礫石河床質縱向變異性

河床質在河川縱向呈不均質分佈，但可由代表粒徑的變化加以探討 其變異性。一般而言，河床材料之顆粒尺寸與距出海口距離成正比。此 縱向變異性由磨耗(abrasion)、掏選(sorting)、風化(weathering)、地質歷 史(geomorphic history)、支流匯入(tributary input)、山坡與河道結合 (hillslope-channel coupling)以及史前環境重新再造(paleoenvironmental reconstruction)等因素造成，其中尤以磨耗與掏選作用影響最大(Rice and Church,1997)。

Schumm(1973)指出河床質粒徑縱向變化乃由於當流速到達一臨界 值，顆粒開始運動，但若河床上有較大的顆粒存在，一般流速並無法使 大顆粒運動，此時小顆粒受到大顆粒保護而保持靜止，此時便為大顆粒 理想的磨損環境。當大顆粒在原地經長時間磨耗形成較小顆粒時，同樣 流速條件變得足以使顆粒運動，在運動過程中顆粒有機會產生破損或破 裂，造成顆粒變得更小。崩解之後的小顆粒將於下游某一位置再次呈現 前述的暫時性穩定狀態，同時磨耗再次發生。如此週而復始之循環使河 床材料粒徑呈現往下游方向逐漸減小現象。Bradley(1970)曾於 Colorado 河進行現地試驗並與人工渠槽結果比較，發現人工渠槽所得結果無法完 全模擬自然界複雜環境下產生之結果，但可確定風化會加速河床材料磨 耗作用。

Sternberg(1875)認為礫石河床顆粒因磨耗與搬運產生尺寸朝下游方 向衰減現象，此衰減與搬運距離呈指數關係(semi-logarithmic)。但 Brierley and Hickin(1985)於 British Columbia 之 Squamish River 進行野

外試驗，發現接近砂石產生處之河床質縱向分佈並非依循Sternberg’s law，此時顆粒尺寸與下游距離（調查位置至出海口距離）反較類似冪 函數(power function)分佈，由其試驗結果可知顆粒中值粒徑隨往下游距 離增加而逐漸縮減之趨勢，如圖2. 2 所示。由圖 2. 2 可知試驗段包含峽 谷地形、辮狀系統與蜿蜒系統河段，但顆粒衰減趨勢維持一定，顯示河 床質顆粒徑隨下游距離衰減趨勢不受河相影響。

圖2. 2 河床材料中值粒徑與下游距關係圖(重繪自 Brierley and Hickin,1985)

由圖2. 2 可知河床質中值粒徑隨距離增加有規律之衰減，除上述整 體流域於縱向呈冪函數分佈外，局部區段亦會因地形不同產生差異。

Hey and Thorne(1986)於 1978 至 1979 夏季低水位期間在 United Kingdom

(riffle)交替出現之區段，由 3 處淺灘中夾 2 處深潭構成一試驗段與進行 河床質調查，結果發現淺灘的D50 約為所有調查結果平均 D50 的 1.19 倍：

RD50＝1.19D50 （r²＝0.95） （2. 1）

其中RD₅₀ ＝淺灘上河床材料之中值粒徑（單位：mm）

D₅₀ ＝所有調查位置之中值粒徑平均值（單位：mm）

同一沈積環境之地形（如江心洲）亦存在縱向變異性，江心洲頂部

（上游端）河床顆粒較粗，底部（下游端）河床顆粒較細。同一區域之 不同沈積環境之河床顆粒同樣存在差異，通常交替沙洲(diagonal bar)之 底床顆粒較其他沙洲粗，常成為河道路徑控制因素(Mosley and Tindale, 1985；Morris and Fan,1998)

比較河床質縱向變異性應於相同沈積環境下進行取樣，方可得到合 理比較(Rice and Church,1997)。

由於磨耗、掏選、風化、地形與地質條件（歷史、沈積環境等）等 作用，造成河床質於河川縱向呈不均質分佈，因此探討河床質材料分佈 及特性，需考慮上述影響因素。故進行河床質調查工作，應考慮河床質 縱向不均質分佈特性，並考慮形成不均質分佈之成因，以擬定調查策略。

此外，河川橫向河床質亦有相當差異，若於同一斷面上之不同沈積 環境取樣會得到不同結果，且不同河段之間會存在不同河相，河川底床 特徵有顯著差異。若忽略不同沈積環境間差異進行取樣，將造成代表性 不足問題，並且無法正確反應出河川縱向變異性。橫向變異性將於下一 小節進行說明。