第一節 研究動機與目的

第一章 緒論

第一節 研究動機與目的

河口位在內陸航線與海洋航線的連結點上，位置的優越使得許多港口及貨運 設施在此興建，交通地位格外重要；而河口是沿岸地帶直接受到海象營力衝擊較 小的區域(Perillo，1995)，潮埔、濕地裡每天能量迅速且規律地流動著，棲息了 數量龐大的生物族群，在全球生態系裡亦佔有一席之地。因此，河口地區對於人 類或其他生物而言，普遍具有存在的重要性與規劃的迫切性。

縱使河口的重要性已不言而喻，過去台灣各界對於河口地區所做的研究並不 多，且泰半是以水利工程與環境生態的學者為主；但事實上，台灣的河川水短流 急，單位面積輸沙量驚人，河口由於不同的主控營力呈現著相異的堆積形態與變 動特性，實有需要統整、分析並歸納河口地形的變動情形與原因。近年來石再添、

林雪美等學者已陸續將台灣島上眾多河口長期及短期的地形、水文變化逐一說 明；不過台灣地處歐亞大陸東南岸的亞熱帶氣候環境裡，夏季極易遭受颱風不定 期的侵襲，隨時可能出現巨大的逕流量，深具敏感性的河口形態可能在一夜暴雨 之後立即改變，如此短促時距的變動特性與地形的長期變動情形是否會有差異？

此外，就地形學的觀點而言，長期的變動趨勢由突發事件前後、日內、月內、

月間等年內短期變動的特性構築而成，在如此複雜且多元的海、陸象營力雕塑 下，河口地形在不同時距勢必展現著人為開發時甚為關鍵的變動特性；而釐清各 種不同的時距是瞭解當前海岸管理問題的絕佳途徑，海岸地形學者也已經著手從 事此議題的研究(Woodroffe，2002)。因此能否掌握河口地形變動的回復及循環特 性，著實攸關河口海岸建設工程與生態規劃方案的成敗。

河口地形的變動受到自然與人文因子的掌控，前者主要包括潮汐、逕流和風 浪，後者強調人為活動對河口地形的影響，諸如流域內水庫的建造、河海工程、

土地利用及河床的沙石開採等；依據營力的不同，河口地形大致可分為風浪主導

型(wave-dominated)、逕流主導型(river-dominated)與潮汐主導型(tide-dominated)

等三類(Perillo，1995；Woodroffe，2002)，各國學者對於逕流主導型河口地形的

研究成果最為豐碩，風浪主導型次之，潮汐主導型河口最少(李春初，1997)。由

於台灣東部多數河口地區的人為活動較少，北海岸各河口規模不大，西南部河口

沿岸平原雖然廣闊，但長期變動或持續擴張，或鮮有變化，潮差甚小使得日變化

的程度更是微不足道。故本研究摒除這些地區，選擇西北部沙質海岸南段的中港

溪河口作為研究區域，因為此處的潮汐、風浪等自然因素較具影響力，各種時距 的形態變動較同區各河口都要明顯。因此，本研究以潮汐主導型的中港溪為例，

探討河口地形在強潮環境中的變動特性，並有以下三個具體的目的：

1. 瞭解中港溪河口地形不同時距的變動特性。

2. 釐清不同時距河口地形變動特性與營力特徵之間的關係。

3. 探討中港溪河口地形變動的回復性與循環性。

圖 1-1 研究區域圖

第二節 文獻回顧

過去各國對於河口的研究以河海工程、海岸動力、水理、環境生態的學者居 多，純粹探討地形的文獻近年來才日益增多，其中不少研究藉由室內的數值模擬 實驗分析，並依此結果推論未來地形的變動趨勢，實際經過野外測量、室內統計、

