礫石河床具有時間變異性，不同時間點取樣會得到不同結果。由礫石 河床沈滓傳輸特性可知全面傳輸並非每年產生，靠近堤岸區域床質變化率 低於沙洲，沙洲又低於灘地，而主深槽附近處於床質高度運動區域，變化 亦經常發生。另執行取樣調查應避免於豐水期進行，以避免調查位置受限 於堤岸邊緣影響調查成果代表性。
關於取樣時間與頻率之探討將依循圖3. 11 流程探討。取樣時間將以 頭前溪作為案例說明，收集頭前溪流域相關氣象資訊，以月平均降雨量與 月平均降雨日數評估降雨強度，此可間接反應洪水規模，當降雨強度高河 川水位亦高，較不適合河床質調查工作進行，依此方法評估頭前溪流域適 合進行河床質調查工作時段；於調查頻率方面，先討論洪水規模與河床質 變動關係，續以頭前溪流域為例計算造成河床質變化之相關流量對應再現 期距，以此作為管理值訂定標準。選擇適當河段進行河床質調查，作為比 較基準，並依據所建議重新調查頻率進行長期觀測以驗證理論正確性。
圖3. 11 取樣時間與頻率研究流程圖 3.5 最低調查數量研究
取樣數量的決定，首先可依據河相分段並設定取樣目標，例如若於蜿 蜒河川之連接槽進行取樣，則可依據連接槽出現頻率分析調查數量，但若 連接槽距離頗長，則於此段需進行幾組調查成為調查數量之第二個課題。
關於取樣數量研究將依照圖3. 12 流程進行，先以河相學理論進行基礎數 量分析，續以統計學觀點進階分析數量需求。
圖3. 12 最低調查數量研究流程圖 3.6 取樣與試驗計畫
3.6.1 取樣與試驗目的
本研究此階段試驗目的有下列幾點：
1.評估高效率且經濟之網格取樣法可行性。
2.觀察礫石河床垂直向材料變化造成之影響。
3.觀察橫向取樣位置不同造成之影響。
4.觀察因取樣位置造成縱向床質代表粒徑起伏變動之影響。
3.6.2 取樣數量與位置
本研究於頭前溪流域規劃二試驗段（Ⅰ與Ⅱ）進行取樣及試驗工作，
每一試驗段進行兩處體積取樣法與三處網格法取樣及試驗。試驗段Ⅰ位於 國道二號高速公路與竹林大橋間（圖3. 13）；試驗段Ⅱ位於竹林大橋與頭
前溪本流終點之間（圖3. 14）。茲將二試驗段基本概況與取樣規劃闡述如 后：
圖3. 13 試驗段Ⅰ位置圖
1.試驗段Ⅰ基本概況
試驗段Ⅰ介於第二高速公路與竹林大橋間辮狀河系統之寬帶上。邊 界地層由頭嵙山層、紅土礫石層與現代沖積層共同組成，現代沖積層與 紅土礫石均屬易沖蝕材料，頭嵙山層則由砂岩、頁岩與礫岩組成，其中 礫岩又由卵石大小之塊狀砂岩組成，砂岩之膠結鬆散。
經實地踏勘發現本河段河床局部頭嵙山層岩盤出露，流路不若航空 照片所示豐富。由現地地形起伏判斷應為調查時間之流量較低所致，部 分沙洲已有少量植被生長。目測河床材料顆粒由粗砂至約一公尺粒徑之 巨礫均存在，散亂河床各處巨礫均獨立形成卵礫石河床特有之微組構
（圖3. 15），巨礫後方（上游方向）明顯由較大粒徑之顆粒組成表層材 料，其下游方向則由較細顆粒組成表面河床材料。由現地狀態初步判斷 床質含砂量頗高，並無明顯粗粒化現象。
本試驗段預計於河道左右側各設置一處試驗坑，並搭配網格法取樣 進行比較。此外，於河道中央進行網格法取樣，方便瞭解主流部分與洪 泛區域床質差異。
圖3. 15 礫石河床微組構
2.試驗場址Ⅱ基本概況
試驗段Ⅱ位於竹林大橋與匯流口間蜿蜒類河川系統之連接槽段，竹 林大橋恰位於河灣段，此區段包含竹林大橋東側之河灣段與連接槽。本 試驗段地質條件與第Ⅰ區相同，由頭嵙山層、階地堆積層與現代沖積層 共同組成。
經現地勘查此段左側河岸為高差約為6~7 公尺之河階地，受河川沖 刷呈70~85 度陡坡，可推斷本段河床材料由階地堆基層提供，因此呈現 廣泛之礫石洪泛平原，表面無顯著植被生長。連接槽部分水流寬淺，近 上游端已出現點洲地形。
本試驗段預計進行二處體積法取樣，均位於河道右岸洪泛平原，一 鄰近河道20 公尺內，一處遠離河道 50～80 公尺，並於同一地點進行網 格法取樣。另外於二試驗場址間邊灘進行網格法取樣，以此驗證網格法 於涉水區域可行性，且可提供縱橫向取樣結果比對。
四、研究成果與案例分析
洲地形，T3 原屬主深槽地形，因治理工程使河川改道因而得以施做；T4~T6 屬試驗段Ⅱ為蜿蜒系統（3.6.2 節），T4 與 T5 均為於主河道右岸，為鄰圖4. 1 T1、T2 與 T3 試驗位置示意圖
圖4. 2 T4、T5 與 T6 試驗位置圖
