前內政部長李鴻源從1986年2月1日到2024年7月31日任教於台灣大學,最經典的畫面是台大土木301教室內,日夜連軸轉的研究師生們,針對不同時代的生態危機,用科學實驗的方式找到癥結與解方。五年前,李鴻源協助「CSR@天下」提出「為淡水河做一件事」的行動倡議,2024年退休前,更協助升級為「流域共好——全台瘋流域」的下一個五年倡議。
李鴻源教學、從政、研究不輟,從水出發,溢出到對人、對城市、對國家、對生物與生態的關懷。期間經歷了大大小小對台灣造成強烈衝擊的風災,以及難以言說的人禍。如今全台河川的河床穩固、海綿城市的思考邏輯,都有他與學生團隊的研究智慧。
在李鴻源教學退休前夕,於歐洲旅途中寫下感言,特別授權「CSR@天下」刊登,以下為《我們一起走過的青春》全文:
1983年,我的博士論文答辯結束後,陪著恩師Kennedy教授來台灣講學,從此和台灣大學結下了終身的緣份。
記得第一次站上講堂時,還是一個29歲的青澀少年郎,學生裡有大學同學、初中同學,有些研究生年紀還比我大。當了一輩子學生,修了無數學分,雖自信成績還不錯,直到站上講台時才發現,坐在台下和站在台上,是兩種完全不同的狀態。
當學生,懂個百分之七、八十就可以輕鬆過關,站在台上當老師,沒有理解九成以上很難交差,有關流體力學、工程數學、水利工程等課程筆記必須全部重寫,這時我才發現自己當年真沒完全搞懂,所做的筆記也是七零八落,不得不每天花很長的時間備課,常常半夜才離開辦公室。
學術生涯的驕傲:92位碩博士生
授課之外,大學教授另一個更重要的任務是指導研究生。我的博士論文和所有的訓練,都是河川水利學相關議題,特別著重在泥砂運動力學,要設計題目給學生做論文,而且要在預定的時間內完成,可真的是煞費苦心。
太難或太大的題目,自己沒有十足的把握,又怕學生做不出來,耽誤了他的前途,而要找到研究經費支持我們的研究,更是一大挑戰。尤其我是做實驗出身,所需經費規模較大,需要的人力資源也較多。台大水工試驗所雖然在台灣已經頗有名聲,但實驗設備和支援人力離知名的國際試驗室仍有一段差距。
當時的我初出茅廬,在政府單位幾乎沒有任何人脈。所幸時任經濟部水資源規劃委員會總工程師的吳建民先生對我特別照顧,加上愛荷華大學的大學長,本系的顏清連教授推薦我,代替他去台灣省政府水利局規劃總隊的水工試驗所擔任指導老師,為我在台灣水利界開啟了一扇門。
我每個月須定期到霧峰,為試驗所同仁上水工模型相關課程、指導模型試驗、參與實際工程踏勘,從濁水溪、南化水庫、鯉魚潭水庫,到集集攔河堰、高屏溪攔河堰、台東大堤、卑南上圳的取水工、武界壩的排砂問題⋯⋯等,短短幾年內,足跡踏遍各大小河川集水區,也和省水利局從基層到高階的同仁,建立深厚的革命情誼。這對日後的我,不論是學術研究,或在不同政府部門擔任公職,都有非常重要的幫助。
在台大38年半來,我共指導博碩士學生92人次,其中16位是博士生,從最早畢業的陳文瑤和蔡文豪(1988)到張淵舜(2024),研究領域從河川水力學、水庫異重流、集水區治理、生態水力學、人工溼地、低衝擊開發到靭性城市指標,幾乎涵蓋了大部分和水相關的議題。
每隔幾年,因為人類對環境的認知、政策的改變和極端氣候所衍生的問題,我的研究方向也不斷調整。但我的研究課題永遠在政策形成前十年,而且非常巧妙的是,每當我的方法論完成時,就會被安排到相關的職位,執行自己的研究成果。我的荷蘭同事每次都很驚訝地問我,「為什麼我們幾年前還在討論的議題,你在這麼短的時間內可以做出來?」這些都要歸功於學生日以繼夜的辛勤研究,和過去在政府服務時所有同事的共同努力。
每個題目學生或單打獨鬥、或是集體創作,或在實驗室量測、或到現場取樣,都是獨一無二的。有的成果發表成擲地有聲的國際論文,有的對解決棘手的工程問題做出具體貢獻,有的只是在學術的洪流裡,默默地扮演一顆螺絲釘的角色,或許事隔二、三十年後,從遠方來的一封感謝信,謝謝我們的資料,協助他完成博士論文,才又勾起早已塵封的記憶,當年塵土飛揚的實驗室和那群年輕學生的面孔。