分析數據進而歸納其變動特性的地形學研究並不多見。以下針對研究目的，分別 就不同時距河口地形變動特性及變動特性營力探討的相關文獻加以說明。

(一)河口地形不同時距的變動特性

澤本正樹等(1987)在阿武隈川河口沙洲變動過程的研究中以航照和地形圖 比對河口地形的長期變動，主要的特徵是右岸沙洲的持續成長和左岸沙洲範圍的 縮減；短期的變動著重在颱風事件造成的差異，經過數次的實地測量，發現暴雨 過後河口外水下沙洲和沙洲脊的堆沙量增加且形狀有明顯的變化。其中，長期時 距的地形變動，分為歷年地形圖和航空照片的比對分析，發現在歷年劇烈的颱風 事件後變動量最大，再對照各個颱風的海、陸象數據，初步歸納 30 年間，足以 造成河口沙洲崩壞的逕流量界檻值；短期時距則利用 1985、1986 兩年較完整的 營力資料，推估大規模出水時的河口地形變動模式(圖 1-2)。

資料來源：澤本正樹等，1987

圖 1-2 河口地形於大規模出水時的變動模式圖

圖 1-2 中各個數字代表的意義：c河口沙洲的存在形成阻擋水流的效應，因

此水平與垂直水流流速分佈的流場須加以計算；d計算流域內大量的輸沙量；e

在河口處對於沙洲邊緣侵蝕速率的推算；f口外海底地形變動量的推估；g沙洲

頂部溢流洪水侵蝕量的計算；h針對洪水溢流後集中或分流機制的分析；i河口

沙洲當洪水溢流作用發生時阻擋效應的再計算； j巨浪來襲時暴風型海灘的形成 與濱線後退量的評估；k暴風末期海灘回復情形的推算；l沙洲前端堆積現象的 評估； l洪水沖出河口後的動向分析；l對於口外階狀堆積層的解釋。由此可知，

颱風事件期間河口營力的運作過程頗為複雜，瞬間的形態變動與較長時距理應有 所差異，釐清此短時間內的動態機制便成為本研究的重點之一。

惲才興(1988)在長江河口潮灘沖淤的研究裡，利用貝殼遺跡定年、文化遺址 比對及歷史海圖的套疊，發現千年來長江口向海擴張的速度為每 40 年 1 公里，

近百年則為每 23 年 1 公里；短期時距則在灘面上佈設剖線，監測灘面的變動情 形，同時也進行風力、潮位、流速、波浪等資料的蒐集，以說明潮灘於季節性年 週期與暴風事件短週期內的形態變動，結論中提到年週期的規律性明顯受到風暴 事件的干擾。謝欽春等(1994)關於潮汐主導型甌江河口潮灘相帶的研究中，以捕 沙器測量一次漲、落潮後的泥沙堆積量，每天收沙的紀錄顯示大潮時的堆積厚度 明顯高過小潮，堆積物粒徑的粗細也有同樣的特徵。另將河口地形的變動分為潮 周期變化、季節變化、長期變化與風暴期間的變化等時距；其中，由於潮汐影響 力大，潮灘的形態隨著漲、落潮而有明顯的日變動，季節間在微地形和沈積物分 佈的特性上亦有差異，夏季受到風暴潮的侵襲，河口地形容易產生較大的變動。

Perillo(1995)指出在各項營力的強力作用下，河口是海岸帶上最能夠展現無 論各種時空尺度(space-temporal scale，表 1-1)皆具有敏感變動特性的地形單元。

地形學在測量上的時間單位，小自分、秒，大可到一個世紀，影響河口形態變動 的因素便依時距的長短會有所不同；造成河口短期變動的因素主要包括沈積物的 輸入及其與沈積環境的互動，長期變動則受到海準面升降、流域內氣候變動等因 素的影響。由於河口形態的敏感與多變，就地形變動的時間尺度來說，短期時距 以年、月、日內的研究較為恰當，長期時距則意指數十年或一世紀的變動趨勢。

表 1-1 地形學時空尺度的觀測單位 巨尺度

(Megascale)

大尺度

(Macroscale)

中尺度

(Mesoscale)

小尺度

(Microscale)

