文獻回顧

態，例如《地形學百科》(Goudie,2004)中有 buried valley¹一詞，指的是底岩被 近期沉積物掩埋的山谷，其成因有冰河堆積、河流沖積、人為填積幾種類型；

《地質學詞彙》(Jackson,1997)的 filled valley¹解釋為在乾燥或半乾燥地區的廣 闊山谷，其中包含大量的扇狀地、氾濫平原與湖泊沉積物所形成之沖積層；日 本國土地理院在河流作用地形中有埋積谷之分類，其定義為：谷底由厚層沉積 物堆疊之山谷，當河流無法搬運負荷物質時，山谷被岩屑掩埋所形成；《地形の 辞典》(鈴木隆介等，2017)中的埋積谷(waste-filled valley¹)指被厚層沉積物所 堆積的山谷，是由於氣候變化伴隨而來的岩屑與降水量增加，流域環境中供應 的大量岩屑與泥沙沉積物堆積所形成之地形，其堆積面會在山谷中形成細長而 平坦的谷底平原，與谷壁之間有明顯的界線。這種谷底平坦並且與兩側谷壁之 間有明顯坡度轉折的特徵，可作為埋積谷的判釋依據，例如彭義軒(2006)將土

1 教育部公布之《地球科學名詞》(1982)將 buried valley 譯為埋沒谷，將 filled valley 譯為填積 谷，將 waste filled valley 譯為埋積谷。

石流作用所堆積大量土石的河段定義為埋積河段，以數值航測系統判釋陳有蘭 溪各支流埋積河段分布狀況，以河谷是否呈現谷床平坦、谷壁陡直的舟底型河 谷(Onda,1992)為判釋標準。

由上述對於埋積河谷的說明可知，山谷中的厚層沉積物是形成埋積谷的重 要關鍵，因此流域環境中勢必要有大量沉積物的供給、堆積，造成河谷被淤埋 而形成平坦之谷床面。以下進一步回顧關於山區河流沉積物搬運、堆積之相關 研究。

(二)山區河流沉積物搬運、堆積之相關研究

地形可視為物質移動(movement of mass)的產物，”Mountain Rivers”一 書的作者 Wohl(2000)曾提出山區河流沉積物的搬運、堆積情形取決於「沉積物 供給(sediment supply)」、「河道形態(channel morphology)」和「水力

(hydraulic)」的函數。河道形態和水力考量了河流的流能對於沉積物搬運堆積 的影響，其中逕流量、集流時間等水文條件可以從集水區內的幾項地形特徵反 映出來，例如集水區面積與起伏(Patton,1988)、水系密度(Gregory and Gardiner,1975; Day,1978)、河流等級(Leopold and Miller,1956; Blyth and Rodda, 1973; Patton and Baker,1976)和集水區形狀(Strahler, 1964)。

沉積物供給方面，”Mountain Rivers” (Wohl,2000)一書也提及山區河流 的沉積物供給主要受到集水區及河道的地形作用影響，一集水區內的沉積物來 源包含邊坡、谷底(谷床)和支流河道，且平常性(例如坡面沖刷、平均水量的支 流匯入)和突發性(例如土石流、落石、洪水)的事件皆對沉積物來源有所影響；

來自邊坡的沉積物供給受地質條件(岩性、構造)與氣候條件等控制風化侵蝕速 率的因子有關，而來自河床與河岸的侵蝕也為山區河流貢獻了沉積物。Devrani and Singh(2014)研究喜馬拉雅山區阿勒格嫩達河河谷的埋積階地，提出影響某 一河段埋積材料多寡的參數，包含來自主流上游(Qi)、支流(Qt)、邊坡(Qh)、

冰河或冰緣作用(Qg)以及離開該河段(Qo)的沉積物量，影響這些參數的控因包

含降雨事件(p)、構造活動(t)、植被覆蓋(b)等(圖 1-1)，若 Qi + Qt + Qh + Qg > Qo，則表示該河段會發生堆積，尤其對 Qh 而言，崩塌是重要的地形作 用，會進一步影響支流(Qt)的沉積物輸出形式。以邊坡而言，其與河道的耦合 關係也是山區河流沉積物研究的關注焦點(e.g. Hovius et al., 2000 ;