這場仗,我已經打過了。 今天這棒子就要交給還在學校任教的年輕後輩了。

研究決定政策:淡水河全面禁採砂石
因為篇幅有限,無法一一描述歷年所有的研究成果,僅挑幾個具有代表性的題目介紹。淡水河曾是北台灣公共建設主要的砂石來源,當時沒有輸砂平衡的觀念,更談不上管制,在河上最獨特的風景是成排的抽砂小屋。1986年底,中興橋應聲而斷,造成六位騎士墜河,因為砂石業者背後有著非常複雜的政商關係,令台灣省水利局束手無策。
加上新完工的關渡大橋橋墩己經有一個28公尺的沖刷坑,再沒有積極作為,可能會帶來無法想像的災難。為此,我自告奮勇去拜訪當時第十工程處的許時雄處長,請他給台大水工所一個計劃,由我幫忙做淡水河長期沖淤計算。根據我們的研究結論,政府決定對淡水河全面禁採砂石,保住沿河的大大小小橋樑。現在每每開車經過關渡大橋,心裡都會有一絲莫名的欣慰。
沒想到的是,砂石開採迅速蔓延到中南部各主要河川,造成多座橋樑斷裂,於是我們又啟動固床工設計相關研究,運用研究成果保護中沙大橋在內的許多橋樑。這是當年不過卅歲出頭的年輕副教授,和研究生的牛刀小試,也建立我們團隊在水利界的發言權,間接埋下我日後擔任省水利處長的伏筆。
砂石開採後所留下的砂石坑,在洪水過程中的運移及變形,是攸關跨河構造物安全的關鍵因素,但是這方面的研究在當時付諸闕如,於是我帶領幾個學生從定床砂石坑的水理探討,到動床河床變形量測,取得非常豐碩的研究成果,並發表一篇精彩的論文。30年後,我收到一封來自印度的電子郵件,一位年輕副教授謝謝我們的研究,啟發並提供他進一步完成博士論文所需的重要數據。
猶記得當年辛苦的試驗過程,從篩砂、級配到地形量測。整個試驗場像工地般煙塵瀰漫,試驗一進行就是三天三夜,每個停水、注水的小動作都關係數據的準確度,雖然辛苦無比,但參與的學生卻都甘之如飴。只是在揮汗如雨的週末,偶有家長帶著孩子從旁邊走過,還特別告誡小朋友「要用功讀書,不然就會像這位叔叔一樣。」這是在301師門裡流傳很久的笑話,而主角就是黃世村。
我的第一個大型水工模型試驗,是設計花蓮壽豐溪的攔砂壩。那是一條幾乎沒有數據的山區河川,當時的商用動床模式只有HEC-6 ,僅能用在亞臨界流,俞維昇剛從成大碩士畢業來擔任助理,我們先做了一個二層樓高的不等比動床模型,複製壽豐溪的河段,再利用所量得的水深、流速,率定自己寫的動床數值模式,然後利用率定過的模式進行32組數值試驗,決定出最佳建壩組合,再進行一號壩及其副壩設計的水槽試驗。
這是一個漫長的三年計劃,也因為這個計劃,我才有機會打入水土保持界,每年應邀到台日砂防學會的交流會議報告,引起極大的關注及迴響。2013年我在內政部服務時,林務局的同仁興致勃勃地告訴我,過了廿多年,我所設計的壽豐溪一號壩還屹立不搖,而且功效很顯著。之後有機會路過花蓮時,我還特別繞過去,拍了幾張照片。
工程師所求何事?就是這一些不經意的點點滴滴。

從水庫泥砂量推估到風災災情研判
水庫淤積問題一直是水利界最大的挑戰。卅多年前,我的第一個研究生的博士論文就是水庫異重流的學理特性探討,這在當時是一個非常先進的課題,異重流在什麼狀況下會產生?產生後如何運動?交界面的捲水效應等,文獻上可供參考的資料不多,水工能用的水槽也沒有。
俞維昇從水槽設計、發包、施工、監造、採樣設計、資料分析等模式建立一手完成,我們的研究成果除了發表期刊論文外,也引發相當熱烈的共鳴和討論。何昊哲還在浙江大學任教時曾告訴我,在武漢大學主辦的一場大陸水利院士論壇中,某院士將我們這個試驗選為十大里程碑研究之一,這個訊息一直沒機會和俞維昇分享。
那個水槽後來借給了其他老師,也完成了不少篇論文,現在仍屹立在舊水工試驗所裡,而俞維昇拿到博士後順利畢業,之後當了科技大學校長,並在幾年前退休。
一場艾利颱風重創石門水庫集水區,造成桃園停水數星期,最終釀成政治風暴,導致多位高官下台負責。最終政府決定投資240億進行石門水庫集水區治理,問題是泥砂從哪裏來?有多少量?怎麼估算?錢該花在哪裏?治理的優先順序是什麼?
