授課教授：林俐玲 鄭皆達 陳鴻烈 林德貴 報告學生：安軒霈 89442003 國立中興大學水土保持學系 NCHU SWC TAIWAN 工程構造物介入 對棲地物理特性之影響 授課教授：林俐玲 鄭皆達 陳鴻烈 林德貴 報告學生：安軒霈 89442003

前言 過去國內的河溪整治工程多以治水為主，施作之工程方法常沿用國外發展出之工程技術，卻因施作背景之不同而導致無法配合台灣之河川特性，故容易遭受破壞並使棲地環境受到更為嚴重之干擾。 本研究透過河川型態的角度評估棲地物理組成，將自然棲地之評估結果建立信賴區間，探討各河相下工程構造物之設置對河川物理性棲地評估中各項因子之影響程度及其原因，並分析構造物介入之沿程變化。

Rosgen之河川分類系統（Rosgen，1996） 前人研究－河川型態分類 Rosgen之河川分類系統（Rosgen，1996） Level I Level II Level III Level IV 基本河川型態 河床質種類 河川狀態 現場資料的驗証 侵蝕程度、型態、坡度、形狀 深槽比、寬深比、河床組成物質 沉滓供應、河流機制、土石來源、渠道穩定 河流的測量、輸砂分析

前人研究－河川型態分類 河川型態五層分類法（陳樹群，2002） 面 空間尺度 網 線 線段 點 營力 地質 水流 地形 人為 植生 營力 Level 1 流域特性 流域地質、 岩性分佈 流域水文 特性分佈 流域地形 幾何特性 土地利用 分佈 植生分佈 面 Level 2 水系特性 地質構造 控制分佈 水系平面 型態 地形控制 分佈 聚落、 農地使用 植生嵌塊體 網 Level 3 主流特性 主流河床質 組成分佈 主流平面 特性分佈 地形區位 分佈 水庫、堤防 護岸 植生 緩衝帶 線 Level 4 河道特性 泥砂運移 水利特性 分佈 河川斷面 型態 防砂壩 取水堰 植生穩定 斷面作用 線段 Level 5 棲地特性 泥砂沖淤 特性分佈 水深、流速 分佈 床型分佈 人為活動 根系、植株 作用 點

研究方法－河川型態五層分類法 第五層棲地特性 棲地邊界條件 營力 棲地外顯性質 邊灘 水岸泥砂 水域 沙洲及邊灘 沙洲及邊灘 泥砂 單元 堤防 護岸 底床質 組成 水流淹沒 範圍 泥砂、 水流條件 人為 水流 年、季流量 人為活動 橫向 構造物 流速 水深 水域 人工構造物 沙洲及邊灘 植生 分佈 潭瀨構造 沙洲及邊灘 植生 地形 邊灘沙洲 植生分佈 水岸邊灘 沙洲及邊灘

研究方法－棲地物理特性評估 評估概念 人生觀 錢 時間 健康 裝潢 房子 股票 車子 旅遊 釣魚 高爾夫 登山 判斷人生活條件的好壞，可由某些環境的外觀項目來評估。 外觀環境可分成數大類，每類因子間會交互相影響。 人對因子間重視的程度視個人的人生觀而定。

研究方法－棲地物理特性評估 評估概念 河相 人生觀 泥砂 水流 地形 人為 植生 錢 時間 健康 孔隙多樣性 土砂堆積程度 水流穩定性 水流多樣性 地形多樣性 基質之穩定性 河岸穩定度 植生族群種類 植生群保護程度 豐多度 構造物種類 構造物高度 構造物排列密度 影響程度 裝潢 房子 股票 車子 旅遊 釣魚 高爾夫 登山 判斷生物生活條件的好壞，可由河川棲地環境的外觀項目來評估。 河川棲地外觀環境可分成五大類，每類因子間會交互相影響。 因子提供環境的品質視該河川的河相而定。

研究方法－棲地物理特性評估 評估概念 河相 評估河川棲地環境的好壞，不能直接用棲地的外觀環境來判斷，乃是看河相能提供何種棲地環境，而該棲地是否可達到河相所提供的環境水準。 泥砂 水流 地形 人為 植生 孔隙多樣性 土砂堆積程度 水流穩定性 水流多樣性 地形多樣性 基質之穩定性 河岸穩定度 植生族群種類 植生群保護程度 豐多度 構造物種類 構造物高度 構造物排列密度 影響程度 判斷生物生活條件的好壞，可由河川棲地環境的外觀項目來評估。 河川棲地外觀環境可分成五大類，每類因子間會交互相影響。 因子提供環境的品質視該河川的河相而定。