空間(Space) 公里 公里 公尺 公分 時間(Time) 世紀 年/月 日/小時 分/秒

資料來源：Perillo，1995

McManus(1998)在蘇格蘭中部潮汐主控的泰河河口(Tay Estuary)的研究裡將

歷年的地圖校正、套疊，提到由於流域內的輸沙供應不絕，1833-1985 年間河口 的長期變動是潮埔持續東推移，至今已向外延伸達 4 公里之遠，而短期變動的焦 點放在月內大、小潮間堆積形態的差異，指出大潮時河口堆積的沙量會有顯著增 加的現象，沙、泥的粒徑也比小潮時要粗，不過堆積物仍以懸浮質為主，可見得 潮汐營力起動底沙並搬運、堆積的作用顯著。Cooper(2001)在南非風浪主控型河 口的研究中提及河口地形在一般性能量與突發性能量的變動特徵，當地多數的河 口皆具有一道攔門沙洲而屬於沒口型河口，若潮汐的營力夠大，亦會有類似三角 洲的地形堆砌在河床上，且通常隨著漲潮時較強大的堆積作用而逐漸向上游發 育、移動(圖 1-3)，與風浪同為河口地形短期變動的主控因子；但夏季洪水事件 的大水不但將底部堆積的漲潮流三角洲沖回原來河海交界的位置，更大的逕流營 力可能在極短的時間裡直接淘空河口堆沙，迫使河海營力重新在此競逐。

資料來源：Cooper，2001

三角洲前緣生成時間：

1. 1988/2 2. 1988/4 3. 1988/8 4. 1988/12 5. 1989/3 6. 1989/7

圖 1-3 漲潮型三角洲位置變動示意圖

Yang 等(2001)在中國長江口潮埔淤積率的研究中，將地形變動劃為長、中、

短三個時距，長期變動意指過去 2000 年以來，潮埔以平均每年 5 平方公里及 17

公尺的速度向東擴張；中時距的近 20-30 年裡雖也有明顯的淤積現象，卻由於流

域內沈積物供應的不同而產生時空的變動特性；短期變動藉由河道橫剖面的測

量，發現年內河口段中堆積最為顯著的是在高程約 3 公尺、潮汐週期裡遭水覆蓋

時間約 3 成的區域，且具有大、小潮的月內循環特性。Woodroffe(2002)探討時間

尺度的階層性(hierarchy)時指出，海岸地形於長時距的變動趨勢，是由數個無事

件(non-events)的中、短時距所串連而成，其間地形變動的特性可能取決於風浪營

力的強弱、沿岸漂沙或逕流輸沙的多寡等因素；極端突發事件對於海岸系統的意 義，則是高能量、低頻率的實質干擾，尤其當強度超過地形變動的界檻值(threshold) 時，“瞬間尺度(instantaneous-scale)”的變動特性便一覽無遺。

國內的研究方面，郭金棟(1990)指出，台灣四周海岸地形的變動在過去將近 百年的長時距裡，存在著時間與空間的差異性，西部海岸在近 20 年來多半有逐 漸向外淤積的情形，其中在苗栗地區擴展了 600 公尺，平均每年 5 公尺，最多甚 至有 10 公尺的增加量；不過年內短期的季節變動卻有冬季灘面高且陡而夏季低 且平的特徵。石再添等(1996)提到，台灣河口形態的日內變動受潮汐營力的影 響，大潮差的河口，在一次潮汐週期內的灘面差異相當明顯；季節變動的影響因 素主要為流量變化和季風的轉換，夏季較大的逕流量造成河口地形的侵蝕現象，

冬季較強的東北季風則形成以堆積作用為主的灘面。林雪美(1996)在台灣西部河 口的研究中指出，西部海岸潮差較大，中港溪至急水溪間的河口日內變動特別明 顯，漲、落潮灘面的水平差異可達 897 公尺之遠；年內季節的短期變動則因為冬 季東北季風穩定、強勁的長期吹拂，形成河口段多呈現右淤左沖的形態，出海處 並有右岸沙洲向南延伸的情形，中港溪即屬此類；利用台灣堡圖、各版地形圖的 比對，中港溪的長期地形變動被歸類為時進時退、變化不定型河口(表 1-2)。

