礫石河床垂直向變異性

礫石河床因沈積條件不同，可能存在粗細顆粒一起沈積、粗顆粒沈 積後細顆粒再填充期間孔隙，或是經由均勻傳輸造成僅有粗顆粒堆積等 三種狀況，此現象形成礫石河床於垂直向亦存在甚大的變異性。Church et al.(1987)將礫石河床垂直向堆積分成四個典型型態(如圖 2. 5 所示)，

顯示礫石河床由粗顆粒與細顆粒以不同比例組合而成。當粗顆粒可相互 接觸形成骨架且保持良好自立性，其間孔隙由基質(Matrix)填充，稱之 為接觸接合(如圖 2. 5a)。當基質含量超過 30%，粗顆粒間被基質分離，

顆粒間不相互接觸，此狀況歸類為基質接合（如圖2. 5d 所示），此二類 組構為典型礫石河床狀況。圖2. 5a 與圖 2. 6a 為接觸接合之礫石材料粒

徑分佈情形，顯示由礫石以上尺寸與砂質顆粒組成雙峰之顆粒分佈，圖 2. 5d 右圖與圖 2. 6b 所示為基質接合之礫石材料，未呈現礫石材料典型 雙峰粒徑分佈。

由於粗粒化現象使礫石河床於局部區域內在垂直向變化顯得更為 重要。Church et al.(1987)認為礫石河床由於下列二因素形成表層粗粒化 現象：

1.表層細顆粒由風力掏選攜出，或顆粒堆積於低能水流區域，或發 生在表層由互制良好之大顆粒堆積區域。此狀態下表層與底層堆 積於相同事件，表層粗顆粒分佈應與底層粗顆粒分佈相同（圖2.

5a）。

2.河床材料在均衡傳輸（equilibrium transport）條件下，較粗顆粒可 運動性低使其集中在表面，形成表層粗粒化結果（圖2. 5b）。

因主深槽部分均勻傳輸頻率高，容易產生圖2. 5b 狀況，當水流減緩 時細顆粒開始沈積則形成圖2. 5c 狀況。沙洲或灘之底床材料長期經低能 水流或風力作用將細顆粒攜出，形成類似圖2. 5a 之狀況。因此長期穩定 渠道河床容易產生粗粒化現象，此礫為石河床最常呈現狀態。

Carling and Reader(1982)認為礫石河床組成以粗顆粒為主，且發生沖 刷現象將細顆粒攜出，或由管湧作用使表層存在一單位或數倍單位粒徑深 度之粗顆粒層(如圖 2. 5b)。反之，於粗顆粒堆疊後，細顆粒慢慢沈澱，則 形成圖2. 5c 之情形。

圖2. 5 沖積河礫石河床典型型態（摘自 Church et. al,1987）

圖2. 6 礫石河床材料粒徑分佈圖(a)接觸接和類型(b)基質接和類型（摘自 Church et. al,1987）

當粗粒化現象明確存在，表層(armour layer)顆粒代表粒徑明顯較粗於 底層(subarmour layer)代表粒徑。Shih and Komar（1990）研究顯示表層材 料以粗顆粒為主，細顆粒含量偏低；底層細顆粒含量逐漸升高，粗顆粒含 量相對降低，由圖2. 7 可清楚觀察表、底層材料組成差異。

圖2. 7 礫石河床材料垂直向特性比較圖(摘自 Reid et. al1997)

綜合上述，當調查目的著重表層材料（例如：底床對水流阻抗能力、

顆粒初始運動狀態），則僅對表層進行調查可滿足需求，但若要同時考 慮沈滓傳輸問題，則需考慮垂直向變異情形。若可由簡單方法，由表面 調查推測底層材料特性，如此可提高調查工作效率與價值。