A Field Experiment for Coastal Dune Reconstruction

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1 A Field Experiment for Coastal Dune Reconstruction
海岸砂丘復育現地試驗 黃馳寓

2 1. ABSTRACT 2. INTRODUCTION 3. FIELD EXPERIMENT 4. RESULTS AND DISCUSSION 5. CONCLUSIONS

3 ABSTRACT 海岸的完整砂丘代表著海洋與陸地間的天然屏障，對於抵抗海浪及潮汐的侵蝕扮演著極重要的角色。 對於抵抗海岸沖蝕問題，相較於人造之堅硬的構造物，不僅是較便宜的方法也比較合乎生態需求，同時在環境管理方面也較具景觀價值。 在這個研究計畫中，選擇在台南的青草崙海岸進行現地砂丘復育。 我們安排三個實驗組在之前被損毀的前岸砂丘,並選擇一個殘存的小型天然砂丘作為對照組，用以評估前岸砂丘重建之效果。並監測砂丘重建期間之縱剖面曲線變化、砂粒粒徑及植生密度。結果顯示，由推土機堆成的人造砂丘，可在短時間內抬升其高度，並設置圍籬在砂丘表面可以幫助砂的堆積速度及植生的入侵，都可以都可以快速穩定人造砂丘。

4 INTRODUCTION 海岸天然砂丘是台灣西部海岸常見的地形景觀，緊鄰在後灘的盡頭發育。由於砂丘是由疏鬆的砂粒所組成，其形貌外觀常隨外在的海岸地形作用營力而改變。後灘和砂丘也藉由這樣的地形變動，吸收作用營力能量，達到防潮抗浪、保護海岸的功能。 一般認為海岸砂丘是保護海岸的天然屏障，能有效緩衝颱風波浪之侵蝕，是最佳的自然海岸防禦工事。相較於一般的硬性構造物，如海堤、突堤等而言，海岸砂丘防禦不但節省可觀的建造費用，對於海岸生態環境的保護也有積極正面的意義。 歐美各國對於長久以來作為防禦機制的天然砂丘損毀的復育，行之有年。就另一方面來說，台灣仍然缺少具體的砂丘復育方法及經驗。在這個研究計畫中，在之前遭颱風嚴重侵蝕的台南青草崙海岸砂丘進行復育。就不同點之發展形態作觀測，不只調查海岸砂丘的有復育方法，同時也提供台灣其他地區的海岸砂丘防禦對策新的選擇。

5 FIELD EXPERIMENT 海岸砂丘復育的方法有多種選擇，包括圍籬定砂、海岸植生及人工堆砂等。經評估現場地形及植生狀況，選定了試驗區的位置及配置。

6 2.1 FIELD EXPERIMENT DEPLOYMENT
試驗研究共分成4個樣區，由東到西分別是A區的人工植生區，B區的自然植生區，C區的人工堆砂區及D區的圍籬試驗區，樣區的位置均在平均高潮位以上的後灘地區，每一樣區以沿海岸方向50公尺長，向內陸方向20公尺寬的規格來規劃。每個樣區為了試驗的順利進行，皆適度圍繩並設置告示牌，以避免人為的侵入和破壞。 A區為人工植生區，植生種類挑選原則依上年度調查中本區較優勢植物中挑選。在前三個月中平均每兩天澆水一次，促進其生長。此區前半被曾用來種牡蠣的廢棄竹架構成的網架所覆蓋，這些網架因颱風而被捲上岸。藉此觀察這些廢棄材料是否能幫助砂丘植物的生長。

7 A B樣區為自然植生區,除了設樁圍繩外不做任何干擾以作為其他樣區之對照 B A樣區為人工植生區,前區鋪設竹架 以利植生生長

8 B區為自然植生區，除了在現有植生覆蓋的自然砂丘區設樁圍繩圈出界線外，不作任何人為干擾，以作為其他樣區之對照。(照片4-2-4)
C區為人工堆砂區，是以現場海灘混有蚵殼碎片的灘砂為料源，以推土機在後灘高灘地上堆成高約2.5M的人工砂丘， 一半自然裸露，另一 半上覆蓋廢棄蚵棚竹 架，以進行後續的觀 察。 Company Logo

9 D區為圍籬聚砂區，是以現地的廢棄蚵棚竹架為材料，搭建編成一L型的圍籬，藉以干擾氣流，並促進風飛砂的堆積。L型圍籬的部置是以
和優勢的西南風正交的 南側為長邊，東側為短 邊所構成。圍籬高約 1.2M，竹片間間隙度 約25%。 上述四個樣區，每個樣區皆規劃三個高程監測剖面，合計12個剖面。樣區內剖面與剖面間相距約20M，並在試驗樣區前中後分別設立測量基樁，以維持固定的剖面方向。量測頻率以每個月一次為準，進行樣區從砂灘到砂丘間的地形剖面測量。

