主要河川類型與特徵

1.直線型河川（straight）

直線型河川大多存在於側向抗沖蝕性良好之河段，因此多發生於山 區。沖積河段由於邊界地質材料特性、洪泛平原之地形因素，以及堤岸 植被狀態等原因，使堤岸邊坡隨機倒塌，導致沖積河段出現直線型態之 情況甚為罕見，在單流線系統裡常朝略微彎曲或是蜿蜒狀發展。若在沖 積河川中確實發現直線型河段，必可發現最大流速線與最大水深線之路 徑在堤岸範圍內呈曲折擺盪現象。此現象造成河床縱向高程起伏變化，

高程低處稱為深潭(pools)，高程高處稱為淺灘（riffles），深潭與淺灘交 替出現構成直線型河川之基本平面型態。

Leopold et al.(1964)首先說明直線型河川中淺灘與淺灘間距離約為 滿槽河寬之五至七倍。Yalin(1972)提出淺灘間距為河寬的 π 倍率關係，

此與Leopold et al.(1964)提出結論不符。Hey(1976)重新檢驗 Yalin(1972) 之理論，並提出淺灘間距與河寬呈2π 之倍率關係，此結論與 Leopold et al.(1964)所提結果較為相符。到了 1980 年代，Hey and Thorne(1986)之 研究發現淺灘間距為滿槽河寬之6.31 倍，此倍率關係與 2π（6.28）接 近，並與Leopold et al.(1964)提出說明有一致趨勢。

前述擺盪之最大流速除了造成河道高程上之變化外，亦造成平面側 向之不均質性，如圖2. 19 所示所示，擺盪造成河岸一邊堆積形成淺灘，

相對應之另一側產生刷深現象，亦使深潭非對稱地出現。當淺灘上流速 較快之水流逐漸沖蝕堤岸一側並與接續之深潭相交，更進一步使堤岸退 縮，此時直線型河川開始呈現略微曲折之河川平面型態。

在河川相貌的進化過程中，淺灘成為開始彎曲的標地點，當持續向 外側侵蝕堤岸，對應之另一側則逐漸淤積形成點洲，此持續發展之結果 便使河川由直線型演變成蜿蜒型河川，圖2. 20 所示即為直線型河川、

略微曲折型與蜿蜒型平面型態之定義與演變過程示意，當蜿蜒度

（sinuosity: 渠道中心線長度除以河谷直線長度）小於 1.1 為直線型，1.1 至1.5 之間為曲折河川，超過 1.5 為蜿蜒河川。

無論直線型或帶有些許曲折之河川，均由於最大流速線擺盪造成淺 灘與深潭交替出現之地貌，如2.1.2 節所述淺灘河床質中值粒徑略大於 整體平均值，造成縱向河床質差異。橫斷面地貌由深潭與洪泛平原或淺 灘與洪泛平原所構成，但若河床載豐富使灘地逐漸堆積形成點洲，其與 邊灘及洪泛平原構成新的橫斷面地貌。上述訊息均可提供床質取樣位置 評選參考。

圖 2. 19 直線型河川之不對稱深潭、交替出現沙洲與淺灘等平面特徵演變

圖2. 20 直線型、略微曲折型至蜿蜒型河川平面型態定義與演變示意圖（摘 自Chorley et al.,1984）

2.蜿蜒型河川（meandering）

蜿蜒型河川平面型態常以形狀、曲率半徑以及波長等幾何參數描 述。在表面常於彎道處出現深潭，在連接槽（crossing）呈現淺灘地形。

Leopold and Langbein(1966)最早投入蜿蜒型河川形狀研究，發現正弦函 數產生之彎曲最接近理想的蜿蜒河川，且強調刷深最嚴重以及衝擊現象 最嚴重之位置均位於彎道幾何形狀之尖點，並靠近下游因而產生不對稱 現象。

