第三章 材料與方法
第三節 研究方法
二、 半自動化萃取濱線
影像的分類方法主要有監督式分類(supervised classification)與非監督 式分類(unsupervised classification)兩種，本研究嘗試以監督式分類方式，利 用 2003 年的 SPOT-5 衛星影像與 2009 年 DMC 航空影像，選取真實地面資 料作為訓練樣區，並決定訓練樣區之類別，再依不同類別所選取訓練樣區 之像元光譜值，計算各個類別的平均值與標準差，最後依計算結果分類其 他像元，方法則採用最大概似法(maximum likelihood)計算分類。其中將水 體、沙灘和植被各分為不同類，將植物線(植被與沙灘交界)、水線(沙灘與 水體交界)的位置萃取出來，如此可省略人工數化的工作與避免人為的判釋 錯誤，其初步分類的結果如圖 3-23 所示。
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圖 3-22 常見地物的光譜反射曲線(Jensen, 2007)
圖 3-23 以監督式分類方式萃取濱線的成果，藍色為水體、紅色為植被而黃 色為沙灘的部分，於圖中可以看出濱線如植物線(植被與沙灘交界)、水線(沙
灘與水體交界)的交界。
(二) 二元分類
相較於監督式分類，二元分類的概念比較單純，只需要找出單一波段 影像像元的門檻值，再利用門檻值將影像分為黑白的兩色影像，找出水域、
沙灘與植被(或是灘內緣)的界線。本研究先在待分類的影像中隨機選取數點 並量測影像的亮度值，藉以找出並統計最適合用來二元分類的波段並推估
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門檻值(流程如圖 3-24)，再利用該波段水域與沙灘、沙灘與植被的門檻值分 類成二元影像(以 DMC 影像為例如圖 3-25 與 3-26)，再經由 GIS 軟體處理 後萃取出水線與植物線。
圖 3-24 二元分類流程圖
圖 3-25 二元影像(水域與沙灘) 圖 3-26 二元影像(沙灘與植被) (三) 影像分割
影像分割(Image Segmentation)為利用物件導向的概念，利用演算法找 出最適合的臨界值(Threshold Value)將影像依據像元值的差異切成許多小塊 的物件，再判別各個區塊的內容。由於 DMC 影像於其他分類的結果中，
因為高空間解析度的關係，使分類結果有許多雜訊。故以 ERDAS 軟體的 Image Segmentation 工具，利用影像分割的演算，先將雜訊與待分類地物分
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為數個物件，再重新編碼(Recode)去除雜訊。其中需輸入重要的參數為區塊 的臨界值以及最小區塊的最小像元數，在本研究中選取 DMC 影像的小區 域實驗，經反覆測試，設定臨界值為 200(亮度差異超過 200 便可分出沙灘 與水域以及沙灘與植被地區)，最小分割區塊為 2000 個像元(如圖 3-27)，以 避免區塊太細碎不易分類之情形。
圖 3-27 設定影像分割參數
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l C h engchi U ni ve rs it y 第四章 結果與分析
第一節 濱線指標的變化
將各期的遙測影像對位後，數化其濱線指標，並利用 GIS 軟體分析套 疊情形，可清楚找出宜蘭海岸濱線的變化。以下將研究地區總區分成頭城 北邊至竹安溪河口、竹安溪河口至蘭陽溪河口與蘭陽溪河口至蘇澳北邊三 個部分探討各時期濱線的變化(以下圖 4-1、4-3、4-4 底圖皆為 1971 年 Corona 衛星影像，比例尺皆為 1：40,000)。
一、頭城北邊至竹安溪河口
頭城北邊至竹安溪河口水線與植物線的變化情況可參考圖 4-1。在水線 的部分，1971 年的水線有較 1947 年的水線往外移的趨勢，但到了 1985 年 又退回到 1947 年的水準；而 2003 年與 2009 年的水線則因烏石港的興建 (1991 年開始興建，2001 年正式啟用)，水線在烏石港南北方有不同的變化。
觀察 2003 年與 2009 年水線，在烏石港北方有往外擴張的情形，而南方則 較 1971 年的水線退後。由此可以推測，由於烏石港的興建，產生了突堤效 應(如圖 4-2)，順著海流的北邊因為突堤效應導致烏石港北方有沙灘堆積且 另一邊南方有侵蝕的現象。另外在竹安溪河口(圖中被圈起的部分)各年度的 水線位置有很大的差異，這是因為河口泥沙堆積與侵蝕在各年度都有很大 的不同。另外在植物線的部分差異較水線小，惟有 1947 年的植物線在竹安 溪河口北部有較後縮的情形。