以下茲對體積法與網格法結果分述如後：
1.體積法
體積法取樣分表、底層進行，現地觀察試驗區有相當含砂量，粗粒 化深度不易判斷，故以取樣區表面顆粒約D90之B 軸粒徑為表層深度（約 15cm）進行取樣。其中 T1 因先依據以往台灣施做習慣進行，故無分表 底層樣品。將各試驗所得累計通過百分比結果統整於表4. 2（試驗照片 詳附錄1），並繪製粒徑分佈曲線，如圖4.3 至圖4.6所示。
由圖4.3至圖 4.6可知表層樣品曲線均略偏向全部樣品粒徑分佈曲 線左側，顆粒組成較總體與底層材料略粗，但具相同趨勢。底層粒徑分 佈則與總體樣品分佈相近。表4.3 為體積篩分析所得各試驗位置之 D50
（累積通過百分比50％對應之顆粒粒徑）與 D90（累積通過百分比90
％對應之顆粒粒徑），可發現表層樣品所得結果與底層及總體樣品所得 結果差異較大，底層所得結果與總體樣品之結果較接近。以T2 為例，
比較表層樣品與底層樣品各篩號停留百分比差異（圖4.7），由圖4.7 可 發現表層與底層顆粒分佈約略一致，表、底層顆粒差異主要發生在礫石 以上顆粒範圍，表層粒徑64mm 以上之顆粒含量較高，底層則以粒徑 12.7mm~45.3mm 範圍之顆粒含量較高，細顆粒差異極小。本次以試驗 範圍內表面顆粒D90顆粒B 軸作（約 15 公分）為表層範圍，結果顯示 表、底層粒徑分佈趨勢相差不大，此可能為表層深度判斷錯誤導致樣品 數代表性不足。底層樣品取樣深度達85 公分，試驗結果顯示底層樣品 分析結果接近總體樣品，此即因樣品數量足夠使結果與總體樣品結果較 為一致，此進一步說明亦可能存在試驗河床尚未產生粗粒化現象。
表4. 2 體積法取樣與試驗結果表 256 96.40 91.89 95.04 94.13 100 91.57 94.12 77.55 78.51 78.16 181 85.91 75.11 82.71 80.52 70.2 85.18 80.64 65.81 76.76 72.82 128 80.09 67.45 76.41 73.83 60.5 74.13 69.99 56.33 67.31 63.36 90.5 69.44 55.00 69.33 65.20 52.9 64.69 61.14 42.34 60.81 54.16 76.2 64.26 49.00 65.68 60.87 49.5 57.93 55.37 37.73 55.33 48.99 64 58.16 41.67 61.40 55.71 43.1 50.35 48.16 33.03 49.59 43.63 45.3 47.34 36.20 52.73 47.97 38.1 46.36 43.88 27.75 43.15 37.61 38.1 41.53 33.32 48.23 43.93 34.8 42.16 39.95 25.11 40.19 34.76 19 28.31 24.80 33.77 31.18 25.7 28.49 27.64 18.66 32.43 27.47 12.7 23.58 21.36 26.72 25.17 21.8 22.28 22.15 15.87 25.44 22.00 9.5 22.75 20.13 25.19 23.73 20.7 21.10 20.97 15.39 24.68 21.34 4.75 19.47 14.30 17.89 16.85 16.0 16.35 16.25 12.52 20.07 17.35 2 19.47 10.22 12.78 12.04 12.3 12.57 12.49 9.57 15.34 13.26
1000 100 10 1 0.1 0.01
Diameter(mm)
0 20 40 60 80 100
Weighted Passing Cumulative percentage(%)
T1(total)
圖4. 3 T1 體積法粒徑分佈曲線圖
1000 100 10 1 0.1 0.01
Diameter(mm)
0 20 40 60 80 100
Weighted Passing Cumulative percentage(%)
T2(total) T2(surface) T2(subsurface)
圖4. 4 T2 體積法粒徑分佈曲線圖
1000 100 10 1 0.1 0.01