蜿蜒河川波長大小受沈滓載、邊界材料與流量影響。Richards(1982) 提出波長與河寬之關係如下：

Lm＝12.34w （2. 2) 其中 Lm＝沿河川軸線量測之蜿蜒波長(m)

w＝河川滿槽寬（m）

式2.2 的係數接近 4π(12.57)，約略為直線型河川淺灘之間隔距離

（2π）的兩倍。而 Dury(1956)提出波長與滿槽流量之關係假設如下：

Lm＝54.3Qb0.5 （2. 3)

其中Lm＝沿河川軸線量測之蜿蜒波長(m) Qb＝滿槽流量（m³/s）

Schumm(1963)驗證渠道曲折程度與堤岸材料之粉土-黏土權重指標 以及渠道寬深比有關。Schumm 於 1968 年進一步解釋邊界材料與波長 間之相互關係，當邊界材料具黏滯性，河道寬度會較窄，底床坡度較陡 峭，且反應之波長較短，並提出相關經驗公式如下：

Lm＝ 1935Qm^0.34M^-0.74 （2. 4）

Lm＝ 618Qb^0.43M^-0.74 （2. 5) Lm＝ 395Qma^0.74M^-0.74 （2. 6) 其中Lm＝沿河川軸線量測之蜿蜒波長(m)

Qm＝年平均流量（m³/s）

Qb＝滿槽流量（m³/s）

Qma＝年平均洪水（m³/s）

M＝堤岸材料之粉土-黏土權重指數

Leopold and Wolman(1960)以下式（式 2.7）說明當波長短時，彎道 趨於緊密結實。

Lm＝4.59Rc^0.98 （2. 7)

其中Lm＝沿河川軸線量測之蜿蜒波長(m) Rc＝曲率半徑（m）

Bagnold(1960)指出當曲率半徑與河寬之比例介於 2~3 時彎道處水 流能量損失最小。

此外，堤岸材料出現黏土栓（clay plug）等堅硬點會使河道側向位 移明顯導致較大彎曲現象出現。Fisk(1944)研究指出當黏土栓出現在彎 道尖點時，則尖點會趨平緩並發展出兩個或多個彎道系統；若黏土栓出 現在尖點之下游，則下游彎道分支將維持於原地不動，上游分支會持續 向下游河谷側移導致曲流頸（neck cutoff）現象發生。

綜合上述，蜿蜒系統由直線系統漸變形成，地貌特徵亦以淺灘與深 槽交錯出現為主，彎道部分為刷深區域，連接槽部分為淺灘區域。橫斷 面地形變化於彎道部分為深槽與洪泛平原組成，若當河床載豐富產生堆 積，可能於內彎道部分形成點洲，平面型態亦可能因外彎道持續沖刷，

內彎道持續堆積尺平面曲折度變大；連接槽橫斷面型態有淺灘與洪泛平 原組成，當河床載豐富產生堆積則可能產生側向或交替沙洲。同直線型 河川，淺灘河床質中值粒徑略大於整體平均值，但施做可行性較深槽地 形高，故淺灘地形出現頻率可作為河床質調查縱向取樣點參考。

3.辮狀河川(braided)

辮狀系統因較為複雜使目前對此平面型態之瞭解不若單線系統河 川明瞭。最早提出相關研究的學者是Leopold and Wolman 在 1957 年發 表其利用人工水槽觀測渠道由單線轉變成多線系統之過程（圖2. 21）。