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圖 4-1 頭城北邊至竹安溪河口各年度水線與植物線的位置(左半部為水 線；右半部為植物線)
圖 4-2 突堤效應示意圖(修改自全人教育百保箱網站) 二、竹安溪河口至蘭陽溪河口
在竹安溪河口至蘭陽溪河口濱線指標變化情形，可參考圖 4-3。竹安溪
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河口至蘭陽溪河口，其水線有逐年向外移的趨勢，不過 2009 年的水線較 2003 年後退，可得知其水線往外移的情形有趨緩的趨勢。
在蘭陽溪河口的部分，則有沙丘的堆積，而堆積的位置在各年度則有 不同的情形，從 1947 年至 1971 年，其沙丘有往東部移動的現象，可推知 蘭陽溪口的輸沙量穩定，泥沙堆積造成濱線外移的現象。在植物線的部分，
1947 年與 1971 年的植物線差異不大，但是在 2003 年植物線有往東移的情 形。
圖 4-3 竹安溪河口至蘭陽溪河口各年度水線與植物線的位置(左半部為水 線；右半部為植物線)
三、蘭陽溪河口至蘇澳北邊
水線與植物線在蘭陽溪河口至蘇澳北邊的變動幅度相對較小(如圖 4-4)，
1947 年至 1971 年的變動幅度不大，而 1971 年至 1985 年水線與植物線都往
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太平洋方向推移，而 1985 年至 2003、2009 年則沒有明顯的變動。整體而 言，在蘭陽溪河口至蘇澳北邊的部分，其變化的情形跟竹安溪河口至蘭陽 溪河口的部分大致相同，但是沒有河口等特殊地形會使水線與植物線產生 較劇烈的變化。
圖 4-4 蘭陽溪河口至蘇澳北邊各年度水線與植物線的位置(左半部為水線；
右半部為植物線) 四、小結：濱線指標的變化
觀察各年度濱線指標，研究結果顯示，各年度的濱線皆有變遷，在地 域方面，河口區域如竹安溪河口與蘭陽溪河口，沙丘有明顯的變化；在時 間方面，烏石港興建之後，北方的泥沙堆積量增加但南方卻侵蝕嚴重，與 烏石港興建之前有很大的不同，證明其突堤效應存在。
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第二節 沙灘(丘)在各年度的變化
數化濱線指標後，接著數化兩條指標線中間的沙丘或沙灘區域，並計 算沙灘(丘)的面積，可直接瞭解宜蘭海岸泥沙堆積或侵蝕的現象，並得知其 變化程度的概況。以下以最早的 1947 年的數化結果為基準，比較各年度與 1947 年的的變化情況，並分別列出沙灘(丘)增加與減少的面積(以下圖 4-5 至 4-8 底圖為 1971 年 Corona 衛星影像，比例尺皆為 1:40,000)。
一、1947 年至 1971 年的變化
1947 年至 1971 年沙灘面積的變化如圖 4-5，在頭城北邊至竹安溪河口 與竹安溪河口至蘭陽溪河口的部分，1947 年沙灘在靠近植物線的地方於 1971 年被植被覆蓋，而在接近海洋的地方有堆積的現象，表示其沙灘的位 置有整體向東部移動的情形，且河口推積之沙丘被侵蝕。在蘭陽溪河口至 蘇澳北邊的變化不大，只在接近蘇澳的地方沙灘有被侵蝕的情形。而各區 域面積的變化大小，可參考表 4-1。
(a)頭城北邊至 竹安溪河口
(b)竹安溪河口至 蘭陽溪河口
(c)蘭陽溪河口至 蘇澳北邊
圖 4-5 1947 年至 1971 年沙灘增減概況
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308,551 219,022 -174328 二、1971 年至 1985 年的變化
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(a)頭城北邊至 竹安溪河口
(b)竹安溪河口至 蘭陽溪河口
(c)蘭陽溪河口至 蘇澳北邊
圖 4-6 1947 年至 1985 年沙灘增減概況 三、1985 年至 2003 年的變化
2003 年的沙灘有明顯的變化，原因除了頭城北邊烏石港的興建，導致 烏石港北部有沙灘堆積，而南方卻有很嚴重的侵蝕情形(如圖 4-7 (a)，其中 烏石港區域不列入計算面積的範圍)。而在竹安溪河口至蘭陽溪河口與蘭陽 溪河口至蘇澳北邊則是出現旺盛的堆積現象，(如圖 4-7 (b)、(c))，沙灘皆 有往外移動的情形，且沙灘變化位置相當大，在竹安溪河口至蘭陽溪河口 的情況跟 1947 年比較，沙灘共堆積了 1,074,656 平方公尺。而蘇澳北邊的 部分則由 1985 年侵蝕的情形轉變為堆積，沙灘面積共增加了 657,146 平方 公尺(參見表 4-3)。