Diameter(mm)
0 20 40 60 80 100
Weighted Passing Cumulative percentage(%)
T4(total) T4(surface) T4(subsurface)
圖4. 5 T4 體積法粒徑分佈曲線圖
1000 100 10 1 0.1 0.01
Diameter(mm)
0 20 40 60 80
Weighted Passng Cumulative percentage(%)
T5(total) T5(surface) T5(subsurface)
(a) -2.000.00 2.00
比90％對應之顆粒粒徑），顯示二方法評估之 D50與D90均相當接近。
由圖4.9 與圖 4.11 進一步發現由於選取樣品標準不同（Wolman：8mm 以下不收集；Leopold：2mm 以下不收集）造成 T2 與 T4 之結果於 D30
（顆粒累積通過百分比30%對應之顆粒粒徑）以下產生差異。
雖然部分試驗結果顯示二取樣標準間可能存在誤差，但於D30以上 重複性良好。一般水利工程常使用粒徑參數均為較大尺寸顆粒（例如：
D50、D85或 D90），因此此差異並不影響使用性。
表 4. 4 網格法取樣範圍與數量說明表 場址
編號 試驗範圍長(m) 試驗範圍寬(m) 面 積(m2) 取樣數量(個) T1 10 8 80 88（W）、77（L）
T2 11 8 88 90（W）、83（L）
T3 13 5 65 76
T4 13 7 91 94（W）、93（L）
T5 13 7 91 89（W）、86（L）
T6 12 7 84 84
表 4. 5 網格法取樣與試驗結果表 256 97.67 97.40 95.56 95.18 89.47 92.55 92.47 89.89 89.53 89.29 181 94.19 93.51 86.67 85.54 84.21 78.72 78.49 80.90 80.23 83.33 128 89.53 88.31 81.11 79.52 71.05 59.57 59.14 73.03 72.09 73.81 90.5 70.93 67.53 73.33 71.08 52.63 45.74 45.16 58.43 56.98 57.14 76.2 66.28 62.34 67.78 65.06 46.05 39.36 38.71 51.69 50.00 51.19 64 58.14 53.25 64.44 61.45 42.11 38.30 37.63 46.07 44.19 46.43 45.3 48.84 42.86 55.56 51.81 25.00 35.11 34.41 38.20 36.05 35.71 38.1 39.53 32.47 48.89 44.58 15.79 32.98 32.26 29.21 27.91 22.62 19 9.30 12.99 23.33 30.12 3.95 23.40 25.81 7.87 9.30 2.38
1000 100 10 1 Diameter(mm)
0 20 40 60 80 100
Passing Cumulative percentage by number frequency(%)
T1(Wolman method) T1(Leopold method)
圖 4. 8 T1 網格法取樣與試驗結果
1000 100 10 1
Diameter(mm) 0
20 40 60 80 100
Passing Cumulative percentage by number frequency(%)
T2(Wolman method) T2(Leopold method)
1000 100 10 1 Diameter(mm)
0 20 40 60 80 100
Passing Cumulative percentage by number frequwncy(%) T3
圖4. 10 T3 網格法取樣與試驗結果
1000 100 10 1
Diameter(mm) 0
20 40 60 80 100
Passing Cumulative percentage by number frequency(%)
T4(Wolman method) T4(Leopold method)