10 RESULTS AND DISCUSSION
CROSS-SECTION PROFILES A區人工植生區部分，就調查期間全程的比較，大致呈堆積狀態；B區為自然植生區，在樣區內砂丘的部份，三個剖面整體而言均略程局部侵蝕狀態；C區為人工堆砂地形，一塊凸起的矩形平臺，一半覆蓋廢棄蚵棚竹架，一半裸露，樣區皆程侵蝕狀態；D區為原天然砂丘地形，但有一波浪越洗作用所形成的通道，並在樣區的東南和西南側邊築有圍籬。 2006夏天的形態改變 2006冬天的形態改變

11 結果顯示，樣品粒徑有較大變化的大部分發生在9至10月的採樣期間，顯示在這段期間可能有營力作用上的改變，如風向上的改變
SURFACE SAND SAMPLE 試驗區內砂樣分析結果顯示每個月平均的中值粒徑值介於0.191mm和0.209之間，均屬細砂粒徑大小非常接近，從其粒徑分佈圖也可看出去淘選度相當良好。眾數粒值的粒徑值大部分在0.185mm和0.203mm間，推測這應是風力搬運作用的砂粒粒徑。而部分砂樣在粒徑0.6mm附近有一小峰分布，推測可能是混合了一小部分其他營力作用，如波浪作用搬運的砂粒所致。 結果顯示，樣品粒徑有較大變化的大部分發生在9至10月的採樣期間，顯示在這段期間可能有營力作用上的改變，如風向上的改變 大部份砂樣粒徑呈單峰分佈 大部份砂樣粒徑呈一大一小的雙峰分佈

12 3.3 VEGETATION INVESTIGATION
植生調查結果顯示，因該年度侵台颱風較少，颱風對此區植物影響不大，在這段調查期間無論是人工植生區或自然植生區，植生的生長情況良好。 依四個樣區的植物覆蓋情形顯示，夏季是植物生長的旺季，各區植物生長迅速，直至10月份轉為穩定階段。推測可能是因秋季之後雨量減少所致，少部分甚至有 負成長情形。本試驗樣區的主要 組成植物為濱刺麥與馬鞍藤，各 佔約31%，其次是濱刀豆、鋪 地黍和大花咸風草等，亦占相當 的比例。

13 在A區人工植生區中可發現濱刺麥與馬鞍藤及其他植物每月生長情形良好，皆有穩定的成長。B區自然植生對照區的自然植生情形與人工植生樣區有明顯不同，馬鞍藤在此區10月後乾季的競爭力明顯低於濱刺麥，因而族群減少，濱刺麥與其他植物則穩定成長。這也顯示人為的澆水養護對馬鞍藤的生長競爭有相當的幫助。C區人工堆砂區內馬鞍藤與其他植物也是穩定成長。D區圍籬區的變化則與B區對照區內植物覆蓋量的變化情形相似。 4個樣區植生總覆蓋情形逐月變化圖 馬鞍藤在各樣區覆蓋情形月變化圖

14 DISCUSSION 綜合以上整體試驗所見及分析，除了C區人工堆砂裸露區外，其他各樣區在夏季7~9月間，因有向岸風及穩定的砂源供給，又有植生或廢棄蚵棚竹架的攔阻，整體都有飛砂量堆積增長。10月後季節風向轉變，離岸風在吹到砂丘樣區前，風勢因先受砂丘背側的防風林阻擋而遭 破壞減弱，而砂丘上植生覆 蓋也因植生發育良好而趨於 穩定，風力減弱的離岸風只 能在未被植生覆蓋的區域產 生小規模的吹蝕窪地。被風 搬運的飛砂，比較大量的如 C區人工堆砂裸露區是堆積 在樣區的前緣。

15 B區在夏季期間，因原有植生覆蓋度良好，而有飛砂在此積聚；但相較人工澆水的A區則略遜一籌。
轉入冬季後，濱刺麥的覆蓋度仍持續增加，但馬鞍藤明顯減少，這可能是兩者對季節氣候變化的適應能力不同所致。 C區為人工堆砂區，試驗期間無颱風侵襲所以砂丘一直維持其高度，前後兩側陡坡因重力崩落及風砂搬運緣故而逐漸平滑化。C區一半裸露的區塊，是風砂穿越的通道(可暫時堆積但隨後又被帶走)因此並無明顯侵蝕或堆積，但可見到風蝕後表面蚵殼出露聚集的現象。C區另一半的竹架堆置扮演阻礙務的腳色因而快速堆砂。原先在堆砂同時被代進來的植物種子，如濱刀豆也藉著這短暫的遮蔽效應而開始生長、傳播；相對裸露地的一半也應有濱刀豆種子在砂堆中，但卻沒有機會冒出生長。

