授課教授：林俐玲 鄭皆達 陳鴻烈 林德貴 報告學生：安軒霈 89442003 河川型態對溪流棲地及河防工程之影響 Influence of River Habitats and Engineering by River Morphology 授課教授：林俐玲 鄭皆達 陳鴻烈 林德貴 報告學生：安軒霈 89442003

Classification of Taiwan River Morphology Spatial and Time Scale Level 1 Basin Geology Property Drainage Pattern Basin Geometric Plane Level 2 Main River Bed Material Distribution Main River Pattern Topography Property Line Level 3 Bed Profile Sediment Transport Hydraulic Distribution Artificial Control Point Channel Shape Reach Level 4 Habitats Bed Material Composition Flow Condition Artificial Construction Vegetation Distribution Bed Form Local Level 5 Unit Sediment Water Properties Human Activity Vegetation Association Point Bed Form Unit Force Geology Water Human Vegetation Topography

Classification of Taiwan River Morphology Level 1 Basin Geology Property Drainage Pattern 河 相 A Level 2 Main River Bed Material Distribution Main River Pattern Level 3 Bed Profile Sediment Transport Hydraulic Distribution Artificial Control Point 由流域、主流及河道之縱橫剖面特性，組成一個河段特有之河相特性

Classification of Taiwan River Morphology Level 1 Basin Geology Property Drainage Pattern 河段之河相特性影響棲地中之物理組成結構，形成該河相下之特有棲地特性。 河 相 Level 2 Main River Bed Material Distribution Main River Pattern Level 3 Bed Profile Sediment Transport Hydraulic Distribution Artificial Control Point 棲 地 Level 4 Habitats Bed Material Composition Flow Condition Artificial Construction Vegetation Distribution Level 5 Unit Sediment Water Properties Human Activity Vegetation Association

Basin Explicit Property Classification of Taiwan River Morphology Level 1 – Basin Property 水流侵蝕 地震斷層 原始地質地形 流域現貌 Basin Initial Condition Basin Explicit Property Force Basin Geometric Property Drainage Pattern Geology Property Earthquake, Flood with Hundred Years Return Period, Weathering Basin Evolution Origin

Classification of Taiwan River Morphology Level 1 – Basin Property 流域特性由集水區之幾何、水係及地質等元素所組成，控制了集水區中之洪水型態、土砂生產量及遞移率等。其將直接影響第二層主流特性，成為河川中泥砂、水流及動力之來源。 集水區幾何型態 1.流域面積 A 2.流域最大長度 Lb 3.流域最大寬度 Bb 4.平均寬度 A /主流長 5.流域周長 P 6.流域圓度 Rc =A /(具同一周長的圓面積) 7.流域狹長度 Re =(具有同一面積的圓直徑) / Lb 8.型態要素 Rf =A / Lb2 9.流域密度 C=同面積圓周長/流域周長 水系特性 1.河流級別 u(用作下標) 2.平均分歧比 Rb= Nu / Nu+1 3.平均流長比 Rl= 4.平均河流凹度 Rs=Su / Su+1 5.主流河長 LQ 6.河川碎形維度 Db= logRb / logRl 7.計盒碎形維度

Classification of Taiwan River Morphology Level 1 – Basin Property 流域特性由集水區之幾何、水係及地質等元素所組成，控制了集水區中之洪水型態、土砂生產量及遞移率等。其將直接影響第二層主流特性，成為河川中泥砂、水流及動力之來源。 流域切割程度 1.河網密度 Du = (ΣLu) / A 2.河流補給常量 c=1 / Du 3.河流頻度 Fu = (ΣNu) / A 高差 1.河床比降 Sbed 2.流域高差 ΔH=流域內最高點高程與流域出口高程差 3.地面平均坡度 =ΔH / Lb 4.流域平均坡度 =ΔH / LQ

Classification of Taiwan River Morphology Level 2 – Main River Property Force Main River Boundary Condition Main River Explicit Property Topography Property Main River Pattern Bed Material Distribution Mountain, Hill Tableland Plain, Estuary Meandering Braided, Straight Coarse, Fine Sediment, Hydraulic Condition Erosion Base Level Bed Boundary Geology, Topography Flood with Several Decades Return Period