1000 100 10 1 Diameter(mm)
0 20 40 60 80 100
Passing Cumulative percentage by number frequency(%) T5(Wolman method)
T5(Leopold method)
圖4. 12 T5 網格法取樣與試驗結果
1000 100 10
Diameter(mm) 0
20 40 60 80 100
Passing Cumulative percentage by number frequency(%) T6
圖 4. 13 T6 網格法取樣與試驗結果
4.2 取樣方法評估
4.2.1 網格法適用性
表層樣品取樣可以體積法與網格法進行，但為探討網格法適用性，
因此需將二者結果進行比對。由於本研究試驗場址經由體積法表底層比 對發現可能因表層範圍判定錯誤，或是試驗位置尚未發生表層粗粒化現 象，使表層樣品雖略粗於底層樣品，但含砂量相差不大。因此以體積法 表層樣品及全樣品結果與網格法進行比較。
本研究計有T1、T2、T4 與 T5 等四處同時施做體積取樣與網格取 樣，茲將此四處體積法與網格法所得結果繪製粒徑分佈曲線如圖4.14 至圖4.17 所示。由 4.2 節所述可知網格法以 Wolman 或是 Leopold 取樣 標準進行取樣結果差異性不明顯，故圖4.14 至圖 4.17 為避免過於複雜 因此僅以Wolman 法結果進行與體積樣品之比較。並將網格法與體積法
（表層樣品），以及體積法（全部樣品）之D50整理於表4.7，可發現 T1 網格法與體積法（表層樣品）所得結果相差甚大，T1、T2 與 T5 之結果 較接近，其中T1 網格法所得結果（48mm）與體積法全部樣品所得結果
（50mm）僅差 2mm，為最好之成果。
1000 100 10 1 0.1 0.01
Passing Cumulative percentage(%)
T1(bulk sample total) T1(bulk sample surface) T1(grid sample Wolman)
圖4. 14 T1 體積法與網格法結果比較圖
Passing Cumulative percentage(%)
T2(bulk sample total) T2(bulk sample surface) T2(grid sample Wolman)
圖4. 15 T2 體積法與網格法結果比較圖
1000 100 10 1 0.1 0.01
Passing Cumulative percentage(%)
T4(bulk sample total) T4(grid sample Wolman) T4(bulk sample surface)
圖4. 16 T4 體積法與網格法結果比較圖
Passing Cumulative percentage(%)
T5(bulk sample total) T5(grid sample Wolman) T5(bulk sample surface)
表4. 7 T1、T2、T4 與 T5 網格法與體積法所得 D50比較
代表粒徑 D50(mm)
試驗編號 T1 T2 T4 T5
網格法 48 39.5 100 71
體積法（表層） 80 77 103
體積法（全部樣品） 50 49 66 79 由圖4.14 至圖 4.17 可知網格法所得分佈曲線於粒徑大於 10mm 以 上與體積法較接近，10mm 以下則相差較明顯，此現象應為網格法忽略 細顆粒部分所產生。另可發現T1 二方法結果最接近，T2、T4 與 T5 則 差異較大，試驗所得結果不若國外經驗理想，檢討可能原因是頭前溪礫 石河床顆粒分佈較國外試驗河床廣，國外試驗最大顆粒約在100mm 左 右，頭前溪100mm 以上顆粒含量以本次試驗為例，T1、T2、T4 與 T5 分別為27％、32％、37％及 42.5％，並可發現當 100mm 以上顆粒含量 越低，粒徑分佈曲線趨勢越吻合。
鑑於頭前溪河床質之特性及網格法本就忽略細顆粒成分，傳統網格 法結果與體積法結果勢必存在差異。且僅收集網格下方樣品，不同粒徑
鑑於頭前溪河床質之特性及網格法本就忽略細顆粒成分，傳統網格 法結果與體積法結果勢必存在差異。且僅收集網格下方樣品，不同粒徑