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38,181 1,074,656 657,146 與 1985 年
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總面積方面，1947 年的沙灘(丘)的面積最少，而 1971、1985、2003 年都較 前一期的資料增加，其中 1971 至 1985 年的增加率最大，2003 年沙灘總面竹安溪-蘭陽溪 974,505 1,156,150 1,684,910 2,049,040 1,936,370 蘭陽溪-新城溪 914,674 843,347 1,482,370 1,484,670 1,449,050 新城溪以南(蘇澳北邊) 272,887 196,886 282,951 360,033 249,467 總面積 2,697,912 3,051,158 4,067,966 4,467,889 4,220,506
圖 4-9 1947 年至 2009 年沙灘(丘)總面積變化趨勢
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圖 4-10 烏石潮汐站位置
表 4-6 影像拍攝時間潮汐表(單位：公分)
10 點 11 點 12 點 拍攝影像確切潮汐 (經內插計算而得) 2003 年 6 月 1 號 93 80 83.25 2009 年 5 月 22 號 -61 -46 -50.5
潮汐改正量 133.75
由表 5-6 計算出潮汐改正需要的濱線位移量為 133.75 公分(1.3375 公尺)，
以 2003 年 SPOT-5 衛星所描繪的濱線為基準，將 2009 年 DMC 航空影像將 濱線往海岸位移 1.3375 公尺，如圖 4-11，由於調整距離不大，將圖放大才 能看出調整(如圖 4-12)。最後計算濱線移動後的沙灘變化面積。如在竹安溪 至蘭陽溪流域，須改正的沙灘面積為 19,559 平方公尺，約占其總面積 1,936,370 的 1%，顯示經過潮汐調整後沙灘面積量並無明顯增減，故本研 究證實有無調整潮汐，對整體實驗結果沒有太大的影響。
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圖 4-11 經潮汐調正後的濱線，圖 的比例尺為 1:20000，圖中紅色的線 為調整後的濱線，藍色為原始數化 的濱線，於圖中看不出兩者的差異。
圖 4-12 經潮汐調正後的濱線，圖 的比例尺為 1:1000，圖中紅色的線 為調整後的濱線，藍色為原始數化 的濱線。
二、降雨量
陳翰霖、張瑞津(2007)指出豪大雨事件(單日雨量≧50mm)會造成河道 改變或為地形變遷的主要原因，豪大雨造成下游水流量暴增，影響輸沙量 的堆積。故本研究蒐集了宜蘭地區自 1936 年至 2010 年的降雨量，繪製圖 表如圖 4-13 上半部，於圖中可看出宜蘭地區降雨量並無明顯變化，與海岸 變遷看似沒有關連，但若統計單日降雨量超過 50(mm)的次數(如圖 4-13 下 半部)，可發現 1970 年以後降雨量超過 50(mm)的次數增加許多，而單日降
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雨量大的情況下，將造成上游土壤被沖刷的情形劇烈，使下游泥沙的堆積 量增加。而前一節指出宜蘭海岸在 1971 年之後至 2003 年的沙灘面積增加 許多，與單日降雨量超過 50(mm)的次數分佈相當接近，故可推論單日降雨 量超過 50(mm)的次數的次數增加，使得上游泥沙被沖刷到下游海岸堆積，
是宜蘭海岸往外擴張的原因之一。
圖 4-13 宜蘭地區降雨量，上半部為 1936 年至 2010 年的降雨量；下半部 為降雨量超過 50(mm)的次數分佈。
三、輸沙量
本 研 究 統 計 宜 蘭 地 區 四 個 輸 沙 量 測 站 ( 編 號 分 別 為 2560H001 、 2560H006、2560H017 以及 2560H019)的輸沙資料，如圖 4-14 至 4-17(單位：
頓)。於輸沙資料可以推知各輸沙站的輸沙量有逐漸增加的情形，且都有一 個增加量爆增的時期，如測站 2560H001 約在 1985 年輸沙量突然增加數倍、
頓)。於輸沙資料可以推知各輸沙站的輸沙量有逐漸增加的情形，且都有一 個增加量爆增的時期，如測站 2560H001 約在 1985 年輸沙量突然增加數倍、