搶救威尼斯

一千兩百年前建立在瀉湖上，被稱為水都(La Serenissima)的城市，正慢慢地沈入瀉湖平靜的浪潮之下。為了讓威尼斯繼續漂浮在瀉湖上，以及重建威尼斯瀉湖周圍脆弱的生態系統，Consorzio Venezia Nuova 的代表CREA，透過MicroStation執行的複雜的數學模型來尋找解決方案。

永恆的威尼斯正逐漸地沈入讓她發光閃亮的海水中  - Edgar Bowers

威尼斯正逐漸且不可避免地往下沈。由於威尼斯在建築、歷史與文化上的紀念價值與重要性，以及其他環境因素正危及威尼斯與環繞其周圍的瀉湖的生態，因此威尼斯水利局（Venice Water Authority，Magistrato alle Acque di Venezia）的Consorzio Venezia Nuova正在規劃一項拯救威尼斯瀉湖的計畫。此項計畫預計外包由企業來執行，例如工程企業CREA Srl (環境生態研究中心，Center for Research for Environmental Ecology)。該企業廣泛的研究領域—藉由使用複雜的MicroStation數學模型來執行研究工作—在威尼斯水利局正在進行的幾個預防威尼斯下沈，以及保護瀉湖的生態系統的專案中，他們都扮演了重要的角色。

CREA公司的首席執行長（CEO）Andrea Garzon說明了為什麼MicroStation特別適合用來處理像這樣的複雜專案與專案所需要的資料。

Garzon表示，“MicroStation乃是我們的模型之所以能夠成功的基礎，因為我們的模型需要很多不同的資料來運作。如果沒有這套功能強大且有效率的應用程式的話，我們便無法處理我們所需要為數眾多的資訊。而這樣一來，我們也就沒有辦法在這些模型中有效地使用那些資訊了。只有MicroStation強大的能力、使用彈性與快速的處理速度，才能夠處理範圍這麼廣泛的地理資訊。"

退潮與漲潮的危險

圖1：從高空俯瞰Valle Figheri的景觀。

造成瀉湖惡化的主要因素有下列幾個。

在海平面變動、因地球氣候變化而造成的海平面變化，以及因沖積層土壤沈積導致陸地水平面下降等等現象交互作用之下，使得瀉湖的陸地水平面在過去的一百年中下降了大約九英吋（23公分）。同時，也因為瀉湖凹地中堡礁的成長、大氣壓力的變化，以及亞得里亞海上的海風吹拂的關係，使得潮汐的高度也增加了大約三英吋（8公分）。

除了高水位與海潮的移動之外，另一個造成瀉湖危險的因素便是侵蝕。自然的力度變化與人為的介入，例如挖鑿海運航道以及在瀉湖入口建造防波堤等，都會導致較小的島嶼下沈、使泥漿沼地與鹹水沼澤消失、讓水的深度穩定地增加，以及讓航道淤塞。威尼斯瀉湖正慢慢地喪失其天然瀉湖所擁有的沼地特色，並正在轉變成海的環境。

以MicroStation來支撐

圖2：聖馬可廣場水災氾濫的情況。

圖3：1966年發生大水災時，Duke皇宮（Duke Palace）的騎樓拱廊淹水的狀況。

瀉湖中的威尼斯、丘吉亞（Chioggia）與其他歷史城鎮遇到水災的頻率越來越高。地勢最低的區域，通常也是最古老、最具有建築與歷史價值的區域，現在則幾乎是每天都受到水災的侵襲，尤其是在冬天。聖馬可露天廣場（Piazza San Marco）現在在秋天與冬天潮水最高的時候，便會完全淹沒在水中。（請見圖2與圖3）。

CREA已經使用其數學化模型MefLag替威尼斯水利局檢測瀉湖內的 “acqua alta” 或漲潮水位所造成的問題，並透過一個縮小的瀉湖元素模型來模擬滿潮水位增高的現象，並提供一個解決方案。

圖4：威尼斯瀉湖的限定元素網點展示圖。這個網點展示圖是由16000個限定元素與10000個點所組成。

為了處理數學模型所需要的大量輸入的資料，CREA便開發了兩個垂直的縱向聯合應用程式，與MicroStation一起使用。而這兩個應用程式便是PreNet與PostNet。Garzon與他的工作小組可以使用MicorStation來建立一個威尼斯的模擬系統，展示航道、島嶼與海岸線的輪廓。這個模擬系統也包含了像是整個瀉湖的水深度、水流速度與移動方式的元素在內。

Garzon表示，"使用MicroStation來做為我們的MefLag模型的平台有許多的好處。我們發現這個方法非常的穩定，而且能夠處理我們輸入到模型中的所有資料，並進而提供解決方案。我們可以在沒有失真的情況下，製作出瀉湖鋸齒狀的輪廓—瀉湖有許多很難精確模擬的深地溝、平坦區域與瘠地。我們也可以很容易地模擬此複雜水流系統的水流動線。我們也會搭配其他無法處理這些大量且複雜的資料的應用程式來一起作業。