我去拜訪當年水利署署長黃金山,說服他給我們一個計劃,進行石門水庫集水區的泥砂量推估。一般常用的萬用公式,誤差非常大,為了尋找方法論,我們讀遍了文獻,在一個英國學者的文章中,發現同位素銫137會被表土吸附,同時又不會產生化學反應的特性。
為做研究,以邱昱嘉為首的研究生們餐風露宿,踏遍整個石門水庫集水區採了2,000多個點,最遠的採樣點距離要來回走七天。然後再和清大核工所合作,進行土樣的核種分析,因而留下少數世界上最完整的集水區泥砂資料,同樣在學界引發熱議。
如何能完成此一艱難的任務?無非是政策支持、決定者的遠見,以及可以任勞任怨來回走七天的學生們。回首前塵,彷佛看到有如當今台積電內孜孜矻矻的工程師影子,只是我當時沒辦法給學生今日台積電的待遇,思及至此,難免汗顔。但即便如此,似乎也不妨礙邱昱嘉後來日益壯碩的身形。
除了一般的土壤沖刷外,集水區泥砂的大宗,其實是崩塌地和蝕溝沖蝕。那時以蔡宗賢為首的另一批研究生,開始用total station量測崩塌面積,建立方法論。有地理背景的陳毅青加入後,我們開始利用衛星影像做更迅速的判讀,在莫拉克風災的災情掌握及研判上,發揮了相當大的功效。
自2000年開始,生態水利學漸漸引起各界關注,人不再是唯一的保護標的,除了傳統的河防安全外,棲地的復育也成了熱門議題。水利相關資料因為歷經長年蒐集,非常齊全,但是生態相關資訊定性描述的多,在定量描述方面即使是廿多年後的現在,仍然有亟待努力的空間。
利用人工濕地進行污水處理
當時關渡自然公園剛剛成立,台北市徵收了74公頃土地,設置北台灣最精彩的賞鳥樂園,但是兩條受污染的河川,貴子坑溪和水磨坑溪卻從中間穿過。管理處處長有天憂心忡忡地來請教我,如何在不做大型集中式污水處理廠的前提下,仍可以處理污水。
自此我開始研讀美國環保署的人工溼地設計規範,然後交給施上栗當做他的博士論文,經過多年的努力,我們從知其然不知其所以然,到最後完成成熟的設計規範,內容包括人工溼地的配置、面積、所種的水生植物種類及相關的水理計算。最終上栗順利完成博士論文,現在成為台灣頂尖的溼地專家,並即將在2024年8月1日從游景雲手上,接過台大水工所主任的棒子。
我們為關渡自然公園設計了8公頃的人工溼地,上面種滿水生植物,導入水磨坑溪水並停留4個半小時,即可將污染去除八成半到九成。這個場一天可以處理5,000噸的生活污水,總經費卻僅區區1,500萬台幣,研究費用來自七星水利會,建造經費則從環保署的空污基金而來,都是當年我所爭取,稍堪安慰的是在廿多年後的今天,仍然運作得非常好。
2005年底,我擔任台北縣副縣長時,把人工溼地的政策及方法帶進台北縣,做為污水處理設施的重要一環,我們共建造了300公頃的人工溼地,一天可處理30萬噸生活污水,同時邀請台大水工所和台師大環教所,共同編寫教材及訓練課程,將人工溼地和附近的中小學結合,讓環境教育成為台北縣的特色。
這麼多年過去,當年的研究生多已成為這一行的佼佼者,參與的中小學生也大學畢業。去年赴樹林鹿角溪濕地參與活動時,負責導覧的大學生就是當年我們訓練出來的小學生,乍聽聞時,心情非僅「喜悅」兩個字可以形容。