Classification of Taiwan River Morphology Level 2 – Main River Property 在第一層流域特性之限制之下，河川有其流經之地形區位、河川之平面型態及河床底質組成之特性，一條河川自上至下游可劃分為數個具有相同第二層河相特性之河段，並擁有其獨特之工程特性。 地型區位 地形 高程 平均坡度 山地 ＞1000公尺 — 丘陵 100～1000公尺 ＞5％ 台地 ＜5％ 平原 ＜100公尺 河口區 主流受到潮汐影響之河段 平面型態 平面型態 判斷原則 辮狀 β1>β2 且 β3<β1＋β2 蜿蜒 β1<β2 且 β3<β1＋β2 順直 β1<β2 且 β3>β1＋β2

Classification of Taiwan River Morphology Level 2 – Main River Property 在第一層流域特性之限制之下，河川有其流經之地形區位、河川之平面型態及河床底質組成之特性，一條河川自上至下游可劃分為數個具有相同第二層河相特性之河段，並擁有其獨特之工程特性。 河床質特性 河床質分類 河床質類型 D50粒徑範圍(mm) 細顆粒 砏土/粘土(silt/clay) ＜0.062 ＜2-4 砂粒(sand) 0.062 ~ 2 2-4 ~ 2 粗顆粒 礫石(gravel) 2 ~ 64 2 ~ 26 卵石(cobble) 64 ~ 256 26 ~ 28 塊石(boulder) 256 ~ 4096 28~ 212 岩床 岩床(bedrock) —

Classification of Taiwan River Morphology Engineering Properties in Level 2 由三種主流平面特性、五種地形區位及兩種床砂特性，可將第二層之區分出三十種之河相特性。唯並非每種主流特性之組合皆存在，如細顆粒山區辮狀河川等。為探討第二層及第三層下之河相工程特性，本研究玆將第二層中之各種主流特性及其概述列於下表。

Classification of Taiwan River Morphology Engineering Properties in Level 2

Classification of Taiwan River Morphology Engineering Properties in Level 2

Classification of Taiwan River Morphology The Influence of Level 2 from River Structure 第二層主流特性之空間尺度在數十公里，為數個約十公里左右之河相單元所組成。工程構物上之尺寸或影響範圍與該空間尺度相符者為水庫、防砂壩、堤防及護岸。 以貓羅溪下游為例，其第二層之河相特性為粗顆粒平原辮狀河川，該自然之河川棲地如下。 具有相同第二層河相特性之河川尚有大里溪及旱溪，唯河川中工程介入致使河相特性產生變化。 20070214

Classification of Taiwan River Morphology The Influence of Level 2 from River Structure 大里溪 大里溪及旱溪流經都市之河段，堤防間距束縮，壓迫原應於寬廣之辮狀河川。 水路集中致使河道下刷能力增強。為控制河道下刷，則設置橫向之潛壩或固床工。 潛壩或固床工阻斷土砂下移，使下游河床無泥砂補充，加劇河道下切之速度。 增設設置護岸保護工及多道固床工以穩固河床。 大量增加人為之介入程度，大幅阻斷溪流棲地環境縱向與橫向上之連續性 潛壩上游土砂淤積，下游河道無泥砂補充，造成潛壩基腳掏刷 潛壩下游刷深之河道。河道中放置大量鼎形塊欲穩固河床，但成效不佳 旱溪 為防止河道刷深需設置多道固床工，進而阻斷棲地縱向連續性 固床工下游無再設置其他固床工時，河道呈現下刷之趨勢，需於邊灘設置水泥塊以保護堤防，破壞棲地橫向連結

Reach Explicit Property Classification of Taiwan River Morphology Level 3 - River Bed Profile Property U, V Type Valley, Terraces, Compound And Single Channels Valley Topography Vertical Aggradation, Degradation Lateral Condense or Widen Sediment, Hydraulic Condition Erosion Base Level Bed Boundary Bank Erosion Convex Bend Deposition Concave Bend Erosion Channel Aggradation Or Degradation, Local Erosion Reach Explicit Property Reach Boundary Condition Force Force: Flood with Several Years Return Period, Human Activities