中A 圖表示當渠道河床載之推移質（bed load）豐富時，會於渠道

發展成類似水晶體之外觀；圖B 為隨著堤岸侵蝕退縮提供豐富泥沙促使 江心洲逐漸增大，亦使區域逐漸向河道兩岸擴大；圖C 表示當沙洲持續 增大，堤岸持續退縮迫使水流漸呈彎曲流動，此曲流不斷地侵蝕外側堤 岸並促使內側堆積；圖D 至 E 說明底床被沖刷造成水位降低，使江心 洲像是島嶼，此時沙洲與小島之複雜變化造成更複雜之多流線系統；最 後圖F 代表辮狀系統最後之形貌，透過寬度不斷增加會使部分沙洲與島 嶼連結成更寬廣之區域，次級之沙洲又隨前述圖A 到 E 過程不斷的反 覆演變，最後形成一串島嶼、沙洲及複雜流線組成之平面型態，複雜流 線會匯流於一處頸縮地帶，構成了辮狀系統之基本面貌。

Coleman(1969)利用對 Brahmaputra River 之河相描述驗證 Leopold and Wolman(1957)之發現（圖 2. 22），圖 2. 22 之 a-a’剖面為辮狀河平面 型態頸縮處之剖面，呈現刷深斷面；b-b’剖面之平面位置為沙洲群組成 之寬帶，可發現此處水深較淺，局部深槽為部分水流於區域內匯流造成 較深之底床沖刷所造成。由於頸縮點與頸縮點之間距無具體規則變化，

因此目前尚無較合理評估方法建立。

圖2. 22 蜿蜒型、辮狀型平面型態與橫斷面之關係（摘自 Coleman,1969）

辮狀系統平面由寬帶與頸帶組成類似水晶體外觀之圖樣。寬帶由於 堤岸沖刷產生豐富泥沙，由沙洲、灘與局部深槽搭配洪泛平原組成；頸 帶為河道匯流束縮處，斷面地貌由深槽與洪泛平原組成。每一頸縮點區 隔之寬帶間可能存在辮狀程度差異，因此於渠床質取樣調查可以此平面 型態特徵作為選點參考。但辮狀系統寬帶與頸帶床質差異尚無相關研究 探討，透過期間關係建立可於寬帶進行取樣建立河床質縱向分佈推估。

4.交織狀河川

Thorne（1997）說明交織狀河川型態是從辮狀系統獨立分類之河川 平面型態，其與辮狀系統有兩項主要差異：

1、辮狀系統之河道呈現較直線或是帶有低微曲折之線型，所有流 線會於一頸縮點匯流，沙洲上不會有植被生長。沙洲最高高程或是平均 高程略低於圍繞河川之洪泛平原，在滿槽流時沙洲會被淹沒且原本分流

之流線會合併在一起。而交織狀河川之沙洲規模較大，具植被生長，存 在兩個或更多個主要渠道，渠道被大型沙洲區隔呈現較高之曲折度，而 各沙洲高程約略與洪泛平原同高，因此即使在滿槽流量時仍維持多流線 系統。

2、在同等流量下，辮狀系統之底床坡度會略高於蜿蜒狀河川，交 織狀則較低於蜿蜒狀河川。

交織狀河川系統與辮狀系統比較屬較穩定狀態，堤岸侵蝕、渠道遷 移與河相演進等現象均較輕微。

由本節論述可知河川依據斷面、坡度、平面型態與地形特徵等不同 可分成直線型、蜿蜒型、辮狀型與交織狀四大系統，此四種分類散佈於 河系中。且河川演變即為不斷侵蝕與堆積之產物，因此邊界地質抗侵蝕 性影響河川型態發展。由管理角度檢視，所有評估與分析應就不同河相 特性分別考量；就河床質調查而言，床質來源除河川本身掏選作用將顆 粒逐漸向下游搬運外，於易侵蝕邊界區域，堤岸破壞亦為重要床質來 源。因此，若河川穩定性高，代表斷面變化率小，則床質變化均由顆粒 自上游向下游搬運掏選造成。

交織狀系統平面型態由江心島嶼與曲折度高之渠道組成。江心島嶼 高程與洪泛平原相同或是略高於洪泛平原，因此河床質調查實應於高程 低於洪泛平原高程處進行取樣；渠道部分特徵則類似蜿蜒系統，可依循 蜿蜒系統河床質調查準則進行。