表 1-2 中港溪河口不同時距的地形變動類型

時間尺度 瞬間變動 日內變動 季節變動 長期變動

變動類型 較少型 明顯型 中度型 時進時退型

資料來源：林雪美，1996

由上述文獻可知，過去學者對於河口地形不同時距變動情形的探討，會運用 相異的研究方法與途徑，短期方面以現場的灘面剖線及營力的實測為主，長期則 大多利用地圖或航空照片比對的方式進行。此外，短期時距皆界定在一年之內的 時間，包括突發事件變動、日內變動、月變動及季節變動，長期時距的定義則較 為分歧，由數十年至百年不等，其中的關鍵端視研究者能夠掌握歷年地圖、航空 照片與營力數據等資料的多寡而定。

(二)河口地形變動特性的營力探討

陳吉餘(1957)提到，人為因素對河口地形的影響甚大，海堤或江堤等水工措

施削弱了風浪對河口的侵蝕作用，並在一定程度上限制著河口流路的擺移範圍，

河口形態與興建人工建物之前有明顯的差異。澤本正樹等(1987)指出，一次颱風 之後，河口沙洲的形態出現顯而易見的變動，1985 年 7 月 1 日的颱風帶來每秒 約 2800 立方公尺的洪峰流量，一天便把河口寬度由原來受沙洲阻擋的 60 公尺沖 開成將近 170 公尺寬；河口沙洲的存在與否，便端視河水逕流營力的強弱而定。

須賀堯三(1993)也提到河川逕流量與河口寬度間的密切相關性，以日本天神川、

阿武隈川等河流為例，說明暴風雨來襲時流量迅速增加，河口的寬度及橫斷面深 度皆會遭到大水沖蝕而產生立即加大的現象，其界檻值約為 1500CMS 的 5 日平 均逕流量。謝欽春等(1994)的研究提及人為活動對地形的影響，河口南槽建堤使 北槽流水量大增，1979-1981 年間有高達 160×10

立方公尺的淨沖量，造成口外 淤積量明顯上升。平山健一等(1994)在日本岩手縣中、小河川的研究中提到，河 口地形變動的特性與河流規模有很大的關係，河流規模小的河口由於平時的逕流 營力不足，相較之下，較容易在短時間內閉塞並形成沒口的形態，通常河口沙洲 發達的情形也特別顯著。Cooper(1994)在南非 Mvoti 河所做的研究，主要是分析 劇烈的氣象突發事件對河口堆積形態造成的影響，說明在一次突發事件後河口沙 洲遭到沖毀，但因為進入全年枯水季後沿岸輸沙量的供應不絕，使其回復週期甚 短，且回復後的形態與沖毀前雷同(圖 1-4)，並指出造成這種逕流主導的小型河 流河口形態短期變動的主因就是類似的自然突發事件(catastrophic events)。

資料來源：改繪自 Cooper，1994

圖 1-4 河口沙洲形態循環變動圖

Bird(1996)提到，河口沙洲的形態敏感，降雨旺盛的季節，由於陸象逕流營 力的增強，河口流路多半會直接循著直線前進而將沙洲壩(sand bar)沖開；直到沿 岸流營力強勢的時期，漂沙量的增加，修補了沙洲被洪水沖出的開口，便逐漸堆 砌回原先沙洲壩橫亙在河口位置的形態。此外，流域內大型水庫、壩堤的興建，

除了造成河口淘深、侵蝕下切外，河口處向左、右兩側延伸海岸線上的沙灘，亦 因流域內的沈積物來源減少而出現嚴重的侵蝕現象，就尼羅河的例子而言，亞斯 文高壩完工後的幾年之內，平均每年沙灘侵蝕後退的速率最高可達 40 公尺。堺 茂樹等(1996)在日本東北太平洋沿岸所做的研究顯示，河口地形可分為數年變動 一次、一年變動數次與變動頻繁等三類，變動的頻率與河口變動指標呈現正比的 關係，其指標主要與逕流及風浪營力較有關連，但流域面積大於 10 平方公里的 河口才適用這個推論，河川規模過小的河口並不具有相同的變動特性。沈煥庭等 (1997)則提到，長江河口地形的變動與流域內的人為活動關係密切，包括圍海造 地、航道加深、污水排放工業與生活用水的擷取、南水北調以及三峽大壩等工程，