如今沿著溼地兩旁,一棟棟水岸第一排豪宅建案推出,雖不在當年的規劃中,但城市確實變得更多樣、更有生命力。民眾開始關注、珍惜溼地所帶來的一切,成為他們休憩的主要場所。最近固碳成為最熱門的議題,今年畢業的碩士生吳紹杰即開始研究溼地的碳滙,建立方法論,至於後續研究工作就留給後面的人了。

紅樹林從保護到疏伐
紅樹林是感潮河川非常重要的一環,具有生態多樣、海岸保護等多重功能。因為是較為特殊的胎生植物,政府在八O年代通過〈文化資產保護法〉,明令禁止紅樹林的疏伐。紅樹林因而漸漸變成優勢物種,造成淡水河口嚴重陸化,不但影響排洪能力,更對鷸鴴科鳥類的棲息地造成破壞。
台北鳥會拜託我們,探討紅樹林保護和候鳥棲息地的平衡點。經過詳細的水理演算,我們推出了社子島附近的紅樹林疏伐方案,也成功恢復了水鳥的棲地,增加鳥類的種類及數量。黃國文的博士論文將此研究運用到較上游的華江溼地,探討小水鴨冬棲息地適應性及管理。楊勝琦的博士論文更進一步利用感潮段的水理特性、鹽度分佈、泥灘地的淤積特性,推估出淡水河紅樹林的生長極限,是一篇結合河川水力學和生態研究的好嘗試。
河川的水理計算一直是水利界最重要的課題。在八O年代,台灣多採用美國陸軍工兵團的HEC系列模式,這些程式是根據大陸性河川所發展出來,嚴格來說,並不適用在台灣這種短而急促,從超臨界流到亞臨界流的河川,加上淡水河是由三條主要支流組成,要找到一個好用又準確的商用程式確實困難。
當時我們的合作夥伴,美國墾務局的楊志達博士發展出GSTAR模式,利用流管的概念對河川的動床變化進行擬似二维的模擬。此外,美國愛荷華大學的Holly教授也發展出一套解決動量方程式的數值方法Split Operator,是我的好友——交通大學楊錦釧教授的博士論文一部份。
在這個基礎上,我讓謝慧民博士建立一個可以用在河川網路的擬似二維動床沖淤模式,同時建立可以解析泥砂懸浮載的對流擴散方程式(Convection Diffusion Equation) 的數值模組,降低了對傳統輸砂經驗公式的仰賴度,並增加模式的精確性,我們將此程式命名為NETSTAR, 直到今天仍是一個非常準確的好模式,我們還無償提供給世界各國使用。
利用NETSTAR,我們對淡水河進行長期的動床模擬,探討社子島洪泛區管制解禁的可能性,同時還原1996年賀伯颱風時板橋的淹水狀況,成了當時努力工作卻蒙受不白之冤的十河局同事,在法庭上辯護的重要證據,我還被請上法院擔任專家証人。第一次體會了台灣法院的蠻頇和無知。
在NETSTAR的基礎上,李森淵博士加上可以進行鹽分分析的功能,成了模擬感潮河川動力學的利器。這個模式的率定和驗證的數據,全賴三場全潮測量。我們受十河局委託,進行三場淡水河的全潮汐週期的鹽分及流速分佈測量,測站分別為河口、關渡橋、中正橋、新海橋及百齡橋,涵蓋淡水河三大支流。
當時動用72艘船隻及近百名學生,為了掌握全潮汐週期,同學必須在船上待14個小時,從淡水河的日出看到日落,再欣賞兩岸華燈初上的夜景。由於漲潮時,潮差可高達一米半,大部分同學都暈船,帶來的便當最後全都餵魚去了。而所有繁雜後勤安排的總指揮,卻是一名看似柔弱的女碩士生黃恔娉,她可說是我帶過最優秀的學生之一,可惜她對學術研究興趣缺缺,不然現在當是學術界的一號人物。
