文獻回顧

（Kemp, 1960），在研究地形變遷時應同時考慮空間及時間的尺度。自然作用是 長期且持續的變動，而造成地形變遷的原因可能不只受立即因子（immediate cause）影響，更包含潛在因子（underlying factors）及遠方因子（distant causes），

此即海岸變遷和海岸侵蝕因子的多面性 （Komar, 1999）。從沉積學的角度來看，

海灘由沉積物組成，若要瞭解海岸地形變遷的原因，就需瞭解所有可能影響沉積 物搬運的作用，如波浪作用或沿岸流（longshore current）對沉積物搬運方向的控 制，海岸或河川上游流域內的土地利用開發亦會改變沉積物供給量進而對海岸地 形造成影響（Cooper, 2009）。

討論影響海岸地形變遷的因子及研究時採用的時間尺度關係時，可以參考陳 翰霖（1998）以文獻探討、航照判讀、地圖比對等方法，探討自十七世紀以來臺 灣西南海岸平原地形變遷型態、發生原因與區域差異的研究。其研究時間橫跨將

5 隨後的海岸作用，海灘可以達成新的平衡（Komar, 1999）。因此在分析短期海灘 地形變動時，除了分析影響變動的因子，也須觀察地形變動過程。由於沙灘和沙 丘是最容易受到短期事件影響的地形，故研究短期地形變遷時多以此二者為主要 觀察對象。

海灘地形在不同季節的剖面型態可以參考圖 1-1 大致分為：風暴型（storm type）海灘又稱沙洲型（bar type）海灘，沉積物受較強的波浪影響被帶往外海堆 積形成離岸沙洲（offshore sand bar）；湧浪型（swell type）海灘又稱濱堤型（berm type）海灘，生成環境波浪較小，沉積物向陸堆積，通常有明顯濱堤（berm），

近岸無沙洲堆積（Komar, 1998）。

6 積物遭侵蝕消失，形成冬季寬、夏季窄的海灘型態（Masselink & Pattiaratchi, 2001）。 的海灘及沙丘亦會逐漸恢復高程（Dubois, 1988）。

Biausque et al.（2016）曾在紐西蘭北島的科羅曼德東部一座封閉式的海灘，

Tairua 海灘，利用影像紀錄約十年的海岸乾溼線的變化（1999.01~2009.07）並發 現Tairua 海灘有不斷在向海堆積、向陸侵蝕間循環的現象，且造成地形變動的因 子為冬季風暴及不同季節的波高變化。在較高的波高環境下，海灘灘沙會被搬運

圖 1-1. 不同波浪作用下的海灘剖面型態示意圖（作者改繪自：Komar, 1976）

7

Takeda and Sunamura（1987）於日本沿岸的一座海灘上在南北兩側相距約 3km 處 各設置一座監測站進行為期一年的海灘剖面監測，觀察同一座沙灘但不同粒徑大 小處（北側0.76mm、南側 0.26mm）在面對暴風事件侵襲後的海灘地形變動。結 果顯示沉積物大小會影響搬運過程導致地形在受到風暴侵襲後呈現不同的地形 短期海灘地形變遷如海岸侵蝕時的重要影響因子是「沉積物收支」。以 Allen（1981）

在調查新澤西州 Sandy Hook 的侵蝕原因為例，在對一個當地自 1953 年起每年海 灘濱線平均向後退約 10m 的遊憩型海灘的調查侵蝕原因後，Allen 認為全球海水 面抬升和風暴越洗（over wash）對當地海灘所造成的衝擊分別只佔灘沙損失和濱 線後退的 1% 。造成當地海灘侵蝕最重要的原因是「沈積物匱乏」（sediment starvation），由於該地位於人工結構物的下游側，加上風暴頻率和強度增強，導 致沿岸漂沙被搬離此地後卻無新的沙源補充，使海灘侵蝕作用顯著。由上述案例 可見，自然和人為活動對一海岸地區沉積物收支所造成的累積衝擊可以解釋海灘 侵蝕率。

8

（simple equilibrium）、暫時穩定平衡（metastable equilibrium）、動態平衡（dynamic equilibrium）。其中一般平衡又可依據地形型態、時間尺度分為：靜態平衡（static equilibrium），指的是地形不隨時間改變，長期保持同一型態；穩定平衡（stable equilibrium），指地形變動過程中地形型態整體不變；穩定態平衡（steady state equilibrium），指地形邊界條件（boundary conditions）沒有改變，地形雖會變動但 沉積物總量不變。整體而言，當地形在一般平衡狀態時，不論是靜態平衡、穩定 平衡、穩定態平衡，地形型態或邊界條件皆會大致保持不變。當海岸地形的邊界 條件改變，例如波浪作用因季節或颱風事件增強、海水面抬升等，甚至人為結構 物介入導致海岸環境改變，這些皆會帶來擾動導致地形變化。但海岸地形動力

（coastal morphodynamics）包含調整地形型態及變遷過程，當海岸系統的邊界環

9 過程，這段期間的地形變動可視為地形在受到擾動後的調整過程（adjustment）。 尤其海灘沉積物多以顆粒較細的礫石或沙組成，沉積物較容易被潮汐、波浪營力 等海岸作用搬運。這樣的沉積物特性與沉積環境使海岸系統內的地形型態無法持 續保持不變，相對的，海岸地形一直處於「準平衡狀態（quasi-equilibrium）」，一 個接近平衡卻很快因擾動導致地形變動，只得不斷調整地形使其盡量趨於穩定。

這樣因應海岸作用的交互作用以及邊界環境條件改變而調整地形使海岸系統恢 復穩定的狀態可以海岸地形的動態（dynamic）特性說明（Woodroffe, 2002）。