造成河口地區水質變差、逕流量減少、鹽水入侵的範圍擴大和河床的侵蝕作用增 強等結果；人為工程的影響，將使得長江河口地區大規模的潮埔逐漸受到風浪的 侵蝕而面積縮減。田中仁等(1997)於日本七北田川河口的研究發現，河口沙洲在 人為的河床採沙後發生顯著的變動，但經過現地測量與分析，此人為活動與沙洲 形態變動間的相關性卻不高，而是大潮時強盛的漲潮流將蝕餘的沙洲持續往上游 方向推移造成的結果。長林久夫等(1998)於日本東北河口地形的研究中探討降雨 量與河口幅之間的關係，提及由於中、小型河流水文資料難以齊備，以降雨量代 替逕流量，以便分析逕流營力在暴雨過程中造成的衝擊；歸納得知，只要 2 日累 積降雨量達到 40 公釐，河口將被沖開，流長未超過 25 公里者的界檻值則為 25 公釐累積降雨量。

Phillips(1999)在美國東岸海崖地區的研究中提到，兩個月內經過連續兩個颱

風事件的侵襲，前一個颱風(Bertha)淘蝕崖腳，大浪帶走堆積於此的枯木與礫石

碎屑而減弱了地形的抗力，造成在下一個颱風(Fran)過後，海崖幾近垂直，並內

縮 3-12 公尺的巨大侵蝕現象，因此營力來襲的時間序列(timing)亦可能相當關

鍵；在此營力發生時序特徵的影響下，Neuse 河口海岸地區的堆積形態產生了回

復與循環的特性，兩個颱風事件的接續來襲，使得海崖明顯受蝕後退，但在短短

數個月的時間內，崖腳位置上的堆積物又重新出現(圖 1-5)。

地形變動 ( 崖) 面退後

崖面 枯木

崖腳礫石碎屑

資料來源：Phillips，1999

圖 1-5 河口海崖形態回復與循環特性示意圖

Barrie 等(2000)對於人為活動與加拿大 Fraser 河口三角洲形態變動的研究中 指出，為了溫哥華港埠的航運需要，Fraser 河口三角洲遭到大規模人為工程的修 飾，除了河道濬深的抽沙量超過河流本身的輸沙量而逐漸形成河床下切的趨勢 外，影響河口形態最鉅的莫過於近岸地帶興築三道垂直海岸的防波堤；造成河口 北岸細沙堆積的情形日益嚴重，使沿海岸線上的人工建物受到威脅，南岸更因為 上游側的沿岸漂沙來源銳減，產生嚴重的侵蝕現象，可見人為活動在河口的地形 變動過程中扮演的角色亦不容忽視。Cooper(2001)在南非沿岸眾多河口的研究中 則提到，由於強勁的風浪營力常年對南非東岸進行作用，河口多半呈現沒口的狀 態，僅幾個具有較大逕流量的河口能夠保持終年開放，在其對於在河口地形的分 類上，這類河口反而屬於逕流主導型，紐西蘭和智利也都有不少相近的例子。沈 煥庭等(2001)提及，大潮時漲、落潮流起動底沙的能量為小潮時的 4-6 倍，即大 潮時河口具有更高濃度的懸浮物質含量，其間的堆積作用也較小潮時更為顯著。

康乃恭(1962)探討台灣海埔地之河川與河口時指出，河川上游的人為活動會 影響河口的輸沙情況，最明顯的例子是阿公店水庫完工之後，上游的輸沙受阻於 水庫的壩堤之內，造成阿公店溪河口附近的海岸沙洲出現逐年侵蝕、縮減的情 況，且南北兩岸海岸線已有些許後退的現象。湯麟武(1964)提到，潮差大小是影 響河口形態的主因之一，潮差大的河口，漲潮流堆積現象旺盛，但落潮流的強大 沖刷力使河口的水道保持暢通，潮差小的河口則容易因為漂沙堆積而堵塞河口；

