霧社水庫沖積扇區

3-1 區域介紹

在水庫中自上游向下游移動的沉積物，其搬移過程如前(水庫淤沙過程)所述，

有兩種主要型態，第一類砂石搬運的方式稱為庫底滾動(bed-load rolling)，第 二類砂石搬運方式為懸浮搬運(suspended movement)。本章要討論的是以滾動搬 運為主的區域，在本研究稱為沖積扇區。

本區域範圍廣大，全長約3公里多，所在位置如圖3-1。南端邊界的地方會隨 著沉積物的沉積而小幅移動，全區會因水庫內滿水位線的改變，而有部分庫底暴 露在空氣中。

沉積物的庫底滾動將加上泥砂的跳躍作用，會在水庫的上游向下游方向將粗 粒淤積帶動形成所謂的沖積扇，沖積扇的頂端會接近水庫的滿水位線位置，在每 次的雨季，有降雨事件發生，水流流入水庫，將其能攜帶的粗質泥砂搬移至當時 的水位高程處，依據不同的環境條件，產生堆積或侵蝕，故在沖積扇頂上游區，

會因不同水位、降雨量和地貌的影響，使得庫底搬移造成不同群聚的沉積物堆置 現象。

歷年來這種淤積現象在霧社水庫扇頂區域很常見，量大的淤積群尤其在頻繁 的雨季特別多見，且砂石中間也會夾雜著一些細泥沈積，使這些沉積物能凝集在 一塊，在經過年來的水位上下運動及枯水期的暴露日曬，使這些沉積物淤積在扇 頂上重行小幅搬運作用，使扇頂庫底坡度平滑，固結形成較硬的沉積物表層。

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圖3-1 霧社水庫地形全區圖(左側)與霧社水庫全區衛星空照圖(右側)。(圖片來 源:Google Earth)。圖中紅色方框為本章要描述的沖積扇區。

圖3-2 2007年霧社水庫沖積頂層區域景象。

圖 3-3 2010 年霧社水庫沖積頂層區域景象。

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3-2 霧社水庫沖積扇淤積型態與淤積量之分年描繪

圖 3-4 是從 1998 年至 2010 的沿著庫底谷軸的地形剖面圖，剖面線所在位置 如右側圖所示。從這幾年的庫底中心軸剖面圖可以看到，在距離 2860 公尺以南，

為水庫的懸浮性沉積區域(如圖中紫色方框所示)，在 1998 年至 2003 年，每年的 淤積量較小，每年增厚不到 1 公尺，而在 2003 年至 2004 年，此區發生嚴重的堆 積，一下增厚了約 4 公尺；依據此區沉積物不同的堆積量，本研究將沖積扇區分 成三組時間區段來進行討論，分別是 1998 年至 2003 年、2004 年至 2007 年與 2009 年至 2010 年。

圖 3-5 為為第一組---1998 年至 2003 年的庫底中心軸剖面圖，我們根據 Ferrari (2006)，將水庫中沖積扇分為 topset slope(頂層)、foreset slope(前 坡)、bottomset slope(底層)，其對應位置如圖 3-5 上標示所示，在剖面上，可 觀察到底層地區有兩個沉積中心，北段坡面較亂且坡度陡，在此命名為「扇底區」， 南段坡面平滑且坡度較緩，它們之間坡度不連續，我們將此南坡面以下稱為「沉 滓區」，其變化見第四章。

頂層區域主要以滾動方式搬運，前坡區上的泥砂主要以蠕動或崩塌的方式進 行運動，越過頂層後，沉積物堆積在扇底區，堆積的情形為每年等厚堆積，代表 此處不是屬於滾動搬運，主要屬於跳躍(saltation)的搬運方式，這種搬運方式移 動距離不遠，很快的沉澱至庫底，顆粒較上游扇頂區小，進入更下游的沉滓區，

此處的坡度變化減小，其仍有坡度為地形底層的本身有斜度，越往南端逐漸進入 水平狀，代表此處整區都為較細的沉積物以懸浮的方式沉澱，沉澱時間較久，每 年等量增厚。相較於慢速沉積的沉滓區，扇底區相當於較快速沉積的沉滓區，顆 粒較粗。

從圖 3-5 庫底中心軸地形剖面圖，可觀察到 1998 年至 2001 年來庫底中心軸 的前坡邊界位置和坡度幾乎沒有改變，頂層區的坡度為 0.5 度，前坡的坡度為 4.5 度，在底層的扇底區的坡度為 0.8 度。

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2002 年和 2003 年，剖面指出前坡上緣瞬間北移約 300 公尺(圖 3-5 中 C 點)，

