2.3 河相學與河川分類
2.3.3 既有河川分類系統
河川型態分類首先由Leopold and Wolman 於 1957 年提出直線型、
蜿蜒型與辮狀型系統。1970 年以後,交織狀系統公認應獨立於辮狀系 統之外,至此之後河川典型類別均區分為直線型、蜿蜒型、辮狀型與交 織狀四類。Brice(1975)提出之河川分類系統僅考量平面型態之河川分 類,該系統已包含所有可能之河川平面型態,但河相為平面與縱橫向特 徵所共構,僅以平面型態分類欠缺周密考量。Rosgen(1994)建立一套較 完整分類系統,同時考慮平面型態、縱向變化與橫斷面影響,其分類方 法共分為四個階層,階層一對寬廣的平面型態特徵進行初步分類;階層 二對河川型態於平、縱與橫向進一步描述;階層三探討河川穩定狀態,
以縱橫向穩定指標評估河道穩定性;階層四透過實際量測建立河槽穩定 之理論分析。每一階層之目的與資訊需求不同,各階層的描述、需求與 目標如所示。
階層一中主要透過空照等技術判讀河谷地形與水流特徵在平面上 之表現。再透過縱向剖面、橫斷面以及平面特徵進行河川分類(圖2. 23 所示及表2. 3 所示)。
表2. 3 河川分類階層表(修改自 Rosgen,1994)
階層 階層目的 分析所需資訊 成果
Level Ⅰ 河相平面特徵 (Broad
morphological characterization)
(Morphological description)
渠道樣式、槽深比、
圖2. 23 縱橫剖面與平面型態之主要河川分類(摘自陳樹群,2001 改繪 Rosgen,1996 原圖)
縱剖面型態可由航空照片或是平面地形圖推斷,主要反應為底床坡 度。Grant et al.(1990)提出底床型態特徵與坡度之對應關係,將底床型態 分為深潭(pools)、淺灘(riffles)、急湍(rapids)、小瀑布(cascades)
以及河階(steps),其中深潭與淺灘發生在坡度小於2%之情況,急湍則 發生在坡度2~4%間,小瀑布則出現在坡度介於 4~10%之情況,當坡度 超過10%則出現河階之底床特徵。如中 Aa+類型河川發生在坡度大於 10%之區域,因此底床呈現水面垂直落差與掏深之型態;A 類型河川則 發生在坡度4~10%之間,因此底床會出現小瀑布與河階之特徵;B 類河 川型態坡度介於2~4% ,底床型態主要為淺灘搭配急湍,並在彎道或束 縮處出現深潭特徵;C、DA、E 與 F 河型出現在坡度較緩之地區,底床
型態主要為深潭與淺灘交替呈現;G 類河型為在河谷平原上沖出溝槽,
表 2.4 河川分類與各類河川特徵對照表(續)(摘自 Rosgen1994)
河川橫斷面常出現窄且深,以及寬而淺之對比。以圖2. 23 之河川 型態而言,A 類河川邊界束制良好並且向下刷深成為窄而深的斷面;C 類河川邊界之可塑性高且河谷平原平坦,形成寬而淺的斷面型態;而E 類河川具有窄深的斷面,同時位在容易發展之洪泛平原上,因此具有較 大彎曲度;F 類河川具有寬淺斷面,但位於不易發展之邊界上屬於向下 刷深之蜿蜒河型;G 類河川具有低寬深比類似 E 類河川,但具有較好之 刷深特性。
從平面型態樣式可將圖2. 23 之 A 類河川歸為直線型(straight),
將B 類河川歸類為低度曲折型(low sinuosity),C 類之蜿蜒型河川
(meandering),曲折蜿蜒之 E 類河川(tortuously meandering),D 類為 多流線系統之辮狀河型(braided)以及同屬多流線系統但具有高曲折度 交織型態(anastomosed)之 DA 類河川。平面型態上可以蜿蜒寬度比(定 義為:帶狀寬度/滿槽面寬,如圖 2. 24 所示)評估河川型態如圖 2. 25 所示。
圖2. 25 以蜿蜒寬度比定義河川分類(摘自陳樹群,2001 改繪 Rosgen,1996 原圖)
階層一將河川類型分成A-G 大類,在階層二中再以河川深槽比、
寬深比與坡度進行細分(深槽比與寬深比定義如圖2. 26 所示),將斷面 深槽比等參數計算完成後再以底床材料粒徑區分為1~6 等六小類(如 所示)。上述分類為依循流程進行。
圖2. 26 深槽比與寬深比定義示意圖
圖 2. 27 圖解河川分類與深槽比、曲折度、寬深比、坡降與粒徑間之關係
(摘自陳樹群,2001 改繪 Rosgen,1996 原圖)
深槽代表河流垂直涵容能力,亦可用以描述河流下切程度,因此 Rosgen(1994)建議以深槽比來描述河流下切現象。深槽比之定義為兩倍 最大水深線(Bf)之河寬除以滿槽水位之寬度(Bb),當比值介於1.0~1.4 代表身切型河川,比值在1.41~2.2 之間代表中度深切型河川,而比值在 2.2 以上則為輕微深切型河川。
寬深比之定義為滿槽水面寬與平均水深之比值,當寬深比高代表寬 淺河川,此時水流產生應力有利於河岸侵蝕,在此分類法中以寬深比值 12 為基準, A、G、E 類河川寬深比小於 12,B、C、F 之寬深比大於 12。
陳樹群等(2001)對台灣河川進行分類研究,引用 Rosgen(1996) 分類系統為基礎,並加入考慮水系受地質影響因子,增列水系與地質條 件評估之階層,以五個階層考慮河川分類,為台灣目前河川分類較完整 之研究。
除上述外,林承坤(1992)提出以河川邊界組成作為第一級河型分 類之準則,並視需求以河川型態作為第二級分類,及以穩定性作為第三 級分類。
第一級分類中依據河道邊界材料特性可分為沖積河床、半沖積河床 與非沖積河床三類。沖積河床邊界由全新世沖積物組成,全新世沖積物 呈多樣性與可動性,造成此類河川型態多樣且演化複雜。半沖積河床邊 界由更新世地層以及全新世地層共同組成,全新世地層通常覆蓋於更新 世之基岩上,此組成使河床邊界可動性降低,此類河型一般出現在山區 與平原之過渡帶或丘陵區與山間盆地地帶。非沖積河型邊界由岩盤組 成,束制性良好使邊界可動性降低,多發生在新構造運動擡升之山區。
上述三類河型中半沖積與非沖積河型因河床狀態穩定,至多進行第二級
2.半沖積河床:
3.非沖積河床:
但以河床質調查位置評選而言,Rosgen 所建系統過於複雜,林承坤 之方法又太過定性,因此應結合二者優點,從地質觀點出發以建立河床質 採樣位置評選系統。