另也談到大部分河口沙洲的成形與海象營力密切相關的特性。郭金棟(1990)指

出，沿岸輸沙以兩種形式向河口海岸進行作用，分別是與海岸平行的沿岸流漂 沙，以及與海岸垂直的向、離岸漂沙，前者影響台灣海岸地形的長期變動，後者 則控制著短期季節變動的差異，且由於冬季風浪大，侵蝕作用使灘面變的高而 陡，與夏季灘面間的差異可達 20-50 公尺之多。張石角(1994)的研究亦提到台灣 西部海岸外緣大多為平淺的海底，侵蝕性磯波在近岸時能量已不若東部海岸的強 大，西海岸之所以有受蝕退後的現象，較有可能是因為陸地上各種攔砂壩及水庫 等攔河工程和河床上的不當採砂，使河流輸沙量銳減而導致海岸沈積物的收支失 衡。林雪美(1998)在台灣西部河口地區短期變動的研究中指出，河口海岸地區地 形變動的時間特性有不規則的突發性變動和較為規律的週期性變動兩種類型，

海、陸突發事件所產生的最大能量對河口地形的影響，通常比平均能量重要，往 往造成短時間內明顯的地形變動，如颱風、地震或夏季經常發生的豪、大雨等。

張喬盛(2001)對於東部三個河口的研究中則是提到，在颱風事件營力的牽制下，

沙洲殘留的情形會因為河流規模及暴雨造成的洪峰流量大小而有所差異。秀姑巒 溪的河水流量與流能較大，一次颱風事件之後，沙洲流失的面積廣達 3 萬平方公 尺；同時，在河海營力相互牽制的過程中，河口沙洲於短期年內的時距裡呈現著 階段性的變動特徵(圖 1-6)。

資料來源：張喬盛，2001

圖 1-6 河口沙洲形態變動的時間特性示意圖

綜合以上所述，影響河口地形的因子複雜、多變，各個河口皆存在著相當程

度的獨特性。在潮汐營力較大的河口，由於潮汐作用的時間特性顯著，大潮時的

堆積量超過小潮，漲潮流造成的堆積速率也較落潮流更快；此外，各項營力在最

大能量發生的時序先後，在地形變動的過程中亦扮演了非常關鍵的角色。

第三節 研究理念、架構與方法 (一)研究理念

根據 Schumm(1988)就地形演育的概念，長時距的地形變動可視為一條平滑 的曲線，河床高度會有逐漸下蝕的情形，若擷取其中一段時期，則可發現其間的 地形呈現小幅度的波動現象，並在某一個時間點上發生較為明顯的變動；此波動 的趨勢裡，實由各段更小時距的地形變動特性所組成，但如果將地形變動的時距 縮小到 1 天之內，變動量則難以觀察，些微到幾乎沒有變化(圖 1-7)。此地形平 衡類型的概念用在河床高度或地形風化、侵蝕與堆積的個案研究上相當適切，但 由於河口地形的變動頻繁，極具敏感性與複雜性，尤其潮汐營力較大的區域，日 內的地形變動更是非常顯著，年內的月間與季節變動特徵亦有差異，與圖中所示 的概念相同之處，是在持續推進、擴展的海岸環境中，同樣會有受到重大突發事 件的誘發(trigger)，地形因而產生較大規模的侵蝕或堆積現象(圖 1-8)。

時 間

穩定時距 (1 日) 循環時距 (千萬年)

河

床 高 度

均夷時距 (千、百年) 循環時距 (百萬年)

資料來源：Schumm (1988)

圖 1-7 地形演育的平衡類型與時距示意圖

系統狀態

時 間 誘發力

地形變動 動態平衡趨勢 誘發力

資料來源：Haslett (2000), Woodroffe(2002)

