垂直向變異性

礫石河床因沉積條件不同，造成粗細顆粒沉積狀況不一，Church et al.(1987)將礫石河床垂直向分成四個典型沉積型態，如圖2.3，其中a與b 為典型礫石河床狀況。a為接觸接合(Framework gravel)：粗顆粒相互接 觸保持穩定，其間空隙由細粒料填充。d為基質接合(Censored gravel)：

當細粒料含量超過30%，粗顆粒不相互接觸。

圖 2.3 沖積河礫石河床典型型態(Church et. Al, 1987)

表層粗粒化為造成表、底層粒徑分佈差異最主要的原因。當表層粗 粒化現象發生，表層顆粒代表粒徑將明顯粗於底層代表粒徑。Shih and Komar(1990)研究顯示，若產生表層粗粒化，表底層的主要差異在於細 粒料的含量多寡。

表層粗粒化的成因，Church et al.(1987)歸納如下：

(1)表層細顆粒因風力掏選而減少；

(2)顆粒堆積於低能水流區域，僅細顆粒被流水帶走；

(3)表層顆粒互制良好，顆粒運動行為受到牽制，而細粒料的運動行 為不受影響；

(4)河床材料在平衡傳輸（equilibrium transport）條件下，較粗顆粒

因可運動性低而集中在表面。

主深槽因平衡傳輸發生頻率高，容易形成圖2.3(b) 的沉積型態，當 河川流速變緩細粒料開始於表層沉積，沉積型態會變為圖2.3(c)的情形。

沙洲與邊灘可能長期受到低能水流與風力掏選作用，表面細粒料糟攜出 而減少，底床沉積型態類似圖2.3(a)。2.3(d)為洪水退後，造成大量細料 沉積的狀況。綜合上述，長期穩定的河川流域容易出現表層粗粒化的現 象。

若表底層無明顯分界，於現場難以分辨。因此過去一般表層深度的 認定分為兩種：

(1)裸露於河床表面最大顆粒(Dmax)底部所達深度 (2)河床表面出現頻率最高的粒徑(Ddom)為表層深度

過去學者提出過許多表層深度的評估方法，整理於表2.1。若假設沉 積環境的顆粒形狀皆為橢球型，全部顆粒以a軸與水平面夾45°的方式排 列且顆粒80%的體積遭到埋沒，依照表2.1評估表層深度，模擬狀況如圖 2.4所示。

表 2.1 表層深度評估方法

評估方式 提出學者(年份)

Dmax的 C 軸 Ettema (1984) Dmax的 B 軸 Diplas (1992)

表面顆粒 D90的 2 倍 Simons and Senturk (1992) Ddom的埋沒深度 Winema National Forest (1998) Dmax的埋沒深度

圖 2.4 模擬狀況表層深度評估(Bunte and Abt, 2001)

根據模擬結果，不同評估方法得到的表層深度皆不相同。然而實際 顆粒的排列並非一致，造成真正的表層深度難以評估。

依照目的，只針對底床對水流阻抗能力、顆粒初始運動狀態等問題 進行的河床質調查，僅需討論表層材料狀況，垂直向變異性影響並不 大。但若要考慮沈滓傳輸的問題時，由於需要同時考慮表、底層的材料 狀況，此時垂直向變異性的重要性就大大提高。若可由表層材料調查之 結果推測底層材料特性，進而判斷表層粗粒化發生可能區域，則河床質 調查取樣方法的選用可更加靈活，提高調查工作的效率。