研究方法－棲地物理特性評估 水域：水流覆蓋地區 沙洲及邊灘：泛指河道中無水流覆蓋之區域 水域 沙洲及邊灘 沙洲及邊灘 沙洲及邊灘 水域 水域 河溪物理性棲地環境評估表 水域：水流覆蓋地區 沙洲及邊灘：泛指河道中無水流覆蓋之區域 水域 沙洲及邊灘 沙洲及邊灘 沙洲及邊灘 水域 水域

研究方法－棲地物理特性評估 河溪物理性棲地環境評估表－水域泥砂 底質孔隙多樣性 評分 土砂堆積程度 卵石、礫石、塊石間之孔隙被砂粒填滿25%以下，表層提供多樣的孔隙。 礫石、卵石、塊石間之孔隙被砂粒填滿25%~50%。 礫石、卵石、塊石間之孔隙被砂粒填滿50%~75%。 礫石、卵石、塊石間之孔隙被砂粒填滿75%以上。 評分 土砂堆積程度 少於5%的的水域受到泥沙堆積影響。 主要由礫石、砂與細砂組成，5~30%的水域受到泥沙堆積影響，深潭中輕微泥砂淤積或出現穩定沙洲。 中度泥砂堆積，30~50%(緩坡50~80%)的水域受到泥沙堆積影響，水道阻礙、束縮、彎曲處及深潭受到中等泥沙淤積影響或出現複列式沙洲。 強烈的泥砂堆積，或大量沙洲增長，為不穩定沙洲，50%以上的水域受到泥沙堆積影響，深潭因而幾乎消失。

研究方法－棲地物理特性評估 河溪物理性棲地環境評估表－水域水流 水流穩定性 日常流量下有效河道皆有水流流動，只有很少的河川底質暴露 出來。 日常流量下水流填滿有效河道之75%以上，或是少於25%的河床底質暴露出來。 日常流量下水流填滿有效河道之25~75%，或淺瀨的底床質出露。 日常流量下河道幾乎無水流，或只在深潭中存在水流，形成靜水潭。 評分 水流多樣性 淺瀨/淺流/深潭/深流四種型態皆出現。 淺瀨/淺流/深潭/深流四種型態出現其中三種。 淺瀨/淺流/深潭/深流四種型態出現其中二種。 淺瀨/淺流/深潭/深流四種型態出現其中一種。

研究方法－棲地物理特性評估 河溪物理性棲地環境評估表－水域地形 基質之穩定性 超過70%的穩地底床質適合營造新的棲地，或可供水域生物生存，此類區通常存有不是新落下斷落樹枝、深潭、草木的突出部份、巨礫/大卵石或其他穩定棲息地之要素。 40~70%之底床質適合生物拓殖使用，或較為穩定不常被移除。 20~40%之底床質適合生物拓殖使用，基質經常被擾動或移除。 少於20%的穩定良好棲息地存在，底床質不穩定或缺乏。 評分 地形多樣性 淺瀨出現頻率高，淺瀨間距與河寬之比值小於1，溪流中淺瀨具有連續性，且淺瀨為自之塊石或更大之石塊所組成。 淺瀨出現頻率低，淺瀨間距與河寬之比值為1~2。 淺瀨不常見，底床提供些許棲地空間，淺瀨間距與河寬之比值為3~5。 大量平坦河床或水流全為淺水之淺瀨，淺瀨間距與河寬之比值大於5。

研究方法－棲地物理特性評估 河溪物理性棲地環境評估表－水域人為 工程種類 沒有人工構造物，也無工程活動 人工構造物為自然資材 人工構造物為自然資材加人造 人工構造物全為人造 評分 構造物高度 沒有人工構造物，也無工程活動。 高度0.3~1m，抑制了區段裡生物之移動，如：固床工。 構造物高度1~5m，也許附設功能良好魚道，如：潛壩。 構高度5m以上，也許附設功能良好魚道，如：防砂壩。 構造物排列密度 只有單一構造物 連續的人工構造物 密集的構造物，甚至水域底床為水泥封底

研究方法－棲地物理特性評估 河溪物理性棲地環境評估表－沙洲及邊灘泥砂 泥砂孔隙多樣性 卵石、礫石、塊石間之孔隙被砂粒填滿25%以下或無邊灘出現，表層提供多樣的孔隙。 礫石、卵石、塊石間之孔隙被砂粒填滿25%~50%。 礫石、卵石、塊石間之孔隙被砂粒填滿50%~75%。 礫石、卵石、塊石間之孔隙被砂粒填滿75%以上。 評分 土砂堆積程度 少數邊灘出現，或凸岸具有邊灘。 邊灘由礫石、細砂所組成，除凸岸外有少數邊灘。 新舊邊灘上有中等程度的礫石、細砂淤積。 大量細顆粒泥砂淤積並使邊灘增長。

