鹼度（pH值）、溶氧量（dissolved oxygen, DO）、懸浮固體（suspended solid, SS）、生化需氧量（biological oxygen demand, BOD₅）、氨氮（NH₃-N）、導電度（electrical conductivity, EC）等，每項指標具有其合理的數據範圍，透過儀器的量測，可以判斷水質的良窳。

4.水深設計：作為景觀或教育用的生態池，為考量安全性，水深多以1m以內為原則。可在池中或岸邊以緩坡配置10-60cm的水域深度，以滿足不同生長環境條件水生植物的需求。如果在水域面積夠大、安全無虞的情況下，可於水池中間挖掘1m以上的深水區，除了有助自由水面的維持外，也有利於魚類棲息過冬。

5.水量與水位控制：藉由可調整的進出水管路設施控制水量與水位，簡單的作法有在進出水口處設置開關閥，以及在出水口處使用活動彎管、伸縮套管等方式控制水位。

（三）池體構造：

1.材料與工法：儘量使用當地容易取得而且可自然分解或永續利用的材料，例如木、竹、石、挖出的土方等，也儘量用簡單、耐久的施工方式與技術，以備日後損壞時可以自行修復及更換。

2.不透水層施作：生態池的不透水層應儘量採用自然的精化處理方式，亦即仿效老祖先作水田牛踏層的智慧，一般的做法是以30cm深的黏土加水，經人力踩踏或機械不斷壓實，使土壤顆粒依大小順序逐步沉澱填滿孔隙，而形成具有防水效果的不透水層。完成後的不透水層上方再覆上30cm厚的沙質壤土，可利植物生長。

3.坡度平緩的邊坡池岸：水岸邊坡應平緩自然，以天然之土壤、木頭或石材等仿自然形狀砌成。池岸坡度應維持在5-45°較為適當。

二、水生植物栽種

（一）植栽配置原則：

1.多層次水生及陸生植栽配置，以創造多樣性棲地環境。

2.水生植物覆蓋率宜控制在30%以內，保留一定的空白水域，以滿足各種生物的生存需求。

3.植物栽種時採群落分區方式配置，避免物種之間過度競爭。

4.強勢物種需隔離配置，以免過度擴散、排擠弱勢物種的生存空間。

（二）植物選種原則：

1.以臨近區域的原生植物為主。

2.搭配水域環境條件種植適合其生態棲位的植物。

（三）採種移植時注意事項：

1.採種以不破壞原棲地為原則。

2.馴化一周，泡入苦茶粉以去除福壽螺。

3.扦插植物泡發根劑，以幫助植物良好生長。

三、動物的引入

營造完成後的水池空間，自然會吸引周遭動物如昆蟲、青蛙、烏龜、鳥類等前來覓食或棲息繁殖，對於無法自行進入的物種，比如魚類及一些稀有或特殊保育物種，則需要衡量生態池環境是否適合其生存繁衍後再行移入，移入時也要以當地原生種為優先考量。

栽種水生植物時也常會無意間將外來入侵物種帶入，或是這些動物自行進入，或透過人為放生而引入，除了加強植物移植前的檢疫，以及宣導禁止放生外，一旦發現有這些物種存在，應當立即撿拾、撈補，以免災害擴大。

四、周邊附屬環境教育設施

◇生態池的維護與管理

生態池的設置目的是要營造且維持多樣性的生物棲地空間。與自然溼地自我設計與自我經營方式不同之處是，生態池除了需要完善的規劃設計和施作外，還需要後續妥善的管理控制與維護；如果缺乏後續的管理，生態池可能會被單一的強勢物種所占據，或變成雜草叢生、蚊蟲群聚的水池，甚至成為散播疾病的溫床。

一、水文方面的維護與管理

1.      水位控制：池中的水量應保持在正常水位範圍內，若遇有不正常的水位升降狀況，應立即查明原因並排除；在冬季時可短暫將水位降低或放乾，以方便進行水生植物修剪管理或福壽螺的移除與防治。