Classification of Taiwan River Morphology Level 3 - River Bed Profile Property 一河段具有向縱剖面、橫剖面及主深槽擺盪之特性，進一步細緻地劃分第二層中之主流河相。縱橫剖面變遷之時間尺度約為數年，可明顯地且快速地反應工程介入對河相之影響。 縱剖面型態 坡型 分類原則 河段概述 凹形坡 α>0 形成在溝谷中，屬大多數溼潤地區的河流縱剖面。 直形坡 α=0 凸形坡 α<0 形成在強烈沉積與增強侵蝕的河床，常出現在乾旱和半乾旱地區。 縱剖面穩定分析： 動態平衡剖面： 理論剖面：

Classification of Taiwan River Morphology Level 3 - River Bed Profile Property 山區河段橫斷面型態 河道型態 河段概述 V型河道 以發育史來說比較年輕，且河槽狹窄，在枯水期時無依附一岸的邊灘。 U型河道 以發育史來說比較成熟，河槽相對寬廣，枯水期時會有基岩或卵石形成的邊灘露出。 V型河道斷面： U型河道斷面： 平原河段橫斷面型態 分類原則 河道型態 河段概述 W/H < 40 窄深河型 呈現拋物線型或不對稱三角型的外貌。 W/H > 40 寬淺河型 多汊型或杓型的外貌。

Classification of Taiwan River Morphology Level 3 - River Bed Profile Property 斷面橫向穩定分析 橫向穩定指標 指標定義 符號說明 指標之物理意義 勞哈金 Dm=泥砂平均粒徑(mm) Sw=水面比降(‰) f1 =2~5時，河流整年都會經常發生推移載運動，枯水季節只是少量的推移載運動。 f1 <1時，河床泥砂比較細，經常發生泥砂運動，河床的演變速度也較快。 阿爾圖寧 Wb =滿槽流量之河寬(m) S =坡降 Qb =滿槽流量(cms) K1值愈大表示河岸愈不穩定，河床橫向穩定性愈差。

Classification of Taiwan River Morphology The Influence of Level 2 from River Structure 第二層 第三層 河相屬性： 粗顆粒丘陵順直河川 河段縱剖面呈現下刷趨勢，橫斷面呈現V型河谷 河相特性： 屬於河川最上游處，河段坡度較陡，水流強度大，河道呈現下刷之趨勢，有沖蝕、岩床或沈滓特徵，在地質脆弱區則有發生土石流之潛勢。 北港溪上游 水常溪溪上游

Classification of Taiwan River Morphology The Influence of Level 2 from River Structure 第二層 第三層 河相屬性： 粗顆粒丘陵順直河川 河段縱剖面呈現下刷趨勢，橫斷面呈現V型河谷 工程特性： 優點 缺點 水泥護岸 可提供較高之防護強度。 阻隔水陸域之橫向連結 局限河道之擴展 易造成基腳掏刷之現象 砌石或箱籠護岸 提供較多孔隙以營造棲地多樣性 柔性之構造可提供護岸自行調整之能力 強度較弱，較不適用於土石流潛勢溪流 梳子壩 防治土石流 降低人為工程對生態棲地之破壞與阻隔 防砂壩 可提供較高之防護強度 嚴重阻隔棲地縱向連續性 降低水流及水域地形之多樣性 防砂壩下游則因無土砂補充而易造成基礎掏刷

Classification of Taiwan River Morphology The Influence of Level 2 from River Structure 第二層 第三層 河相屬性： 粗顆粒丘陵順直河川 河段縱剖面呈現下刷趨勢，橫斷面呈現V型河谷 工程特性： 優點 缺點 固床工 不適用 泥砂淤積增加且分散 大幅降低水域地地之多樣性 潛壩基腳掏空，縱橫向連續性阻隔。貓羅溪上游支流 潛壩基腳掏空，縱橫向連續性阻隔。貓羅溪上游支流

Classification of Taiwan River Morphology The Influence of Level 2 from River Structure 第二層 第三層 河相屬性： 粗顆粒丘陵順直河川 河段縱剖面呈現下刷趨勢，橫斷面呈現U型河谷 河相特性： 屬於河川之上游處，地勢已較為開闊，並呈現U型之河谷地形。河槽相對寬廣，故枯水期時會有基岩或卵石形成的邊灘露出。在陸域部份，邊灘往往與高灘地接壤，且由於河谷趨於開闊，故在河道兩岸亦常出現狹長且平坦之河階地。 貓羅溪上游 貓羅溪上游