使頂層南端邊緣處高程抬高，地形南北坡度變緩，顯示當時沉積物的搬運移置都 發生在頂層區。2001 年和 2002 年，頂層的邊緣的位置為圖 3-5 上的 A 點，它的邊 界線是以沿底搬運方式為主的沉積物搬運終點處，但是可看到在 2001 年以前，沿 底沉積物的搬運終點，相較 2002 年，是位於較北邊的地方，如圖 3-5 中所標示的 B 點位置，A 點與 B 點兩者扇頂緣的位置距離約相差 300 公尺。

為了深入探討此區域的地貌變化，以下將每年的施測資料依其地貌變遷特性 分成幾段時期，並且加以詳細討論。

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0 110 220 330 440 550 660 770 880 990 1100 1210 1320 1430 1540 1650 1760 1870 1980 2090 2200 2310 2420 2530 2640 2750 2860 2970 3080 3190

高程 (公尺 )

34

0 110 220 330 440 550 660 770 880 990 1100 1210 1320 1430 1540 1650 1760 1870 1980 2090 2200 2310 2420 2530 2640 2750 2860 2970 3080 3190

高程 (公尺 )

距離(公尺)

1998年~2003年沖積扇庫底地形剖面圖

2003

Bottomset slope(底層)

沉滓區 坡度: 0.52° 扇底區

坡度: 0.7°

Topset slope (頂層)

Foreset slope (前坡)

坡度: 4.5°

B

A

C

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3-2-1 中度淤積期

1998 年至 2003 年為霧社水庫的中度淤積期，表示大部分的泥土多堆置在頂層 地區，細質懸浮物較少出現，在這段期間內的地形變化都屬於此類型態，以下為 各年詳細的地形型態描述。

I. 1998 年 8 月至 1999 年 8 月

圖 3-6 為 1998 年 8 月至 1999 年 8 月兩次施測所得的庫底中心軸地形剖面圖，

圖 3-7 是這段施測時間內水庫內各高程之淤積量變化方柱圖，其正值表示高程增 加或淤積發生，負值表示侵蝕或高程減低；圖 3-9 為兩次施測所繪出的地形變異 圖，變異圖中所表現淤積量在過去一年空間分佈的結果，正值(暖色系)代表有淤 泥的輸入使得高程增高，負值(冷色系)代表侵蝕或沉積物的流失。

我們首先將水庫內各高程之淤積量變化計算出來，我們可以看到水庫內從北 到南，主要有四個淤積中心，分別為圖中標示之 A、B、C 及 D(圖 3-7)，其分別對 應的位置如圖 3-6、圖 3-9 與圖 3-10 標示，代表了各處有各自有不同的搬運、沉 積機制，因此形成四個不同的淤積區段。其四個高峰群中心由北到南分別座落在 高程 982 公尺、976 公尺、966 公尺以及 954 公尺(表庫底高程座落位置)，表示有 四個淤積帶的中心。而這些淤積群它們的淤積範圍如圖 3-9 和圖 3-10 所示，A 淤 積群淤積區域在高程 989 公尺至 978 公尺，B 淤積群位於高程 978 公尺至 972 公尺。

A、B 淤積群位於沖積扇頂層區，這些淤積代表了庫底上各事件所帶入以滾動 態運動為主的沉積物群，搬運至最遠的高峰處只達高程 975 公尺。從剖面圖(圖 3-6) 顯示，頂層區與前坡區的交界位置(頂層邊緣)位於高程 970.5 公尺，進一步觀察 圖 3-7，可以清楚看到此高程是為 B 淤積帶與 C 淤積帶的界線位置，在此界線北邊 的 A、B 淤積帶都在頂層區，沒有超過其邊界線；頂層南方的 C 淤積帶，淤積中心 最不明顯，大致座落在 966 公尺處，分界的區域見圖 3-10。

進一步將降雨量資料與庫內沖積扇區淤積量相比較，由降雨量和水位高程圖

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(圖 3-8)看到，1998 年 10 月，有一次很大的降雨事件(事件一)，降雨量約為 200 公厘，大量的水流進，水線從 989 公尺升高至 1005 公尺，輸入的沉積物被運送到 A、B 兩個淤積群的位置，其兩群的共同淤積中心為 982 公尺，由此可知，200 公 厘的降雨量，989 高程所輸入的水及沉積物可運送到高程 982 和 976 公尺處，影響 了水庫內水深 13 公尺(989 公尺-976 公尺)的水體。

由淤積變化方柱圖(圖 3-7)，可看到頂層區有 A、B 兩個不同的淤積區間，造 成這樣的情況推測有以下兩個可能。第一種可能為，這兩段淤積區間由一次的雨 量事件所造成，即 1998 年 10 月的 200 公厘降雨事件(事件一)，帶入的沉積物逐 漸沿著河道的彎曲產生沉積；第二種可能為，A、B 淤積群是由不同的雨量事件造 成，1998 年 10 月的降雨事件，使得上游的沉積物被帶到高程 976 公尺(B 淤積群)，

