4.2 取樣方法評估
4.2.1 網格法適用性
表層樣品取樣可以體積法與網格法進行，但為探討網格法適用性，
因此需將二者結果進行比對。由於本研究試驗場址經由體積法表底層比 對發現可能因表層範圍判定錯誤，或是試驗位置尚未發生表層粗粒化現 象，使表層樣品雖略粗於底層樣品，但含砂量相差不大。因此以體積法 表層樣品及全樣品結果與網格法進行比較。
本研究計有T1、T2、T4 與 T5 等四處同時施做體積取樣與網格取 樣，茲將此四處體積法與網格法所得結果繪製粒徑分佈曲線如圖4.14 至圖4.17 所示。由 4.2 節所述可知網格法以 Wolman 或是 Leopold 取樣 標準進行取樣結果差異性不明顯，故圖4.14 至圖 4.17 為避免過於複雜 因此僅以Wolman 法結果進行與體積樣品之比較。並將網格法與體積法
（表層樣品），以及體積法（全部樣品）之D50整理於表4.7，可發現 T1 網格法與體積法（表層樣品）所得結果相差甚大，T1、T2 與 T5 之結果 較接近，其中T1 網格法所得結果（48mm）與體積法全部樣品所得結果
（50mm）僅差 2mm，為最好之成果。
1000 100 10 1 0.1 0.01
Passing Cumulative percentage(%)
T1(bulk sample total) T1(bulk sample surface) T1(grid sample Wolman)
圖4. 14 T1 體積法與網格法結果比較圖
Passing Cumulative percentage(%)
T2(bulk sample total) T2(bulk sample surface) T2(grid sample Wolman)
圖4. 15 T2 體積法與網格法結果比較圖
1000 100 10 1 0.1 0.01
Passing Cumulative percentage(%)
T4(bulk sample total) T4(grid sample Wolman) T4(bulk sample surface)
圖4. 16 T4 體積法與網格法結果比較圖
Passing Cumulative percentage(%)
T5(bulk sample total) T5(grid sample Wolman) T5(bulk sample surface)
表4. 7 T1、T2、T4 與 T5 網格法與體積法所得 D50比較
代表粒徑 D50(mm)
試驗編號 T1 T2 T4 T5
網格法 48 39.5 100 71
體積法（表層） 80 77 103
體積法（全部樣品） 50 49 66 79 由圖4.14 至圖 4.17 可知網格法所得分佈曲線於粒徑大於 10mm 以 上與體積法較接近，10mm 以下則相差較明顯，此現象應為網格法忽略 細顆粒部分所產生。另可發現T1 二方法結果最接近，T2、T4 與 T5 則 差異較大，試驗所得結果不若國外經驗理想，檢討可能原因是頭前溪礫 石河床顆粒分佈較國外試驗河床廣，國外試驗最大顆粒約在100mm 左 右，頭前溪100mm 以上顆粒含量以本次試驗為例，T1、T2、T4 與 T5 分別為27％、32％、37％及 42.5％，並可發現當 100mm 以上顆粒含量 越低，粒徑分佈曲線趨勢越吻合。
鑑於頭前溪河床質之特性及網格法本就忽略細顆粒成分，傳統網格 法結果與體積法結果勢必存在差異。且僅收集網格下方樣品，不同粒徑 樣品於平面上分佈亦存在某一特定機率，也可能造成結果差異，因此本 文提出以下網格法試驗修正方法。
為修正忽略細料含量影響，本研究嘗試以表面測線評估細料含量百 分比，進而作為粒徑分佈曲線之用，另將測線下方所有粗顆粒均收集進 行粒徑分級，推估各級顆粒出現機率，亦作為粒徑分佈曲線分級之用（圖 4.18）。如圖 4.18 上方剖面所示，於現地拉設一測線（L 公尺，約為河
（>9.5mm）所佔長度（Ln）；並如圖4.18 下方圖所示，將粗顆粒部分以 開口樣版決定分級，紀錄各分級之顆粒數量（Ni）。
圖4. 18 現地修正係數量測示意圖
本次修正試驗於試驗場址T1、T2 與 T3 各進行 6m、9m 與 8.5m 長 測線量測，T5 施做二 8m 測線，目的為討論測線數量對結果之影響，另 T4 因整治工程施工破壞無法施做，T6 位於邊灘受水影響無法通視故無 施做修正試驗，量測結果如表4.8 與表 4.9 所示。由表 4.8 得知 T1、T2 與T5 3/8"（9.5mm）以下顆粒所佔長度分別為 0.96m、2.07m 以及 3.55m，
分別佔該試驗測線長度16％、23％與 22.19％，以此模擬 T1、T2 與 T5 試驗位置之細顆粒含量。
由體積篩分析結果獲得細顆粒含量分別為22.7％、23.7％以及 21.3
％。除T1 差異較大外，其餘部分建立之比例尚接近體積篩分析結果。