研究方法－棲地物理特性評估 河溪物理性棲地環境評估表－沙洲及邊灘地形 河岸穩定度 河岸穩定，幾乎很少被沖刷，小於5%的河岸受到影響。 中度穩定，有小區域的沖刷發生但回復穩定，5~30%的河岸有被沖刷的影響。 中度不穩定，30~60%的河岸受到沖刷影響，在洪水期間，有高度被沖刷的可能 極不穩定，河岸明顯的被破壞，60%以上的河岸受到沖刷影響

研究方法－棲地物理特性評估 河溪物理性棲地環境評估表－沙洲及邊灘植生 河岸植生群保護程度 植生覆蓋超過90%，包括各類溪濱植物，沒有明顯的人為放牧及除草行為，植生大部分都自然地生長。 植生覆蓋在70~90%之間，少許人為活動介入，但不影響大部分自然植生的生長情況。 植生覆蓋在50~70%之間，明顯的人為擾動，河岸存在赤裸的荒地或植生非濱溪植生而為農作物。 植生覆蓋小於50%，高度人為開發活動，嚴重破壞溪濱植生環境。 評分 植生族群種類 出現喬木。 出現灌木。 出現草本植物。 無植生出現。 豐多度 四種以上。 三~四種。 一~二種。 無。

研究方法－棲地物理特性評估 河溪物理性棲地環境評估表－沙洲及邊灘人為 人為影響程度 河岸被渠道化或挖浚的程度很低，保有原始的自然狀態。 通常只有在橋樑附近，有部分河岸被渠道化，有少許挖浚，人為設施是原有的不是新介入的。 河岸被渠道化的程度很高，堤防或是截彎出現在兩側河岸，40~80%的河岸被改變或擾動。 河岸為箱籠或水泥，超過80%的河川被渠道化或擾動，使得兩岸棲地環境大多被影響甚至完全破壞。 評分 資材種類 無，範圍或影響不大。 只有堤防或只有砌石護岸。 砌石護岸比例大於水泥護岸。 水泥護岸多數。

研究方法－棲地物理特性評估 河溪物理性棲地環境評估表－正規化 評估項目 水域 沙洲及邊灘 泥砂 底質孔隙多樣性 土砂堆積程度 泥沙孔隙多樣性 水流 水流穩定性 水流多樣性 地形 基質穩定性 地形多樣性 河岸穩定度 人為 人工構造物種類 人工構造物高度 人工構造物排列密度 人為影響程度 資材種類 植生 河岸植生群保護程度 植生族群種類 豐多度 現地物理性 棲地評估 各評估項目分數 計算及正規化 泥砂正規化得分 = (100/80)Σ泥砂評估分數值 水流正規化得分 = (100/40)Σ水流評估分數值 地形正規化得分 = (100/60)Σ地形評估分數值 人為正規化得分 = (100/100)Σ人為評估分數值 植生正規化得分 = (100/60)Σ植生評估分數值

研究方法－棲地物理特性評估 河溪物理性棲地環境評估表－信賴區間 本研究將各河川型態下評估自然棲地之點位所得分數，經正規化之程序後，計算其90%信賴區間，計算方式如下： 母體平均數的區間估計：小樣本（n<30），σ未知。 信賴區間之值= 其中1-α：信賴係數，t α/2為自由度n-1，右尾面積為α/2所對應之t值，S為樣本標準差，且母體假設成常態機率分配。 根據各河川型態下之樣本數，可得到其自由度為n-1，本研究欲求得自然棲地各特性因子90%信賴區間，信賴係數為0.9，故α/2 = 0.05，即可查表求得各棲地90%信賴區間之上、下限值。