Harvey,2001 ; Schrott et al.,2003)。例如，Hovius et al.(2000)研究臺灣中央 山脈東側兩個集水區的坡地與河道連結關係，說明沉積物的輸出受到山坡的崩 壞作用模式、速率以及河流網絡的搬運能力控制，而高強度的事件對這兩項控 因極具主導性；除非進入河道的沉積物與河流搬運能力之間具有明顯差異，否 則河流將碎屑搬運、清除的速率很快，該研究的結果顯示崩壞事件發生後的幾 週內，除了最粗糙的崩積物之外，其他碎屑都被清除。

圖 1-1 影響河段埋積作用因素之概念模式(Devrani & Singh,2014)

從上述回顧可知，山區河流的堆積受控於沉積物供給與河道的流能，尤其 極端事件下有顯著的影響。在平常性的事件中雖然也會有河流搬運、堆積等作 用，但對於埋積河谷的形成而言，沉積物要長期停留在谷底，表示平常性的河 流搬運能力不足以帶走沉積物，而這一類的沉積物通常是崩塌與土石流作用產 出的。Dadson et al.(2003)的研究說明臺灣侵蝕率每年約 3~6 mm，主要受到地

震或極端降雨事件引發的崩塌影響，顯示邊坡崩塌是臺灣山區沉積物供給的主

以下為挟砂水流，3%到 27%為高含砂水流(debris flood)，27%到 75%為土石 流，75%以上為地滑，其中高濃度的高含砂水流常被視為土石流(詹錢登，

圖 1-2 土石流作用分段示意圖。改繪自詹錢登(2000)。

Kostaschuk et al.(1987)

加拿大亞伯達省近 Banff 地

區 約大於 4 度

沈淑敏等(2007) 花東縱谷北段 5~24％(約 3~13 度)

本表整理自游繁結等(1999)、沈淑敏等(2007)

2.洪水堆積地形形態特徵

Pierson(2005)對洪水的定義包含一般含砂體積濃度(小於 5-10%)的高流量 水體以及高含砂水流(泥砂體積濃度介於 5-10%至 20-60%)，這兩者的流動行 為主要是受水流控制，而土石流則明顯會受到挾帶沉積物的控制；Wilford et al.(2004)的研究中則定義含砂量介於 20%到 47%者為高含砂水流，20%以下為 洪水。高含砂水流和洪水地形會形成的堆積地形包含沙洲(bar)、沖積扇等，其 沉積物顆粒相對土石流作用的沉積物小，圓磨度大多是圓到次圓。高含砂水流 和洪水的沉積特徵仍有不同，高含砂水流沉積的水平分層較不明顯且淘選度 差，其沉積物和河床中可能有較大的個別礫石碎屑；洪水的沉積通常具有明顯 的水平分層，在各分層中的沉積物相對均質，較大的沉積物可能呈現覆瓦狀；

當沉積物在乾燥狀態下，洪水堆積相對於高含砂水流鬆散易碎(Pierson,

2005)。航照影像判釋時可從細粒的土砂淤積推斷為高含砂水流或洪水作用，與

來探討地形條件與土石流發生的關係(例如表 1-2)。以 Gardiner(1990)對集水區 地文因子的分類(流域尺度、流域梯度、流域形狀和流域網路)歸納臺灣土石流 相關研究使用之集水區地形計測指標，參考前人使用的計測指標發現集水區面 積、集水區平均坡度、河道平均坡降、形狀係數、水系密度等是常用的指標，

本研究將參考這幾項指標，應用在研究區內各個小支流中，以了解各子集水區

為了瞭解集水區的地形作用與潛在災害，也有學者利用流域險峻值 (Melton’s ration, MR)來判定沖積扇的集水區主導營力(例如 Jackson et al.,1987；Bovis and Jakob,1999；Coe et al.,2003；De Scally and

Owens,2004；Wilford et al.,2004；沈淑敏等，2007)。流域險峻值由

Melton(1965)提出，計算方式為溢流點以上高差除以溢流點以上集水面積之平 方根。Wilford et al.(2004)結合流域險峻值和流域長度，設定土石流、高含砂 水流和洪水作用的門檻值以判別不同作用；周憲德等(2016)參考 Wilford et al.(2004)的方法，蒐集台灣三期颱風共 41 個土石流災例進行分析，針對台灣北 部地區的土石流溪流判定門檻值進行修正(表 1-3)，並以流域險峻值及溪溝長 度的關係判定平廣溪各子集水區和主流的地形作用(圖 1-3)。本研究將參考周 憲德(2016)提出之門檻值，針對研究區內三條流域的主流地形作用進行判定。

