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紅樹林生態系統與河川流態

河川流態(flow regime)是指各河川獨特的水流特徵(Mitsch and Gosselink, 1993; Richter et al., 1996; Nilsson and Svedmark, 2002),

從不同月份的河川基流量與洪峰流量,乃至於數十年可能僅發生一次 的大洪水與乾旱,都屬於該河川的水流特徵。河川流態取決於集水區 面積、氣候、地形、地質與植被等自然條件(Postel and Richter, 2005),

可以透過流量歷線描述。以臺灣北部淡水河主流為例,夏季受颱風影 響,河川流量高且變動大,冬季則為枯水期(圖2.5),明顯不同於依 靠高山融雪的河川,其河川流量於春季融雪期達到峰值,夏季反而呈 現較低的流量。大量的研究證據已經證明,河川流態的任何改變,包 括:流量、頻率、發生時機、延時與變化率,皆可能對河岸植物造成 不同程度的影響(表2.3)。

Lacey(1930)提出著名的「河制定理」(regime theory),認為 沖積型河川會根據上游的來水來砂條件,以及當地的河床粒徑組成,

自行調整河道的寬度、深度與坡度,透過式2-1 以簡單的冪次關係描 述河道幾何因子與特徵流量的關係,後來的研究也確認此關係式的可 靠性,認為流量是影響河槽形狀最主要的關鍵因子(Leopold and Maddock, 1953; Simons and Albertson, 1960; Stevens, 1989)。

P B . (式2-1)

其中,P 為濕周,該斷面液體(此處係指河水)與固體邊界接觸的總 長度;B 為河寬;Qb為滿岸流量,洪水位高於兩岸灘地時的河川流量。

O’Brien(1931)與 Bruun and Gerritsen(1960)於河口的研究,

也獲得相似的經驗式(轉引自李森淵, 1998)。

O’Brien(1931):A Ω . . (式2-2)

Bruun and Gerritsen(1960):A . (式2-3)

其中,A 是通水面積,為水深 h 與河寬 B 的乘積;Ω為潮稜體積,是 低潮位到高潮位間,河口所增加的水體積;Qp為尖峰流量。

根據這些研究,可以發現河川(不受潮汐影響的非感潮河段)或 河口的河槽形狀,皆受到特徵流量的控制,只是河川的特徵流量為滿 岸流量(bankfull discharge),而河口則為漲退潮的尖峰流量(peak discharge)。當上游的來水來砂條件或是下游的潮汐行為改變時,原 有的泥砂動態平衡狀態將會被破壞,藉由泥砂沖淤行為與河床型態的

改變,達到新的動態平衡。

另一方面,水是推動紅樹林內物質循環的主要動力來源,紅樹林 吸收上游輸入的無機養分,在植物體內轉換成有機養分後,再藉由枯 枝落葉的形式輸出至鄰近的河口與海洋。Lugo and Snedaker(1974)

指出:上游流量的減少,不但使得挾帶營養鹽減少,導致紅樹林的生 產力降低。若河川流量減少 50%,則紅樹林產量相對地減少 50%;

當輸入的無機礦物質低於50%,紅樹林之淨初級生產量幾近於零(周 昌弘與黃元勳, 1982; 周昌弘,1987)。Carter 等人(1973)發現,

將近 57%~80%的河口能量來自於紅樹林地區,若將上游河水直接 以排水系統注入海洋,造成短路(shot-circuiting)現象,減少的河 川流量無法把紅樹林下的枯枝落葉帶入河口,將導致產量減少(周昌 弘與黃元勳, 1982)。

當水資源工程攔蓄大部分的河川流量後,使得流量規則化、中小 型的洪水事件減少,河岸高灘地受到洪水沖刷的機率下降,穩定的灘 地加上持續累積的土壤鹽分,可能導致紅樹林的入侵與發展。再者,

紅樹林胎生苗繁殖季節的洪水事件減少,亦有利於胎生苗的著根

(seedling establishment),加速紅樹林的擴張。

綜上所述,當上游流量發生改變時,泥砂沖淤行為與土壤特性亦 會連帶改變,將造成紅樹林分布與結構的改變,抑或是誘發紅樹林的

入侵與擴張。再者,紅樹林的生產量與上游河川流量有直接的關係,

河川流量的減少將導致紅樹林生態系統功能的退化。然而,為考量河 川流量的動態變化與不確定,本研究擬透過河川流態分析,瞭解河川 流量(包括常流量與洪水事件)的長期變化。

說明:1990 年大漢溪三鶯橋的流量資料

圖2.5 河川流量歷線

表2.3 流態改變對河岸植物的影響

外來種或陸域植物入侵 Ward and Stanford, 1979; Busch and Smith, 1995; Stanford and others 1996.

由於進入高灘地的水與

Johnson, 1994. Rood and others, 1995; Scott and others, 1997;

Cordes and others, 1997.

流量變異 增加

增強高灘地植物與有機 物的沖失

Petts, 1984; Rørslett and Johansen, 1996.

時機 季節性的

洪峰消失

種子補充減少與植物生 長率降低

Reily and Johnson, 1982; Fenner and others, 1985; Rood and Mahoney, 1990.

外來種或陸域植物入侵 Horton, 1977; Friedman and others, 1998.

演化成木本植物相 Toner and Keddy, 1997.

Stromberg and others, 1996.

生理壓力導致植物生長 率下降與型態改變,還 可能造成植物死亡

Reily and Johnson, 1982; Perkins and others, 1984; Kondolf and

Friedman and Auble, 1999.

變化率 水位的急遽 others, 1995; 1999.

修改自Nilsson and Svedmark (2002)