研究方法－棲地物理特性評估 河溪物理性棲地環境評估表－信賴區間

研究方法－棲地物理特性評估 河溪物理性棲地環境評估表－信賴區間

研究方法－棲地物理特性評估 河溪物理性棲地環境評估表－信賴區間玫瑰圖

研究區位－烏溪流域 大里溪水系 烏溪主流 北港溪水系 南港溪及眉溪水系 貓羅溪水系

研究區位－濁水溪流域 濁水溪主流 清水溪水系 陳有蘭溪水系

實例分析－第一層流域特性 烏溪流域 濁水溪流域 烏溪流域特性 DTM分析結果 流域面積 2054.83km2 流域最大長度 80.37 km 平均寬度 17.26 km 流域周長 301.83 km 流域圓度 0.28 流域狹長度 0.64 型態要素 0.32 流域密度 0.54 濁水溪流域 濁水溪流域特性 DTM分析結果 流域面積 3167.51km2 流域最大長度 114.37 km 平均寬度 16.97 km 流域周長 414.48 km 流域圓度 0.23 流域狹長度 0.56 型態要素 0.24 流域密度 0.48

實例分析－第二層水系特性 烏溪水系特性 DTM分析結果 河流級別 1 ~ 6 主流長度 119.00 km 平均分歧比 3.654 平均流長比 2.015 平均凹度 2.321 河川碎形維度 1.850 河網密度 0.96 km-1 河流頻度 0.43 km-2 濁水溪水系特性 DTM分析結果 河流級別 1 ~ 6 主流長度 186.6 km 平均分歧比 4.03 平均流長比 2.43 平均凹度 2.26 河川碎形維度 1.57 河網密度 1.65 km-1 河流頻度 0.49 km-2

實例分析－第二層水系特性 方格狀水系 以直角相交的基岩節理和斷裂的控制，支流與主流呈直角相交或近似直角相交的水系，形成長方形水系。格狀水系和地質構造有一定關係，如在直交節理或斷層構造地區，河流沿構造線發育，形成格狀水系。

實例分析－第二層水系特性 樹枝狀水系 支流與微彎的主流以銳角相交，排列形式如樹枝。此類水系在岩性均一、地形比較平坦的地區最發育，在地殼較穩定地區和水平岩層地區也較多見。

實例分析－第二層水系特性 羽毛狀水系 出現在地形狹長地區，土壤中細砂的含量一般較高。水系由長而接近平行的順向河和兩側大小幾乎相等的小河槽組成。

實例分析－河川型態及棲地特性 烏溪流域

實例分析－河川型態及棲地特性 烏溪流域

實例分析－河川型態及棲地特性 烏溪流域

實例分析－河川型態及棲地特性 烏溪流域

實例分析－河川型態及棲地特性 烏溪流域

實例分析－河川型態及棲地特性 烏溪流域

實例分析－河川型態及棲地特性 濁水溪流域

實例分析－河川型態及棲地特性 濁水溪流域

實例分析－沿程河川特性與工程影響 河川 主要地形區位 主要河川型態 人為介入程度 陳有蘭溪 山區及丘陵 山區辮狀粗顆粒U型河谷 低 樟平溪 丘陵 丘陵順直粗顆粒U型河谷 丘陵蜿蜒粗顆粒U型河谷 平原順直粗顆粒窄深型河段 中等 濁水溪主流中下游 台地與平原 台地辮狀粗顆粒多岔型河段 平原辮狀粗顆粒多岔型河段 平原辮狀細顆粒多岔型河段 筏子溪 盆地中之平原河川 平原順直粗顆粒寬淺型河段 高

實例分析－陳有蘭溪河川特性 上游地區 自然棲地 人為棲地 丘陵辮狀粗顆粒U型河谷 山區辮狀粗顆粒U型河谷

實例分析－樟平溪河川特性 中游地區 平原順直粗顆粒窄深型河段 丘陵蜿蜒粗顆粒U型河谷 丘陵順直粗顆粒U型河谷

實例分析－樟平溪人為構造物介入之影響 泥砂 水流 地形 植生 評估分數大於90%信賴區間之上限 評估分數小於90%信賴區間之下限 丘陵順直粗顆粒U型河谷 丘陵蜿蜒粗顆粒U型河谷 地形 植生 評估分數大於90%信賴區間之上限 評估分數小於90%信賴區間之下限 評估分數介於90%信賴區間

實例分析－樟平溪人為構造物介入之影響 泥砂 水流 地形 植生 評估分數大於90%信賴區間之上限 評估分數小於90%信賴區間之下限 丘陵順直粗顆粒U型河谷 丘陵蜿蜒粗顆粒U型河谷 地形 植生 評估分數大於90%信賴區間之上限 評估分數小於90%信賴區間之下限 評估分數介於90%信賴區間

實例分析－濁水溪主流中下游河川特性 中下游地區 平原辮狀細顆粒多岔型河段 台地辮狀粗顆粒多岔型河段 平原辮狀粗顆粒多岔型河段

實例分析－濁水溪中下游人為構造物介入之影響 泥砂 台地辮狀粗顆粒多岔型 平原辮狀粗顆粒多岔型 平原辮狀細顆粒多岔型 地形 水流 植生 評估分數大於90%信賴區間之上限 評估分數小於90%信賴區間之下限 評估分數介於90%信賴區間