檢討造成T1 差異甚大之原因可能為誤判最大顆粒導致測線長度過短，
或是以最大顆粒之A 軸長度之 6 倍作為測線長度仍不符調查需求。但
依據前述調查結果，嘗試下列二方法修正粒徑分佈曲線：
1.考慮細料含量：
由於網格法忽略細顆粒含量，此勢必造成粒徑分佈曲線偏頗，故藉 由公式4.1 修正初始調查之各級顆粒出現次數，並依據修正後出現次數 重新繪製粒徑分佈曲線。
Nm=No/(1-P/100) (4.1) 其中 Nm=修正後各顆粒分級數量
No=原始取樣所得各顆粒分級數量 P=表面測線推估之細顆粒含量百分比 2.考慮各級顆粒被取樣機率：
不同於第1 點，此方法不僅記錄粗細顆粒比例，且以開口樣版記錄 測線下所有粗顆粒分級，以便推求各級顆粒出現機率。各級顆粒出現機 率依據公式4.2 計算。
Pf=Di*Ni/L/100 （4.2）
其中Pf=各級顆粒出現機率
Di=開口樣版開口尺寸（mm）
Ni=修正試驗記錄之各級顆粒出現次數 L=測線長度（m）
將原始試驗記錄各分級顆粒出現次數No乘以Pf得到新的出現次數 Nf，再依據 Nf重新計算累積通過百分比得到新的粒徑分佈曲線。
茲將T1、T2 與 T5 之體積篩分析、網格法(Wolman)以及前述二修 正方法所得結果整理繪圖如圖4.19 至圖 4.21 所示。並將修正後之 D50
與修正前之D50 及體積法（全部樣品）之 D50進行比較（表 4.10），可 知T1 未修正前結果最佳，經修正造成結果偏離體積法結果。T2 與 T5 之修正結果顯示方法1 修正效果不佳，方法 2 可得到較理想成果。
由圖4.19 可知，T1 原網格法所得結果與體積法相似。經修正後，
無論是方法1 或 2 均導致結果偏離。
由圖4.20 與圖 4.21 顯示修正方法 2 可獲得接近網格法結果，且較 網格法略為貼近體積法曲線，但影響效果不明顯。
1000 100 10 1 0.1 0.01
Diameter(mm)
0 20 40 60 80 100
Passing Cumulative percentage(%)
T1(bulk sample total) T1(grid sample Wolman) T1(grid sample M1) T1(grid sample M2)
圖 4. 19 T1 體積法、網格法與網格法修正結果比較圖
1000 100 10 1 0.1 0.01
Passing Cumulative percentage(%)
T2(bulk sample total) T2(grid sample Wolman) T2(grid sample M1) T2(grid sample M2)
圖4. 20 T2 體積法、網格法與網格法修正結果比較圖
Passing Cumulative percentage(%)
T5(bulk sample total) T5(grid sample Wolman) T5(grid sample M1) T5(grid sample M2)
表4. 10 修正後網格法 D50與原始網格法及體積法（全部樣品）D50比較
代表粒徑 D50(mm)
試驗編號 T1 T2 T5
網格法 48 39.5 71
網格法（修正方法 1） 39 25 85
網格法（修正方法 2） 100 41 40.5
體積法（全部樣品） 50 49 79
由超過100mm 顆粒含量分析，僅 T1 含量低於 30％且網格法所得 結果與體積法相似，經修正後反導致曲線偏離體積法曲線；T2、T4 與 T5 超過 100mm 顆粒含量均超過 30％，三組試驗均顯示網格法結果與體 積法有程度不同差異，但由T2 與 T5 結果顯示以顆粒出現機率修正後 得到略理想成果。
綜合上述，初步判斷當100mm 以上顆粒含量超過 30％會導致網格 法存在誤差，經由顆粒出現機率修正後得到改善但成果不顯著。
Morris and Fan(1998)認為巨大顆粒出現於河床上屬於偶發事件，分 析時應去除此部分影響。Church et. al(1987)以及 Mosley and Tindale (1985)均提出國外操作河床質調查時通常將巨礫（粒徑>256mm）範圍 顆粒剔除，此乃考量巨礫因顆粒重量大不易受水流作用影響因而不予考 慮。故本文嘗試評估此概念對本次試驗結果產生之變化，茲將T1、T2、
T4 與 T5 截除巨大顆粒（體積法與網格法均進行截除）後之粒徑分佈曲 線展繪於圖4.22 至圖 4.25。由圖 4.22 至圖 4.25 將截除巨礫後之 D50與 未截除前D50整理於表4.11。由表 4.11 可發現未截除前 D50誤差較小之
均有明顯變大現象。T4 由於未截除前數據已偏差甚大，造成截除巨礫 後無良好改善成果。
由體積樣品結果得知T1、T2、T4 與 T5 之巨礫含量分別為 3.60％、