16 D區為圍籬聚砂區，影響圍籬聚砂因子很多，高度、孔隙率、風向、圍籬材質等均有影響；一般而言，圍籬造成的沉積效應其有效距離為圍籬高度的8倍，換句話說，1M高的圍籬在其下風處8M內都可能造成風砂的堆積。
更高的圍籬不好施作，所以若希望有更寬廣的砂丘堆積，可布置複層砂籬來完成。 圍籬聚砂區整體而言，堆砂效果不如預期，原因可能和圍籬孔隙率太小有關，最初實驗設計為30%~35%，但實際施工時工人為了綁竹片方便變成25%左右，再加上風向可能和圍籬斜交，則實際有效孔隙率會更小，以致大大影響聚砂能力。經求證更多文獻報告，要有好的飛砂堆積，其孔隙率至少要50%以上。

17 人工植被區的 植被生長情形

18 竹架覆蓋的 植被生長情形

19 CONCLUSIONS (1 ) 本區的風砂搬運活動受季節風向控制，西南季風盛行的夏季，砂灘上的乾砂向內陸方向搬運，砂丘因飛砂積聚而增長。冬季期間吹離岸風，風速受內側防風林破壞而減弱，加上植生遮覆影響，只在少數裸露砂面造成砂丘的侵蝕。因此在無颱風波浪侵蝕的情況下，本區砂丘可維持年年小幅度的增長。 (2) 人工栽植的馬鞍藤和濱刺麥生長狀況良好，有助聚砂。與自然植生的比較顯示人工澆水有助於植生生長，尤其在冬季較乾燥的情況下對馬鞍藤更有助益。鋪設竹架格網聚砂時，有助於人工播種的植栽發芽生長，但對直接插枝的植株效果不明確，可能因物種而異。

20 CONCLUSIONS ，為讓砂面儘快穩定，可輔以適當人工植生，增加其覆蓋度，減少裸露砂面被吹蝕。廢棄蚵棚竹架堆置在表面可在短期內協助快速積砂，一旦淤滿即失去功能，必須要搭配播種植生以持續聚砂。 (4) 圍籬聚砂的效果不如預期，可能是圍籬孔隙率太小而影響堆砂能力。要有好的飛砂堆積效果，孔隙率至少要50%以上，實際上孔隙率的選擇還要考量圍籬與主要風向交角角度的關係來決定。 (5) 若純就海灘安全來考量，本區海岸是一個相對比較穩定安全的海岸，也許維持其自然地形狀態及自然環境營力作用即可，不必花費心力去考量增強砂丘防風抗浪的強度。然而，若為增強生態及景觀上價值，可在砂丘生態上努力，可增添一個海岸生態觀光休閒園區，同時也加強了砂丘自然的防衛能力。

21 REFERENCES [1] Carter, R.W.G., Coastal Environments. Academic Press, London. [2] Carter, R.W.G., Nordstrom, K.F., and Psuty, N. P., The Study of Coastal Dunes. In: Coastal Dunes: Forms and Process, Nordstrom, K. F., Psuty, N. P. and Carter, R. W. G. eds., John Wiley & Sons, New York, pp.1-14. [3] French, P.W., Dune Building. In: Coastal Defences, Routledge, London, pp [4] Hotta, S., Kraus, N.C., and Horikawa, K., Function of Sand Fences in Controling Wind Blown Sand. Coastal Sediment ’87, pp [5] Huang, H.-Y, Liou, J.-Y., Chu, J.-C., and Shieh, C.-T., The Study on Environmental Recruitment Upon Ching-Tsao-Lun Coast, Tainan. Proceedings of the 28th Ocean Engineering Conference in Taiwan, pp. (in Chineses with English abstract). [6] Kuriyama, Y., Mochizuki, N., and Nakashima, T., Influence of Vegetation on Aeolian Sand Transport Rate from a Backshore to a Foredune at Hasaki, Japan. Sedimentology 52, pp [7] Lin, T.-Y., Dune Reconstruction and Coastal Conservation. Marine Technology Quarterly 12(4), pp (in Chinese). [8] Shih, T.-T., Chang, J.-C., Chang, C.-L., Lin, S.-M., and Lien, C.-C., 1993. A Geomorphological Study of Sand Dunes in Western Coast of Taiwan. Geographical Research 19, pp (in Chineses with English abstract).

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