表 1-3 流域長度及流域險峻值區分不同主導營力之門檻值 Wilford et al.(2004) 周憲德(2016)

研究地點 加拿大卑詩省

圖 1-3 平廣溪主流長度(L)與流域險峻值關係圖(周憲德，2016)

二、地形判釋方法相關研究

(一)數值航照與高精度數值地形模型於地形判釋之應用

航照立體像對具有同時做到幾何判釋與影像判釋的優點，有助於了解地真 情況，幫助研究者建立整體區域的起伏感受並圈繪各種地形單元。目前有許多 河流、構造、崩壞地形相關研究仰賴航照判釋，傳統使用桌上型立體鏡判釋紙 本航照再轉繪至地圖以利進一步數化、分析研究(例如：楊貴三，1988；張瑞津 等，2002、2003、2004；沈淑敏等，2005、2006；劉盈劭，2013)，現今可利用 數值航測系統直接進行數化工作，甚至產製數值地形模型，進而做後續的分析 (例如：彭義軒，2006；沈淑敏等，2007)。隨著航遙測技術的進展，現今可獲 取的航遙測影像以及數值高程模型資料更加細緻，尤其以光達(LiDAR)產製之 數值高程模型可濾除建物與植被等對原始地形面的干擾，也具有較佳的解析 度、精確度，可清楚呈現真實地面的高程，使地形分析更加精確，對地形研究 有極大助益。目前國內外已有許多學者利用光達產製的高精度數值高程模型對 地表微地形進行觀察，判釋各項地形單元並進行分析(表 1-4)。

表 1-4 應用高精度數值高程模型於地形分析之相關研究

Schulz (2004)

判釋大型複合型態之崩塌及崩

塌潛勢地區。 1.8m 產 製 坡 度 及 不 同 角 度之陰影圖。

Schulz (2005) al.(2010)

比對航照正射影像及光達數值

(二)自動判釋相關研究

目前運用數值地形模型所發展的地形自動判釋方法，大多是分類出地表的 基本幾何形態(morphometric)而非特定地形(landform)。地表的幾何形態亦可稱 為地形元素(Landform element)，是組成地形單元的一部分，可以表徵其主要 形態(R.A.MacMill & P.A.Shary,2009)。對整體形態分布的瞭解有助於土壤調 查、植被分布調查與景觀測繪等工作，也能透過這些形態的分類、組合來了解 一個地形區的特徵。使用數值高程模型進行地形元素分類的方法，通常是以地 形計測的量化分析推導各種地形參數，藉此描述地表的各種幾何形態。地形參 數的類型包含高程、高差、坡度、坡向、曲率(Evans,1972；Pike,1988)、開闊 度(Yokoyama,2002)等等。例如 Dikau et al.(1995)以縱向和正切曲率為基礎，

分類出九種類型的坡面形態：凸形山脊型(nose)、凸形直線型(shoulder slope)、凸形谷型(hollow shoulder)、直線山脊型(spur)、平面直線型(planar slope)、直線谷型(hollow)、凹形山脊型(spur foot)、凹形直線型(foot slope)以 及凹形谷型(hollow foot) (圖 1-4a)；Wood(1996)使用曲率進行地形分類，將 地表分為六個平面形態：山峰、山脊、平地、鞍部、河道和窪地(圖 1-4b)。

圖 1-4 坡面與平面地形元素分類圖

圖片引自 Schmidt and Hewitt(2004)

Schmidt and Hewitt(2004)參考 Wood(1996)以及 Dikau et.al(1995)應用曲

率分類地形元素的方式，透過模糊分類(fuzzy classification)方法從坡度和曲率 等微分幾何資料中得到形態元素，接著評估整體地形景觀的背景狀況將形態重 新分類，將前人的分類方法合併為一次就能得到所有 15 種坡面與平面形態的方

率分類地形元素的方式，透過模糊分類(fuzzy classification)方法從坡度和曲率 等微分幾何資料中得到形態元素，接著評估整體地形景觀的背景狀況將形態重 新分類，將前人的分類方法合併為一次就能得到所有 15 種坡面與平面形態的方