5.87％、5.88％以及 21.84％，另由網格法樣品可知巨礫含量分別為 2.33
％、4.44％、7.45％以及 10.11％，可知 T1、T2 與 T4 巨礫含量較低，
T5 巨礫含量相當高。由截除前後 D50之變化與各試驗位置巨礫含量關係 推論，截除巨礫尺寸顆粒有助於縮減兩種取樣方法間D50之差距增加比 較性，T5 樣品巨礫含量高不符合巨礫出現機率低之前提，但由結果顯 示截除巨礫可使D50更區集中，仍有正面效益。截除巨礫之效果以本研 究四組數據初判有助於河床質D50評估，但因其中T4 數據偏頗較大，
是否為試驗誤差仍須進一步探討，且僅以三組數據證實此結果實屬空 泛，仍須收集更多數據加強驗證。
1000 100 10 1 0.1 0.01
Diameter(mm)
0 20 40 60 80 100
Passing Cumulative percentage(%)
T1(bulk sample total) T1(grid sample Wolman)
1000 100 10 1 0.1 0.01
Diameter(mm)
0 20 40 60 80 100
Passing Cumulative percentage(%)
T2(bulk sample total) T2(grid sample Wolman)
圖 4. 23 T2 截除粒徑大於 256mm 顆粒後粒徑分佈曲線圖
1000 100 10 1 0.1 0.01
Diameter(mm)
0 20 40 60 80 100
Passing Cumulative percentage(%)
T4(bulk sample total) T4(grid sample Wolman)
圖 4. 24 T4 截除粒徑大於 256mm 顆粒後粒徑分佈曲線圖
1000 100 10 1 0.1 0.01
Diameter(mm)
0 20 40 60 80 100
Passing Cumulative percentage(%)
T5(bulk sample total) T5(grid sample Wolman)
圖 4. 25 T5 截除粒徑大於 256mm 顆粒後粒徑分佈曲線圖
表 4. 11 截除巨大顆粒後 D50與網格法及體積法（全部樣品）D50比較
代表粒徑 D50(mm)
試驗編號 T1 T2 T4 T5
網格法 48 39.5 100 71
網格法（截除巨大顆粒） 65 61 110 72 體積法（全部樣品） 50 49 66 79 體積法（截除巨大顆粒） 66 59.5 71 69
由本節所述結果與討論，初步判斷網格法經由截除巨礫後對評估河 床質中值粒徑之效果可與體積法更為接近，使二方法之對比性增加，此 結果提升網格法之應用性。但經由本次試驗仍發現許多值得探討之處，
例如體積樣品代表性、網格法操作程序以及網格法細顆粒部分曲線評估
等，茲將上述問題分別探討如後。
Church et. al(1987)指出體積取樣最大顆粒含量應小於 1％方能確保 細顆粒曲線能正確評估，若最大顆粒B 軸粒徑超過 250mm，則可容許 最大顆粒含量提高至5％以內。本次試驗場址最大顆粒 B 軸粒徑均接近 500mm，但以台灣現行調查慣例（一立方公尺試坑）進行體積取樣於 T2、T4 與 T5 均產生最大顆粒含量超過取樣總重量之 5％。
相關顆粒材料調查之規範有ASTM D75-71、BS 812 以及 ISO 4364-1977(E)等，其中 ISO 規範為基於河床顆粒調查所定應此較被建議 採用。圖4.26 最左側實線為 ISO 4364-1977(E)對體積法具代表性樣品所 需數量最低要求標準，若最大顆粒B 軸為 100mm 時則需要取樣約 2000 公斤樣品，由於ISO 規範通常均需龐大樣品數量，因此 Church et. al (1987)以 ISO 為基礎提出個人建議如後說明。當最大顆粒小於 32mm 以 圖4.26 之 0.1％準則進行樣品重量評估，當最大顆粒介於 32mm 至 128mm 以 1％準則進行評估。頭前溪河床質顆粒分佈廣泛，最大顆粒 B 軸尺寸約為500mm，若以 ISO 規定執行則需約 212,500 公斤重量樣品才 符合其最低標準，若以Church 建議亦需約 10,000 公斤重樣品，此二數 量操作可行性均相當低。若考慮B 軸粒徑達 500mm 顆粒出現機率相當 低，較粗顆粒B 軸尺寸介於 350mm 與 400mm 之間，則所需樣品重量 則為8,000 公斤至 9,000 公斤左右。由上述討論可知本論文取樣數量均 遠低於上述任一標準，但以ISO 或 Church 之建議執行又不切實際，因 此如何建立適用之評估有待進一步探討。
此外，Mosley and Tindale (1985)試驗說明將一大量樣品分成數個次 樣品展開取樣，再將所有樣品一起篩分析之精度較將所有樣品於同一點