Garzon繼續說道，"為了能夠精確展示瀉湖的型態學與水力學特徵的2D模型，此應用程式必須要能夠處理幾種類型的資料—不只是數學化的資料，還有地理資訊系統（GIS）的資料。而這些資料則都是MicroStation可以很輕易地處理的資料。”

圖5：Punta Salute Tidal Gage（潮汐測量表）：測量及模擬1986年10月1∼3日的潮汐變化的比較。

“我們必須要把水力摩擦係數計算進來，來模擬各種不同的因素對水流過瀉湖系統時的水流速度與水流量，會有什麼樣的影響。而這些因素則包括了瀉湖底部的沙地與草地的水平面變化，以及瀉湖航道與水道的寬度變化。

Garzon補充說道，"在完成一些非常複雜的校準工作之後，模型的樣子也就更接近瀉湖的真實情況，而這樣的結果也讓我們的努力有了代價。" 他接著說道，"如同您在照片中所看到的一樣，Punta Salute潮汐測量表所測量到的潮汐水平，已經被正確地製作出來了。相同的結果也可以用來展示瀉湖中所有其他的潮汐測量。然後這個模型便可以用來估計防護工作所產生的潮汐效果。如果沒有MicroStation的話，我就沒有辦法建立這麼複雜的系統了。”

污染模擬

威尼斯瀉湖其中一個最大的問題就是污染。瀉湖是一種獨一無二的環境，威尼斯是在脆弱的生態系統中存在的一個大城市，周圍盡是人口稠密的區域。

圖6：威尼斯瀉湖的流體動力模型結果（Hydrodynamic Model Results）。威尼斯水道中急遽上生的等高線與水流速度快的區域。

大量的殺蟲劑與其他污染源無法避免地進入了瀉湖。其中一個有用的處理污染的工具便是模擬及計算污染源對瀉湖的影響，以及污染源在不同的生物組成份子之間的交互影響。威尼斯水利局的“Servizio Informativo”使用了CREA的2D分散式限定元素模型來模擬。

Garzon表示，“CREA所開發的分散式限定元素模型，已經成為一個非常有用的工具。它可以模擬污染對瀉湖所產生的影響—而MicroStation也再一次地證明它無法估計的價值。目前CREA正與一個非常專業的工作小組合作這個專案。而該工作小組則是由聖地牙哥綜合大學（San Diego University Scripps，CA）的Alberto Zirino教授所指導的。”

新的技術領域 – 衛星成像（Satellite Imagery）

CREA將要藉由探測將模型與衛星影像連結在一起的可能性，來讓這個專案的執行階段再向前邁進一步。例如，氣溫的衛星影像將會備用來做為氣溫限定元素模型最初狀態的分界線。然後再將模擬的結果與其他地圖比較。CREA目前正為威尼斯水利局的Servizio Informativo，而與帕度瓦大學（Padova University）的Sonia Silvestri就此專案的這個部分來合作。

Garzon表示，"我們相信這將會構成一個新的技術領域。將最先進的技術聯合起來，來分析此模型所產生的地圖、將大量的相關資料導入測量的資料中，以及管理大量且多樣化的相關資訊—而這些工作則都因為有了像MicroStation這樣有彈性的強大工具而得以實現。”

重建鹹水沼澤

圖7：重建鹹水沼澤

瀉湖系統的維護工作也包含了利用挖掘瀉湖水道淤泥時挖出來的沈積物，來重建潮泥灘與鹹水沼澤的工作。浪潮與水流的流動、高水位、海平面上升，以及陸地水平面下降等現象，都使得潮泥灘與鹽水沼澤慢慢地被侵蝕、破壞及滑入瀉湖的水道中，並將水道阻塞。威尼斯水利局的目標是要修復這些區域的水力與環境上的功能，以促進適度的水流流動，以及限制沈積物分散在瀉湖中與瀉湖外的海中，而不是要將瀉湖恢復成原始的面貌。而在套用了CREA的MicroStation方案之後，便能夠達到威尼斯水利局想要達到的目標了。

圖8：Pellestrina海岸線。目前已經重建好的新海灘。

一步一步地拯救瀉湖

CREA使用MicroStation開發了一個非常有效率的工具，來模擬威尼斯瀉湖中的潮汐與水質變化，以及管理瀉湖複雜的幾何資訊。Garzon表示如果沒有MicroStation的話，是無法管理像這樣的一個複雜的系統的。這個瀉湖模型所產生的最理想的結果，現在已經被用來預測保護方法的效果了。目前有幾個保護專案正在進行中，而且有幾個保護專案也已經完成了，預計2008年便可以完成所有的專案。

關於CREA更詳細的資訊，請光臨此網站：http://www.creaurl.com/index_4up.html。

關於威尼斯瀉湖保護專案的詳細資訊，請光臨此網站：http://www.salve.it/uk/default.htm。

資料來源：www.msmonline.com/case_studies
作者：Michelle Poggi