不論是一般靜態平衡或動態平衡，隨著不同海岸作用，例如潮汐、沖濺/回 一樣可視為靜態平衡；然而每日的潮汐漲退或沖濺流（swash）及回濺流（back swash）造成的沉積物搬運可能使海灘在一天內的地形型態改變，被判斷為動態 平衡。但若是以較長的時間尺度來看，海灘回流（back swash）和重力（gravity）

中被搬運至外海的沉積物總量與沖濺流（swash）帶來沉積在海灘上的沉積物總 量 一 致 ， 使 海 灘 整 體 沉 積 物 總 量 維 持 不 變 ， 則 該 海 灘 應 視 為 穩 定 態 平 衡

（Woodroffe, 2002）。在觀察海灘地形變遷時，通常需要探討的時間尺度皆大於 日，因此比起地形型態保持不變，觀察沉積物總量（net volume of sand）是否保

10

持不變應是觀察海灘平衡狀態更合適的方式。

以一座封閉式海灘為例，分析各環境下的海灘地形平衡狀態。首先，沉積物 在固定範圍內移動，總量保持不變，此時海灘可視為靜態平衡（static equilibrium）。 當季節波浪條件改變或颱風事件等海岸作用力改變時，海灘地形由於受到干擾導 致海灘暫時的侵蝕或地形型態改變，這類偶發事件造成的地形變化往往能在一段 時間的海岸作用下將被較強波浪帶走並堆積在外海的沉積物搬運回沙灘堆積，使 地形逐漸恢復至事件發生前的型態，這段調整地形型態的過程可視為地形在受到 颱風事件或人工結構物造成地形變動後的回復（recovery）作用。若是在回復過 程中，海岸作用較弱無法將沉積物搬運回沙灘堆積，或導致海灘地形變化的作用 力持續一段時間等原因，使海灘沉積物總量維持不變，則視為暫時穩定平衡

（metastable equilibrium）。最後，若是該海灘由於上游河流輸砂量增加/減少或人 工結構物興建阻攔沿岸漂沙帶來鄰近海灘的沙源，導致沉積物總量產生變化。此 種為了因應海岸系統邊界環境條件改變，使得系統內海岸作用重新調整並改變海 灘地形型態的變化，則是動態平衡（dynamic equilibrium）海灘。本研究將平衡概 念整理繪製成圖1-2。

11

圖 1-2. 地形變動過程中的不同平衡狀態示意圖（圖片來源：作者自繪）

12

四、 岬灣海灘地形動力特性

封閉式海灘，如口袋型海灘或岬灣海灘，由於較少來自外界的沙源，如：沿 岸流漂沙或河流輸沙，其海岸線會大致維持平衡型態（equilibrium shape）。在封 閉式海灘的地形平衡過程中，波浪作用被視為影響海灘地形的重要因子。由於達 到平衡型態的海岸線會與不論從各個角度入射的波浪波峰平行，故波浪的折射控 制了波峰並形塑了海灘的形狀及定向（orientation，描述海灘受波浪作用影響下 的海灘方向）。另一方面，波浪的反射能量與外海地形，如濱外沙洲、珊瑚礁有 關，這些地形可能削弱波能（Komar, 1976）。

Lewis（1938）曾以數個位於英國的海灘為例，演示口袋型海灘如何在優勢 波浪作用的形塑下形成海灘的定向跟曲率。根據前人的研究，一座封閉式的海灘 若無新的沉積物進入時會逐漸達到靜態平衡狀態（static），其濱線會由原本的直 線逐漸與波浪入射角度垂直而改變形成半月狀（海岸線會與波峰平行）型態；當 波浪強度、入射角度改變時，灣澳內的濱線會隨之調整，但仍為兩側對稱型態，

此為暫時穩定狀態（metastable）。當海灘內部沉積物收支有顯著變動時（增加/

減少），如河川輸沙、海灘大規模侵蝕，則灣澳會重新調整其形態。由於此時波 峰無法同時抵達海灘，海灘呈現非對稱的新月狀，海灘為動態平衡狀態（dynamic）

（Woodroffe, 2002）。

13

若封閉式海灘有一側較為突出，如岬頭或人工結構物，海灘會在突出的結構 後形成遮蔽區（shelter）。由於波浪受到附近岬角影響改變入射角度，靠近遮蔽 區處會形成顆粒較粗、坡度較陡的反射型海灘（reflective），較遠處則形成坡度 較平緩、顆粒較細的消散型海灘（dissipative）。同時，濱線形狀會有所調整，近 遮蔽處較彎曲、較遠處則較平直。因此，當岬灣型海灘在動態平衡狀態下，其濱 線會呈拋物線型（parabolic curve）或螺旋型（logarithmic spiral）。拋物線型模式 又稱半心狀（half heart）海岸，可以用對數螺旋數學式¹（logarithmic spiral）描述 天然岬灣灣線的型態（Krumbein, 1944; Yasso,1965），此模型假設岬頭的一側有 遮蔽使海灘沉積物在靠遮蔽中堆積生成，形成陰影區（shadow zone），使濱線呈 現「離岬頭較遠濱線平行海岸、靠岬頭處呈弧線」的形狀（圖 1-3）。

圖 1-3. 對數螺旋海灘（logarithmic spiral beaches）濱線型態示意圖

（資料來源：Moreno & Kraus ,1999）

岬灣型海灘受海灘坡面及灣澳曲率影響，並反映在灘尖、潛洲、濱線長度及 海灘型態上。海灘體積和型態等短期的沙灘地形循環會受到岬角對波浪和沿岸流

1 公式：r = eθcotα。θ =旋轉角度，起始點與海灘上任兩點的角度，r = 起始點 至海灘任兩條線的比率。