走筆至此,腦海中浮現已經離開近16個年頭,李森淵的清秀臉龐,當年他幾乎以水工301 為「家」,在那沒有行動電話的年代,隨時打電話都可以找到他,即便時間再晚,301的燈都亮著。近年來,晚上偶爾路過舟山路,抬頭看到一片黑暗的301,總會想起森淵和那段時間一起努力的同學們身影。雖然他只活了卅多歲,但他的研究成果仍不斷被後來的學者引用,他用功的身影,相信也會留在曾經和他共事過的同事心裡。立德、立言、立功,誠不朽也。
創新思維是學術發展的根基
泥砂運動力學是我真正的專業,因為泥砂運動的量測非常困難,尤其是貼近河床運動的底床載(Bed Load), 更是一個不可能的任務。所以這一行的特性就是非常仰賴經驗公式,誤差常常高達百分之百。
以前在愛荷華上課時, Kennedy教授最喜歡講的笑話就是,「如果有人問你,密西西比河的輸砂量是多少?你就告訴他零。」因為這個數字,可能比某些經驗公式算出來的還準一點。
九O年代,我們試著要量測底床躍移顆粒的跳躍高度、長度及速度。那時愛荷華同學、應力所的翁宗賢教授,發展出一套影像著色軟體,可以根據不同時間進來的影像,給它不同的顏色,加上剛剛問世的數位相機,即可解決我們量測的難題。水工試驗所那時買了一套雷射量測儀器,耗資數千萬卻一直閒置。
我請許盈松以翁教授的軟體、水工的雷射光束和CCD相機,在水工試驗所一樓的雷射實驗室裏設計出一套可以量測顆粒躍移的實驗,取得相關的成果並建立運動方程式,幾經波折,終於讓他順利拿到博士學位,現在是逢甲大學的台柱。
緊接著陳彥旭、游景雲、王筱雯、 林穎典、李博寧在此基礎上,陸續建立連續跳躍、多顆粒連續跳躍的試驗及模式,幾乎解決了近七成底床載的問題,研究成果在國際上取得相當程度的認可,美國土木工程師學會 ASCE 幾年前出了一本輸砂專書,即引用兩篇我們的論文。
林永峻接著將這套設備應用到一個非常古典的實驗,探討剛體圓球的三維自由落體行為,看似簡單的試驗,在實驗設計及材料選取上也花了相當大的功夫,最後也得到一些非常有用的發現。
除了上述幾個研究方向,我們也是台灣低衝擊開發研究的濫觴。藉由張富銘和邱昱嘉的努力,完成設計規範,可惜手冊完成時我已經離開內政部,政策沒能落實,不然台灣因應氣候變遷的調適工作會進展得更為順利。
許淵舜在他的博士論文裏,建立城市靭性指標,將是未來都市設計的重要里程碑,有待後來者繼續研究。王筱雯針對雪隧通車後對宜蘭地區的衝擊,所建立的景觀生態決策支援系統LEDESS , 可惜未能被當時的宜蘭縣長採納,否則宜蘭現在也不會長出七、八千棟別墅。我當時提出的警訊——「宜蘭桃園化」,竟一語成懺,令人遺憾。
38年的教學歲月即將畫下完美的句點,過程中如果有任何成就,都是301團隊裡每一個成員努力的成果。如今,我的學生在各行各業嶄露頭角,而堅守在教育崗位上的人,更需要延續301的精神,教育出更多水利工程界的中堅份子。
即將遠行,揮揮衣袖,帶走了甜美的回憶和滿滿的感恩,留下深深的祝福和期許。天下無不散之宴席,老兵將繼續馳騁遨遊。有緣,咱們江湖再見!
李鴻源
202407寫於德國旅次