Classification of Taiwan River Morphology The Influence of Level 2 from River Structure 第二層 第三層 河相屬性： 粗顆粒丘陵順直河川 河段縱剖面呈現下刷趨勢，橫斷面呈現U型河谷 工程特性： 優點 缺點 水泥護岸 護岸對河川水域棲地局限之影響程度降低 提供較大之穩定性 常見垂直護岸，對橫向連續性之阻斷極大 砌石或箱籠護岸 具有自行調整之能力 對棲地多樣性衝擊較小 實地應用上則有不錯之成效 強度較弱，但基腳淤砂後自行形成邊灘後即可增加護岸之穩定性 防砂壩 保護橋樑。唯河道寬度大，洪水期間邊灘及高灘地可分散水流，故無太大之需求 較不適用 對河川棲地環境之破壞與介入程度將大幅提高 上游淤砂或迴水長度大，大幅降低溪床中地形及水流之多樣性 防砂壩下游河床下切趨勢加劇，增加下游護岸、防砂壩本身基腳之破壞，阻斷濱水區與水域間之連績性

Classification of Taiwan River Morphology The Influence of Level 2 from River Structure 第二層 第三層 河相屬性： 粗顆粒丘陵順直河川 河段縱剖面呈現下刷趨勢，橫斷面呈現U型河谷 工程特性： 優點 缺點 固床工 提供較高之防護強度 保護橋樑 破壞自然階梯深潭、淺瀨、邊灘等自然棲地發展 河道地形單調，水流多樣性降低 固床工上游砂淤積程度提高降，低濱水區中之孔隙多樣性。 連續固床工分散水流，降低水流及地形多樣性。貓羅溪上游 橋樑下固床工之上游，形成深潭，降低水流及邊灘孔隙多樣性。貓羅溪上游

Classification of Taiwan River Morphology The Influence of Level 2 from River Structure 第二層 第三層 河相屬性： 粗顆粒丘陵蜿蜒河川 河段縱剖面呈現下刷趨勢，橫斷面呈現V型河谷 河相特性： 河相特性類似於粗顆粒丘陵順直河川，唯蜿蜒河川具有明顯凹岸沖刷、凸岸淤積之現象 工程特性： 工程特性類似於粗顆粒丘陵順直河川，唯護岸部份沖蝕能力大，若需在凹岸設置護岸時，應考量護岸基腳掏空所造成之破壞，沖刷深度可達一至二公尺。 凹岸沖蝕較明顯，可加深護岸基礎。凸岸淤積易形成，可不於凸岸設置護岸，或是採用砌石等柔性護岸。 凹岸沖沖深度約1至2公尺，凹岸處護岸破壞，凹岸大量土砂淤積。貓羅溪上游 上圖整治後之現況，工程並未考量凹、凸岸之河相特性，仍將流路控制於河道中心。原凸岸提防未沖毀。上圖同地點

Classification of Taiwan River Morphology The Influence of Level 2 from River Structure 第二層 第三層 河相屬性： 粗顆粒丘陵辮狀河川 橫斷面呈現U型河谷 河相特性： 屬於中游之河段，河谷地形更為開闊，處於丘陵區靠近台地或平原接攘處，河道坡度與泥砂運移量大，河川之平面形成呈現辮狀型態豐枯季流量差異較大。豐水期期間河道水流量大，河道中淺流、淺瀨等構造被淹沒，水流流況多屬於深流，造成棲地之水流多樣性降低。枯水期流量較小，河床裸露出大面移之邊灘及沙洲，淺瀨及淺流之頻度則相對增加。 眉溪中游 北港溪下游

Classification of Taiwan River Morphology The Influence of Level 2 from River Structure 第二層 第三層 河相屬性： 粗顆粒丘陵辮狀河川 橫斷面呈現U型河谷 工程特性： 優點 缺點 箱籠護岸 提供足夠之防護能力 有可沉陷之特性，可自行調整 強度較弱，但以現地觀察來看，其功效可與水泥護岸相當 防砂壩 較不適用，少見於現地 大幅破壞河川之棲地 用於保護橋樑之固床工等不常見 工程特性 橋樑 橫跨河道之所有橋墩皆需考量洪水掏刷之特性，而非僅考量現有主深槽之處 取水堰 枯水期水量較少，大量取用河水將使河川流量小於生態基流量或無水流之情形 應設置相關放流口，以保持河道中基礎之生態基流量。

