金沙灣海灘季節與颱風前後的地形變動

金沙灣海灘曾經受人工結構物影響導致海灘侵蝕，但在 2004 年之後被認為 造成海灘侵蝕的人工結構物，和美漁港北側防波堤被移除，為本研究「曾受人工 結構物影響，但目前已將造成影響的人工結構物拆除」的海灘代表。在探討當地 海灘季節性地形變動時除了與外澳海灘及小澳海灘的地形變動過程對比，更將從 沉積物變化情形探討金沙灣海灘是否達到穩定態平衡。

本研究於金沙灣海灘使用 RTK-GPS 的地形監測始於 2015 年 10 月至 2018 年2 月，監測頻率為每一至兩個月至海灘進行地形測量，採樣位置大致如圖 3-3。

圖 3-3. 金沙灣海灘測量採樣點分布位置圖（圖片來源：作者自繪）

53

一、 金沙灣海灘剖面變化（2015.10~2018.02）

透過長期監測其剖面型態的變化可以研究一地區其沙灘的類型、作用力影響 因子、沙灘地地形變遷等資訊。考量岬灣海灘地形特性以及波浪能量在海灘兩側 較容易受岬頭影響，本研究在利用 RTK-GPS 測量海灘地形並取得其高程值後，

在三座海灘各海灘中段部分擷取一條垂直海灘濱線的剖面，繪製成一條代表剖線 以觀察金沙灣海灘、外澳海灘及小澳海灘的海灘剖面在不同季節、颱風事件前後 的型態變化。

圖 3-4.金沙灣海灘不同季節及颱風事件前後海灘剖面 B-B’變化圖

（2015.10～2016.12）（圖片來源：作者自繪）

54

從圖 3-4 剖面圖上可看到，金沙灣海灘在自 10 月起逐漸向海延伸，相較夏季

（6 月至 9 月）時海灘範圍可向海擴張約 5m～30m、海灘坡度緩降；3 月至 5 月 時海灘逐漸向陸退縮，海灘整體坡度逐漸由緩轉陡；6 月開始至 9 月，海灘向陸 退縮、海灘坡度整體較陡，有明顯濱堤，濱堤前堆積大量礫石，沙灘前緣遭侵蝕 坡度變陡；10 月至 12 月，濱堤高程恢復，海灘向海堆積。

圖 3-5. 金沙灣海灘不同季節及颱風事件前後海灘剖面 B-B’變化圖

（2017.02～2018.02）（圖片來源：作者自繪）

2017 年的海灘測量中（圖 3-5），金沙灣海灘幾乎全年皆有明顯濱堤，一至 八月沙灘向海延伸約 7 公尺；9 月、10 月沙灘向陸後退，尤其 10 月沙灘範圍急 遽退縮，較 1 月後退約 10 公尺，沙灘範圍也大幅縮減，但在 12 月海灘堆積範圍 又回復至與 4 月淤積範圍相同位置。綜合 2015 年冬季至 2017 年冬季兩年的海灘

55

地形變動觀測，我們可以發現金沙灣海灘在 10 月至隔年 8 月時會向海延伸形成 沙洲型海灘（bar type），8 月至 10 月時沙灘會向陸退縮、濱堤地形顯著，為濱 堤型海灘（berm type）。但有一點值得注意，2015 年至 2016 年冬季（11 月至隔 年 3 月）時海灘 0 公尺線最遠可向海延伸 115 公尺，但在 2017 年同樣時期海灘 卻只向海延伸 85 公尺（約為 2016 年 6 月至 9 月時海水準 0 公尺線位置），這可 能與 2016 年 10 月份沙灘遭大規模侵蝕有關，然實際造成侵蝕的原因仍需探討。

另外，測量期間曾有三次颱風後至金沙灣海灘監測，但除了 2015 年 10 月海 灘有明顯的「濱堤侵蝕，海灘向外海堆積」情形，其餘颱風後海灘地形變化較不 顯著，濱堤並未消失，只有海灘向外海堆積，可能與颱風路徑並未直接侵襲金沙 灣海灘有關（圖 3-4、圖 3-5）。