2.      水路維護：包含進、出流口、溢流道及連通管路等，應每周至少檢查一次，颱風或暴雨過後應立即檢查。

3.      流速控制：維護相關設備運轉正常，保持一定之流速，以避免藻類過度繁殖所造成的優養化現象。

4.      水質監測：一般的水質檢查，可以目視或氣味判別，若發現水中有異常顏色或氣味時，應即作進一步檢查與改善。

動物園的人工溼地(林家弘攝)

二、池體構造的維護

動物園的人工溼地(林家弘攝)

1.      池體防水性維護：天然黏土防水層具有一定的滲漏率，加上蒸發、蒸散作用，估計每日會正常損失約10mm左右的水量。如果在沒有供水的情況下，池中水位下降的幅度大過此值甚多，表示池體的防水性能已遭受破壞，有可能是動物（如鼠類）鑽洞破壞防水層，或池體本身黏土層龜裂滲漏，建議在適當時機將池水放乾檢查修補，必要時重新施作防水層。

2.      防止護岸崩塌維護：護坡上加強地被型或草類植物（如過長沙、假儉草、地毯草等）的栽種並定期修剪，促進其根系之增長發達，有助於土壤團結，鞏固邊坡。

三、植物的管理

1.      生長勢控制：建議於秋末或冬季時進行植株修剪或疏植，可有效控制植物生長範圍，亦有助於部分植物發生新芽。

2.      強勢種控制：對於部分生長速度較快或繁殖能力較強的植物，應特別注意其生長情況與分布範圍，必要時以人工修剪摘除方式控制其生長範圍。

四、動物的管理

1.      病媒蚊：避免使用殺蟲劑，建議利用本土性的食蚊魚，如蓋斑鬥魚會攝食蚊子的幼蟲，或引入本土種蛙類如虎皮蛙、腹斑蛙、台北赤蛙等攝食蚊子。

2.      福壽螺：可利用毒性較低的苦茶粕等天然物質抑制福壽螺生長，但因其同樣也會對其它水中具黏膜性的動物造成危害，因而最安全、簡單的方法，仍是人工撿拾螺體及卵塊加以搗碎。

3.      鼠類：鼠類會對水池護岸或池體防水層造成破壞，也會對某些水生植物的根部或植株造成損害，建議採用陷阱誘捕等方式控制。

4.      魚類：儘量放養本土非強勢魚種，數量也需加以控制，避免其對水生植物造成過度損害。若發現池中遭人放養強勢魚種如泰國鱧魚、吳郭魚、草魚、琵琶鼠等，應儘速撈捕移除。

5.      家禽家畜：為避免家禽、家畜等動物進入生態地中啃食水生植物或追咬池中鳥類，可適度架設透空性之圍網或柵欄，以隔離保護。

五、周邊環境及附屬設施的維護

1.      環境清潔：人為之垃圾物應隨時撿拾移除，以維護環境清潔。一般植物的枯枝落葉，可加以利用作為生物的棲所，或集中作成草葉堆肥。

2.      安全設施：在邊坡較陡、水深較深的堤岸上，設置欄杆或纜繩等安全設施，並隨時注意維護。

3.      解說設施：若有破損或標示不明時，應隨時修補或更新。

生態池的管理和維護工作看似簡單，卻是馬虎不得的工作，它是關係到生態池是否能正常運作，並能穩定達成設置目標的關鍵，因此相關管理維護人員的編制訓練、操作維護手冊的編寫、管理維護經費的編列等，都是需要妥善考量且不容忽略的，其所付出之心力和成本，遠大於先前的規劃設計和營造工作。如果在維護管理上沒有這樣的認知，千萬不要輕易嘗試生態池的設置，否則當生態池環境劣化，往往會製造出更多的問題。