圖 1-8 研究理念示意圖

本研究便根據地形演育的平衡類型與時距的觀念，秉持日內變動、月內變動 及月間變動組成短期年內的變動情形，再以此短期變動的特性構成長期的變動趨 勢，而突發事件的巨大營力通常會導致地形產生最明顯變動的概念，探究河口地 形 的 長 期 變 動 在 河 、 海 突 發 事 件 的 誘 發 下 ， 是 否 也 具 有 動 態 平 衡 (dynamic equilibrium)的趨勢(Haslett，2000；Woodroffe，2002)。此外，在地形學的研究中，

針對各種不同時距的研究也會有相異研究方法(methods)與操作方式(techniques) 的概念(Goudie，1994)，亦是本研究的焦點所在。本研究便依循這個理念探究河 口地區在不同時距下的形態變動，並選擇單一河口進行各項營力的量化以深入分 析其形態變動的特性，進而參考過去國內對於河口形態長期與短期變動特性的研 究成果，以釐清潮汐主導型中港溪河口不同時距的變動特性。

(二)研究架構

如圖 1-9 所示，河口地形的構成與逕流、潮汐、風浪三個自然營力因子的交

互作用密切相關，如高屏溪為逕流主導型河口，營力的特徵便造成河口顯有沙洲

堆積的現象；烏溪、濁水溪皆為潮汐主導型河口，口外的潮埔寬廣而連續，日內

的河口沙洲形態差異極大(林雪美，1996)；風浪主導型河口如東部的水璉溪、馬

武窟溪，都具有由北向南延伸的左岸沙洲旺盛堆積的形態(張喬盛，2001)。當各

具特色的營力施加在此河海交界的範圍內，隨著時距的長短不同，地形將展現或

多或少的變動情形，在複雜且多變的營力主控之下，便具有變動的差異性、回復

性與循環性。就地形學的三要素而言，即是營力作用在一個特定的空間裡，經過

時間的不斷向前推演，河口的堆積形態會呈現獨特且顯而易見的時空變動特性。

逕流 潮汐 風浪

河口地形

突發事件變動 短期變動 長期變動

變動差異性 變動回復性 變動循環性

營力

空間

時間

時空特性

中港溪河口地形不同時距的變動特性

圖 1-9 研究架構圖

(三)研究方法

地形學的研究，針對不同時距會有相異的方法。本研究欲探討各種時距下河 口地形的變動特性，首先以短期年內的實地測量為主，分析實測灘面形態與營力 數據間的關係，再進而將此短期時距置入數十年的長期時距裡，利用各版地形 圖、相片基本圖與航空照片，判釋歷史突發事件與地形變動的關連性，最終希望 能統整、歸納中港溪河口地形不同時距的變動特性。因此，研究方法便有以下的 設計。

