3.2 取樣與樣品處理方法
3.2.4 網格取樣法適用性驗證
本研究將設計試驗比對體積取樣與網格取樣法成果差異，並依循圖 3. 6 流程對此問題進行探討，評估網格法於台灣之適用性。
如圖3. 6 所示，選定試驗區域後，於試驗區上先進行網格法取樣，
俟網格法調查完成後於網格法施做範圍內選擇一處一平方公尺區域進 行體積法取樣，體積法需分表層與底層樣品收集，俟實驗完成後進行結 果分析比較並做綜合說明。
圖3. 6 網格法適用性研究流程圖 3.3 取樣對象與位置評選研究
河川床質於垂直、縱及橫向不均勻分佈。當垂直向出現粗粒化現象，
就得依據調查目的不同區隔取樣對象。探討床質空間變異性文獻多著重縱
向變化，但縱向數據由橫向數據組成，且橫向於空間上亦存在不均質性。
本節將對河床質此三種不均勻分佈研究方法進行說明。
3.3.1 河床質垂直向不均質分佈考量
依據調查目的不同，取樣深度要有所差異。討論底床糙度或是顆粒 初始運動需針對表面顆粒進行調查，當目的涉及護甲層結構破壞或是輸 砂量，則表層與底層樣品均需收集分析。本文為探討河床質垂直向材料 變異性，依循圖3. 7 流程進行。
討論此問題首先需選擇試驗位置，並將表層雜物清除，但須注意不 可搬移表層顆粒。由表面顆粒估計可能D90顆粒尺寸，將其 B 軸寬度視 為表層深度，續以此深度進行取樣後隨之進行顆粒分級試驗。表層樣品 完成後，繼續進行底層樣品取樣至深度達1 公尺為止。
將上述表底層細料部分帶回實驗室完成顆粒分級試驗，彙整試驗結 果後進行分析比較。
圖 3. 7 礫石河床垂直向不均質分佈問題研究流程 3.3.2 河床質橫向不均質分佈考量
渠道橫斷面地形因堆積與沖刷形成高低不同，依高程高至低可能存 在洪泛平原、沙洲（或小島）、灘與深潭（或深槽），如圖3. 8 所示。當 水面高程產生變化，圖3. 8 上各地形與水面關係產生改變。底床位於水 面下才顆粒才會因水力作用傳輸，使顆粒組成變粗，因此橫斷面河床質 不均勻分佈可利用河川地形、洪水之再現期距以及不同重現期距洪水與
地形間涵蓋範圍等進行探討，以建立橫向調查點為選擇基礎。故橫斷向 不均質分佈研究係依循圖3. 9 流程進行。
圖3. 8 渠道橫斷面可能地形形貌
圖3. 9 橫斷面不均質分佈研究流程圖
3.3.3 河床質縱向不均質分佈考量
河川型態受沈滓載與水流力量控制，邊界地質條件之抗沖蝕性影響 河相變遷，沈滓傳輸與堆積之最終狀態便是河相，因此討論河川縱向不 均質分佈需由河相學為基礎。本文關於河床質於河川縱向變異性之探討 將依循圖3. 10 流程進行。首先評估可能影響河川系統之地質等事件，
以評估偶發事件對河床材料影響，再以Rosgen 之河川分類系統為基礎 進行河相區分以建置縱向調查位置評選系統。系統建置後將以頭前溪為 探討對象，進行頭前溪之評選系統建構，並以現有河床質資料進行討 論。視成果進行補充調查或系統修正以建立更完善評選方法。
圖3. 10 縱斷面不均質分佈研究流程圖
3.4 取樣時間與頻率研究
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
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