56

二、 金沙灣海灘高程與侵淤顯著區

海灘的變動是整體的，因此除了海灘剖面的變化，本研究亦將長期監測的成 果利用 ArcGIS 的空間分析工具（Spatial Analyst Tool）中的內插法推估海灘每月 的高程資料。

內插法（Interpolation）是一個利用已知點推估沒有資料的網格內所代表的數 值的方法，不同模式所呈現出來的數值會不同，其原理為空間自相關性。空間自 相關是一種空間統計的方法，用以顯示兩種地表現象（統計量）是否存在相關性，

若分析的統計量為不同觀察對象同一屬性變量，則稱為自相關。所謂的空間自相 關（spatial autocorrelation），是利用統計方法，將同空間內不同單元（ex:網格）

的某項特徵值進行空間內相關性程度的計算。將此原理應用於空間分析，便是假 及平滑曲面法 Spline，將既有的點資料還原模擬成真實地形，而不同模式由於其 原理不同，所呈現出的效果亦會有差異。以下將簡介不同內插模式的原理：

（一） 反距離權重法（inverse distance weighted , IDW）-是利用未知點鄰近的 已知點數值進行加權運算，所給的權重依照距離遠近計算。IDW 的概念是：一未

57

否與區域變數的解釋導致不同克利金法的發展。一般克利金法（ordinary kriging）

與通用克利金法（universal kriging），一般克利金法假設偏移值不存在，著重空 間相關要素，以半變異數衡量所選已知點空間相關程度；通用克利金法（universal kriging）則是假設除了已知點之間的空間相關要素外，Z 值在空間變異上具有偏 移或趨勢存在。

（三） 平滑曲面法（spline）-應用在選擇樣點後，利用多項式方程式進行內插並 產生平滑曲面。在 ArcGIS 系統中使用 spline 模擬時需進行權重（weight）、點數

（number of point）、曲面型態（type）三個參數的設定。

比較上述三種內插法，克利金（Kriging）的內插模式使點與點間不因距離影 響推估值的權重，同時又能將點的空間趨勢表現出來。本研究在樣本數夠多、分 布廣且平均的條件下，使用一般克利金法是最合適的模式，因此本研究所有海灘 高程均以克利金法內插推估而成。

在獲取各研究區海灘每月或隔月的海灘高程後，同樣使用 ArcGIS 的空間分 析工具（Spatial Analyst Tool）中 math 子目錄中的 minus 功能。此功能乃是利用 兩個不同時期的網格資料，以網格為單位相減得出相異值，一般在地形研究中被 利用於計算高程變化量（圖 3-6）。

圖 3-6.ArcGIS 中 Spatial Analyst Tool 的 Minus 功能操作原理示意圖

（圖片來源：http://resources.arcgis.com）

58

參考金沙灣海灘剖面在不同季節的變動趨勢，本研究將金沙灣海灘高程變動 的時間分區分為：2 月至 8 月；8 月至 10 月；10 月至隔年 2 月，這三段區間，

期望能從中觀察到更完整的短期海灘地形變動情形。

圖 3-7. 金沙灣海灘不同季節的海灘高程變化比較圖（2017.02～2018.02）

（底圖來源：衛星影像 2017 年，取自中央大學遙測中心）

從金沙灣海灘不同季節的海灘高程變化（圖 3-7）來看，金沙灣海灘在 2 月 至 8 月期間海灘整體呈現堆積趨勢，增高區域以海灘後灘以及沙丘區為主。8 月 至 10 月期間則呈現侵蝕趨勢，尤其以濱堤及沙丘處侵蝕最顯著，海灘整體高度 下降。10 月至隔年 2 月期間海灘整體呈現堆積趨勢，南側海灘灘面（beach face）