實例分析－濁水溪中下游人為構造物介入之影響 泥砂 台地辮狀粗顆粒多岔型 平原辮狀粗顆粒多岔型 平原辮狀細顆粒多岔型 地形 水流 植生 評估分數大於90%信賴區間之上限 評估分數小於90%信賴區間之下限 評估分數介於90%信賴區間

實例分析－濁水溪中下游人為構造物介入之影響 泥砂 台地辮狀粗顆粒多岔型 平原辮狀粗顆粒多岔型 平原辮狀細顆粒多岔型 地形 水流 植生 評估分數大於90%信賴區間之上限 評估分數小於90%信賴區間之下限 評估分數介於90%信賴區間

實例分析－筏子溪河川特性 盆地中之平原河川 平原順直粗顆粒窄深型河段 平原順直粗顆粒寬淺型河段

實例分析－筏子溪人為構造物介入之影響 泥砂 水流 地形 植生 評估分數大於90%信賴區間之上限 評估分數介於90%信賴區間 平原順直粗顆粒窄深型 平原順直粗顆粒寬淺型 評估分數大於90%信賴區間之上限 評估分數介於90%信賴區間 評估分數小於90%信賴區間之下限

實例分析－筏子溪人為構造物介入之影響 泥砂 水流 地形 植生 評估分數大於90%信賴區間之上限 評估分數介於90%信賴區間 平原順直粗顆粒窄深型 平原順直粗顆粒寬淺型 評估分數大於90%信賴區間之上限 評估分數介於90%信賴區間 評估分數小於90%信賴區間之下限

實例分析－橫向構造物高度沿程影響 低　　　　　橫向構造物高度　　　　　高 自然棲地 固床工 潛壩 防砂壩 　上游 　中游 　下游 小　　　　　河寬　　　　　大 少見 少見 少見

實例分析－橫向構造物高度沿程影響 自然棲地 固床工 潛壩 防砂壩 上游 中游 下游 低 橫向構造物高度 高 小 河寬 大 少見 少見 少見 丘陵順直粗顆粒V型河谷 低　　　　　橫向構造物高度　　　　　高 自然棲地 固床工 潛壩 防砂壩 　上游 　中游 　下游 小　　　　　河寬　　　　　大 少見 少見 少見

實例分析－橫向構造物高度沿程影響 自然棲地 固床工 潛壩 防砂壩 上游 中游 下游 低 橫向構造物高度 高 少見 少見 少見 平原辮狀粗顆粒多岔型河段 低　　　　　橫向構造物高度　　　　　高 自然棲地 固床工 潛壩 防砂壩 　上游 　中游 　下游 少見 少見 少見

實例分析－橫向構造物高度沿程影響 自然棲地 固床工 潛壩 防砂壩 上游 中游 下游 低 橫向構造物高度 高 少見 少見 少見 平原辮狀細顆粒多汊型河段 低　　　　　橫向構造物高度　　　　　高 自然棲地 固床工 潛壩 防砂壩 　上游 　中游 　下游 少見 少見 少見

實例分析－縱向構造物沿程影響 自然棲地 堤防 　上游 　中游 　下游 小　 　　　　河寬　　 　　　大 少見

實例分析－縱向構造物沿程影響 自然棲地 護岸 護岸之玫瑰圖 　上游 　中游 　下游 小　 　　　　河寬　　 　　　大 少見 少見

結論 一般而言，上游地區之河相在泥砂、水流及地形特性方面可提供較佳之多樣性，其評估結果由上游向下游遞減。 橫向構造物之介入對棲地物理特性之影響主要表現在泥砂、水流及地形特性方面。由於上游地區可提供之環境品質較佳，橫向構造物介入後對環境之影響較大，但越往下游構造物高度減低，且部分為透水性構造物，其影響程度隨河寬增加漸減；而在相同之棲地條件下，其影響程度則隨構造物高度遞增而增加。 縱向構造物之介入對棲地物理特性之影響偏重於植生方面，由於在上游地區佔河寬之比例較大，因切斷與兩岸間之連續性，使植生生長不易，影響較為顯著；在中游地區因水流、泥砂之穩定度增加，植生覆蓋程度較好，但植生仍以草本植物為主，顯示其對橫向連續性之阻斷具有相當程度之影響；至下游地區則對棲地橫向連續性之影響不大。

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