1999 年 6 月發生了幾次降雨量較小的事件(事件二)，水位高程程 985 公尺上升至 1005 公尺，將高程 980 公尺以上的部分沉積物搬運到南端，高程 982 公尺，形成 所謂的 A 淤積群，且中心軸的淤積量較兩側少。

由於水庫並不是完全方正的蓄水區域，其中心水道的位置會隨著原始庫邊的 彎曲走勢所影響，我們將庫底水道位置標記在圖 3-10 咖啡色線所示，可發現每個 淤積帶正好座落在水道曲繞帶內(圖 3-10)，且淤積中心位在曲繞端點上。也就是 說，淤積區受水道的彎曲影響而左右堆置，淤積區的位置座落在水道轉折凹側處，

其和水道位置有相對應的關係，淤積區的位置也代表了水道彎曲線的走勢，從 1998 年地形圖與變異圖可看出淤積區與水道位置的相對應關係，形同河川的曲流生 成。

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0 130 260 390 520 650 780 910 1040 1170 1300 1430 1560 1690 1820 1950 2080 2210 2340 2470 2600 2730 2860 2990 3120 3250

高程 (公尺 )

距離(公尺)

1998/8~1999/8沖積扇庫底地形剖面圖

1999

1998

-100000 -50000 0 50000 100000 150000 200000

950 955 960 965 970 975 980 985 990

淤積量(立方公尺)

1998/8~1999/8各高程淤積量方柱圖

高程(公尺)

38 1000.00 1005.00 1010.00

19980801 19980821 19980910 19980930 19981020 19981109 19981129 19981219 19990108 19990128 19990217 19990309 19990329 19990418 19990508 19990528 19990617 19990707 19990727 19990816

1998/8~1999/8

降

39

圖 3-9 1998 年 7 月與 1999 年 8 月兩次施測所得的地形資料，相減得出的地形 變異圖，圖中黃色至紅色(暖色系)表淤積，淺藍至深藍(冷色系)表侵蝕。

A

B

C

D

40

圖 3-10 1998 年 7 月霧社水庫地形圖，不同顏色所代表之高程如右側顏色柱所示，

圖中咖啡色曲線為依據等高線所繪出之庫底水道位置。

A

B

C

D

頂層邊緣

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II. 1999年9月至2000年8月

1999年9月至2000年8月，由剖面圖(圖3-11)看到各區的位置，頂層區與前坡 區的交界位置位於高程969公尺，這一年內水庫維持在較高的水位，雖降雨事件次 數多，但每次的雨量都較小，大多少於100公厘(圖3-12)，因此影響水庫的的水深 較淺。大雨來前，水庫內的水位高程在992公尺左右，雨量一進入，水位上升至1002 公尺左右，影響深度沒有前一年深，沉積物輸入量較少，因此一年來幾乎沒有堆 積的變化，而由1999年至2000年地形變異圖(圖3-13)得知，大部分的淤積都在高 程980公尺以上，且集中在高程990公尺以上，增厚約4公尺，此年的淤積量在頂層 北端最多，高程975公尺以南甚至有侵蝕的情形，這是由於此年沉積物輸入少，且 輸入的沉積物都淤積在頂層高程980公尺以北的區域(如圖3-13標示A以北)，南端 的區域因此產生排水壓密的情況，使得高程降低，沉積物厚度變薄，因此在變異 圖上為侵蝕的情形。

從1998年至2000年，可明顯看出水流量和影響深度為正比關係(1998年至1999 年，降雨事件較大，沉積物可被送到高程976公尺處，1999年至2000年，降雨事件 較小，沉積物被搬運至高程980公尺左右就停止)。由此可見，本年庫底沉積物淤 積和侵蝕的情形，受到降雨量的影響，與1998年至1999年的情況大不相同。

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圖3-11 霧社水庫1999年8月與2000年8月施測所得之庫底中心軸地形剖面圖。

圖3-12 霧社水庫1999年8月與2000年8月兩次施測時間內上游雨量站所測得 降雨量(右側座標軸)和水庫的水位高程(左側座標軸)圖。

0 140 280 420 560 700 840 980 1120 1260 1400 1540 1680 1820 1960 2100 2240 2380 2520 2660 2800 2940 3080 3220

高程 (公尺 )

距離(公尺)

1999/9~2000/8沖積扇庫底地形剖面圖

2000 1000.00 1005.00 1010.00

1999/9~2000/8

水

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圖3-13 1999年8月與2000年8月兩次施測所得的地形資料，相減得出的地形 變異圖。

A

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III. 2000年9月至2001年4月

2000年11月，有一次降雨量約為140公厘的雨量事件(圖3-16)，這一次的降雨 事件，可把沉積物往下游帶，形成好幾個淤積帶，類似1998年8月至1999年8月的

2000年11月，有一次降雨量約為140公厘的雨量事件(圖3-16)，這一次的降雨 事件，可把沉積物往下游帶，形成好幾個淤積帶，類似1998年8月至1999年8月的