堆積現象最顯著。另外，海灘南側靠近礁石區處在八月以後有顯著變動，且變動

59

趨勢與同一時期其他地區有明顯差異，可作為礫石移動情況的佐證。前一節的剖 面變動時已經提到，當金沙灣海灘轉為沙洲堆積型時，海灘前緣會同時堆積礫石，

此時測量該處沙灘時可能會因為沙子底下有礫石墊高，得到較高的高程。

三、 金沙灣海灘沉積物總量變化

利用 Arc GIS 中 3D Analyst 中的 Surface Volume 計算每次測量時的海灘沉積 物總量（參考圖 3-8.的操作原理），得到金沙灣海灘（2015.10~2018.02）、外澳 海灘（2017.01~2018.02）及小澳海灘（2017.04~2018.02）每月或隔月份海水準-1.6 公尺以上的沉積物總量並進行比較。本研究得以觀察不同季節的沉積物總量變化 趨勢，以更詳細的分析這兩年的金沙灣海灘沙灘變動情形。

圖 3-8. ArcGIS 中 Surface Volume 的 Above 功能操作原理示意圖

（圖片來源：http://resources.arcgis.com）

表 3-2. 本研究在 Surface Volume 中的設定參數表

Plane Height Reference Z Factor Volume

-1.6（meters） above 1 體積/沉積物總量

在設定 surface volume 參數時，本研究選擇 Above 作為計算體積的指標，可 以計算指定平面高度（本研究中為-1.6m）與實際測得高程平面間的空間範圍，

並計算沉積物總量。Z 因子是當 XY 值與 Z 值單位不一致時，為確保測量體積時

60

的準確性使用，不會影響原始數據。由於本研究的原始數據已經將 XYZ 值的單 位統一設定為公尺（meter），故 Z 因子採用 ArcGIS 的預設值 1（表 3-2）。

圖 3-9 顯示金沙灣海灘沉積物總量 2015 年 10 月至 2016 年 12 月的沉積物總 量變化，可以看到金沙灣海灘沉積物總量在 2015 年 11 月達到兩年來最高，之後 逐漸下降至 2016 年 3 月後才緩慢回升，並在 6 月至 9 月持平直到 8 月後開始再 次逐漸下降直到 12 月再次回升但沉積物總量已不如同年份夏季時多。

圖 3-9. 金沙灣海灘 2015 年 10 月至 2016 年 12 月各月份沉積物總量比較圖

（圖片來源：作者自繪）

在隨後的一年裡，金沙灣海灘沉積物總量略為下降直到 2017 年 4 月才又上 升，但之後又再次下降至 6 月再次回升，總量也回復至與 2016 年相當甚至超越 夏季最高峰，但在 2017 年 10 月海灘經歷一次大規模侵襲，沉積物總量銳減至兩 年來最低，雖然 12 月有回升趨勢但總量仍較前兩年同月份低（圖 3-9）。

61

圖 3-10. 金沙灣海灘 2017 年每兩個月份沉積物總量比較圖（圖片來源：作者自繪）

總的來說，金沙灣海灘在夏季時沙灘變化量最大，由 6 月開始至 9 月為沙灘 成長期，有明顯濱堤成形，沙灘整體高度較冬季時高，坡度較陡；9 月至 10 月沙 灘沉積物總量會銳減，時間上與颱風事件侵襲日期不符合，顯示當地海灘可能不 只受颱風事件影響，季節性波浪轉變對地形變動的影響亦須考量。

沙灘沉積物總量在 12 月時會回升，且經實地觀測發現冬季時沙灘剖面型態 為堆積型海灘，近海有沙洲堆積，此現象符合岬灣海岸的特性：沉積物即便在侵 蝕後也會堆積在近海處，在波浪作用下逐漸被帶回至原沙灘。可以說，金沙灣海 灘短期變動特性與季節性波浪環境有密切相關，且沙灘在短期內便可重新達到平 衡狀態，即便在遭遇極端侵蝕事件如颱風後，金沙灣海灘的沙灘亦能迅速回復至 颱風侵時前的地形型態。

62

四、 金沙灣海灘海水準 0 公尺線的變化

若要評估海灘是否侵淤，除了海灘剖面型態變化以及沉積物的總量變化之外，

亦可利用濱線的位置變動比較海灘在不同季節時是向海前進或向陸後退。其中海

亦可利用濱線的位置變動比較海灘在不同季節時是向海前進或向陸後退。其中海