◇案例分享

以水質淨化型的人工溼地結合生態水池的設置，不但可以減低環境汙染的負荷，也能增進水資源利用，提供環境教育的豐富題材。以下分享幾個由筆者參與規劃設計或營造工作的校園生態池結合人工溼地的案例，供大家參考。

1.聖約翰科技大學環保生態園區人工溼地

聖約翰技術學院校園內有汙水處理廠一座，處理後的放流水直接排放至附近溝渠，珍貴水資源流失甚為可惜；但若要將這些已達二級排放標準的水質回收使用，還需做進一步的淨化處理。因此，2004年夏天，筆者協助規劃設置一小規模的人工溼地系統，以進一步處理這些排放水，使其能達成回收再利用的標準與目的。

人工溼地利用汙水處理廠周邊的閒置空地設置，並由廠區的放流陰井以重力方式引管給水。整體系統主要由一座表面流溼地（15m²）、一座地下流溼地（20m²）、一座放流水儲槽兼生態水池（30m²）等單元串連而成。目前展現之具體效益為：

l          每日可處理7m³汙水，使其達到三級排放水的標準，處理後的水體可回收作澆灌使用。

l          搭配永續就業人力運用，系統建造成本極低，且因使用重力給水，無電力成本消耗。

l          成為野生動物棲息庇護地，並搭配資源回收場、枯枝落葉堆肥區等設施，形成環保生態教育園區。

系統末端之生態池     （陳江河拍攝）

人工溼地處理單元     （陳江河拍攝）

聖約翰科技大學環保生態園區人工溼地配置圖   （陳江河繪製）

2.桃園縣百吉國小人工溼地

桃園縣百吉國小為推動溼地生態教育，於校園內設置一生態水池，2007年夏天，由筆者協助規劃設計並參與施作。人工溼地及生態池之主要水源為洗手台之汙水及化糞池的放流水，並設置有地下水補充水源管路，整個系統由一座蘆葦床處理池（10m²），及6座生態水池（各約8m²）等單元串連而成。

營造工作由校內師生、社區家長，以及荒野保護協會義工共同完成，此案並獲得桃園縣96年度校園局部創意改造特優獎勵。目前展現之具體效益為：

l          每日約可處理5m³之汙水，處理後作為生態池補注水。

l          搭配師生及義工人力施作，系統建造成本極低，且配合地形坡降配置水池，得以重力方式給水，無電力成本消耗。

l          成為部分野生動植物庇護和棲息環境，以及生態教學之場域。

桃園縣百吉國小人工溼地配置圖陳江河繪製

桃園縣百吉國小人工溼地剖面展開示意圖                               （陳江河繪製）

2. 三峽建安國小人工溼地

三峽建安國小為台北縣境內特色學校之一，校園鄰近鹿母潭溪，生態環境豐富，每年舉辦賞螢活動，以及畢業生垂降與溯溪活動。唯校內廚房及洗手台等之雜排水未經妥善處理即行排放，恐造成環境汙染，因此，校方擬於鄰近溪岸坡地處，設置自然處理之人工溼地以淨化汙水，同時作為生態教育之用。系統主要由一座油脂截留槽、一座地下流之礫間接觸處理池（20m²）、3座表面流溼地（各約10m²），以及2座林間生態水池（各約10m²）等單元構成。各單元除配合地形坡降配置，單元間並以草溝相互串連，使設施之設置與環境融合，以達到最佳的水質淨化效果。未來預計呈現之具體效益為：

l          每日約可處理5m³之汙水，有效攔截汙水排入溪中，降低環境汙染負荷，處理後之水體作為林間生態溼地用水。

l          配合地形坡降配置人工溼地處理池，得以重力方式給水，無電力成本消耗。

l          增加坡地環境之棲地多樣性，吸引更多野生動物棲息。

l          搭配觀察步道及解說設施，成為豐富有趣的生態教學場域。

三峽建安國小人工溼地配置圖(陳江河繪製)

三峽建安國小人工溼地剖面示意圖                                      （陳江河繪製）