Stream Physical Habitats Classification of Taiwan River Morphology Level 4 – Stream Physical Habitas Property Force Local Boundary Condition Local Explicit Property Habitats Diversity, Habitats longitudinal Continuity Nature Condition, Aqueous Habitats Aqueous Habitats Waterfront Stream Physical Habitats Sediment, Hydraulic Condition Annual Discharge Human Activities Artificial Construction

Classification of Taiwan River Morphology Level 5 – Stream Physical Habitats Property Boundary Condition Explicit Property Sediment Water Properties Bed Form Unit Human Activity Vegetation Association Seasonal Discharge Daily Discharge Seasonal Discharge Daily Discharge Boundary condition Explicit Property

Classification of Taiwan River Morphology Component of Physical Habitats 以第四層而言，棲地物理組成分為水域與濱水區兩大部份。配合第五層中棲地單元之組成，棲地環境劃分水域與濱水區中之河床質、水流特性、河床型態、人工構造物與植生特性，其棲地物理組成環境架構如下： 泥砂特性 水流特性 河床型態 人工構造物 植生分佈 濱水區底床質組成、 分佈、多樣性 地下水、伏流水 河道斷面、沙洲、 深潭淺瀨組成 防砂壩、水庫、 取水堰等橫向構造物 沙洲植生分佈、 多樣性、穩定度 河岸穩定度 邊灘組成 堤防、護岸、丁壩 濱水區植生長度、 寬度、種類 水域 濱水區 流速、水深、流量、 流況分佈與多樣性 水域底床質組成、

Classification of Taiwan River Morphology 棲 地 Level 1 Basin Level 2 Main River Level 3 Bed Profile Geology Property Bed Material Distribution Sediment Transport Drainage Pattern Artificial Control Point Hydraulic Level 4 Habitats Composition Construction Vegetation Level 5 Unit Flow Condition Water Properties Human Activity Association 河 相 本研究建構各河相之河川特性及其分析模式，並架構棲地物理組成之特性，而為建立將河相對棲地環境之影響及關連性，則需訂定棲地物理組成之定量評估指標，以做為河相及棲地間之定量連結。

Index of Physical Habitats 本研究參考巨延「SERAS」與美國環保署「可跨越性溪流快速生物評估法」，建立棲地物理組成評估指標，以濱水區與水域區分，並分別評估泥砂、水流、地形、人為、植生等組成因子特性。

Index of Physical Habitats

Index of Physical Habitats

Index of Physical Habitats 各河相下棲地特性 眉溪山區段 北坑溪 粗顆粒丘陵辮狀河川 橫斷面呈現U型河谷 粗顆粒丘陵順直河川 橫斷面呈現U型河谷 眉溪埔里盆地段 不同河相會演化出其特有之棲地環境，在棲地評估中，若人為介入最低者，則其為自然之棲地環境，而其他項目則代表自然棲地之現況。 不同之河相，棲地評估會出現差異，但該評估分數仍為該河段最自然之棲地環境，亦為該河段之棲地評估分數上限。 粗顆粒台地辮狀河川 橫斷面呈現寬廣渠槽

Index of Physical Habitats 北坑溪 在相同河相下，棲地環境會隨工程介入程度而調整，故可以相同河相之河段探討工程對棲地之影響。 粗顆粒丘陵順直河川 橫斷面呈現U型河谷 自然棲地，地形具有高多樣性，中等程度之泥砂、水流及植生多樣性。 生態工法施作完成之棲地，植生多性遭到破壞。以工程方式增加水流及地形之多樣性，但因超出自然棲地環境之上限值，故數年後其評分可能將自然調整而降低。 傳統工法之棲地，植生多性遭到破壞、泥砂淤積降低泥砂之多樣性。工程構造物造就高多樣性之地形與水流特徵，但其阻斷棲地縱向及橫向連續性，並反應在人為介入之項目上。

Index of Physical Habitats 南港溪 粗顆粒丘陵順直河川 橫斷面呈現U型河谷 自然棲地，高泥水流及地形之多樣性，中等程度之泥砂及植生多樣性。 防砂壩工程，可營造深潭與淺流等地形與水流多樣性，但構造物組隔棲地連續性。壩上游淤砂明顯，降低泥砂之多樣性。 固床工工程，營造地形與水流多樣性，但設置多道固床工後，其仍阻隔棲地之連續性，且固床工大幅阻斷泥砂運移，造成泥砂多樣性明顯降低。