1. 文獻、資料蒐集

(1)蒐集國內外學者對河口形態，如地形、水文水質及輸沙量等變化情形的 學術文獻，並加以評讀。

(2)就短期年內與突發事件前後的變動而言

蒐集中港溪河口地區兩年來的漲、落潮時間和潮差數據、波高、風浪週期、

逕流量、潮流方向等資料，記錄研究期間颱風等突發事件的規模、影響範 圍與帶來的降雨量，以釐清地形變動的原因。

(3)就長期變動而言

蒐集中港溪近數十年的流量、輸沙量等相關營力資料，並留意中港溪流域 各水庫與河海工程的興築與地形變動之間的關係，探究各自然、人文各因 子對河口形態的影響。

2. 地圖判讀、野外實察與統計資料蒐集 (1)就突發事件的變動而言

a. 在一次暴雨前後分別測量灘面剖線，以瞭解颱風前後的河口形態變動。

b. 利用鉛錘及皮尺測量河道橫剖面，得知颱風前後河底堆積狀態的變動。

c. 以電波流速計測量暴雨前後的河水流速，計算變動前後的流量變化；

以手持式風向風速計測量事件前後的風力變動；以橋墩水位標記目測 颱風前後的水位變化；估算事件前後的風浪浪高、週期，以便與中央 氣象局的海、陸象資料相互校正。

d. 設立定位樁測量突發事件前後河口沙洲的堆積高度，以得知颱風前後 堆沙高度的變動量。

(2) 就短期的日內、月內變動而言

a. 每次測量工作進行時，於兩岸臨河、臨海共四條剖線分別實測灘面的

逐時變動情形，內容包括剖線長度與高度。

b. 每月大、小潮日進行野外實測灘面剖線，由此可知月內不同潮位間灘 面形態的差異。

c. 利用兩岸臨河、臨海共四根木樁，紀錄河口地區堆沙的日內變動量。

d. 利用儀器測量一次潮汐週期內連續 12 小時及月內大、小潮位的風向、

風力變動，風浪浪高、週期，以及河水逕流量、河流輸沙量等資料，

以便解釋一次潮汐週期和月內不同潮位灘面形態的變動特性。

(3) 就短期的月間變動而言

a. 野外實地測量灘面剖線，以得知期間的灘面形態變動情形。

b. 測量沙洲長軸的方位角與長度，以顯明營力與沙洲形態間的關係。

c. 以風向風速計測量各月的風力、風向變化，以流速計測量各月的流速，

以計算逕流量，以懸浮沙計測量各月的河流輸沙量，以利灘面變動特 性解釋工作的進行。

d. 實地採取河口臨海、臨河、灘面各點及垂直沙各層的堆積物樣本，以 便進行野外實察後的室內沈降分析實驗。

(4) 就長期變動而言

a. 依據各時期描繪、製作的堡圖、地形圖、相片基本圖及航照圖，重新 繪製河口地形長期變動圖，得知數十年來河口、海岸的變化情形。

b. 根據過去學者對於河口地形長期變動的研究成果，比對各版地圖，蒐 集流域內每年輸沙量及各項海、陸象營力的統計資料，說明長期河口 堆積形態變動和自然因子間的相互關係。

3.室內實驗

(1) 利用沈降管實驗進行堆積物質的粒度分析，藉由粒徑中數與淘選度以瞭 解河口沈積環境的營力特性。

4.室內工作：

(1) 運用 Microsoft Excel 軟體繪製河口地形剖面圖，以說明短期時距下河口 地區堆積情形的變動特性。

(2) 運用 MapInfo 4.1 軟體繪製灘面平面形態圖，利用求積儀計算灘面與沙洲 的面積，說明河口地形在短期時距下質、量的變動特性。

(3) 運用 Golden Software Surfer 6 軟體繪製灘面立體形態圖，以軟體內建功 能計算灘面體積，說明短期時距下堆沙量的變動特性。

(4) 利用相關係數的統計方法，分析風浪、河水逕流量及潮汐等營力對河口

地形短期與颱風前後變動的影響。

(5) 疊合歷年航空照片與營力數據，分析河川輸沙量、風浪等營力數據對河 口地形長期變動的影響。

(6) 比對中港溪河口地形不同時距的變動特性，分析本區地形變動的回復及 循環等特性。

其中，在本研究中佔有相當份量的灘面實地測量工作，是利用自動水準儀與 箱尺進行。每次皆自該日乾潮時間開始施測，河口右岸以防風林前端為基站，從 臨海側起測，每隔 20 度做一條剖線，針對剖線上高低起伏的點位施測；左岸由 於灘面較為寬廣，且海岸線大致上與海寶防潮堤平行，故每一條剖線的起點就直 接設置於堤防上，每隔 30 公尺的距離安排一條剖線，分別依序讀得剖線上具有 起伏特徵各點的二維數據。

於此，每次的測量工作，右岸會有 13 條固定的剖線，左岸有 11 條固定剖線，

但在這些固定剖線之間，若河口沙洲或濱線明顯的轉折特徵，便需要加做剖線，

以呈現更接近實際狀況的灘面形態，增加的剖線數目視情況而定，施測剖線如圖 1-10 所示，施測日期詳見表 1-3。本研究實地測量的項目除了灘面距離與高度之 外，還包括風向、風速、風浪浪高、週期，河水逕流流速、懸浮物質含沙量，潮 汐水位高度、潮流流速，以及臨河、臨海側木樁的灘面堆沙高度，並採取灘面及 垂直沙樣，以便室內粒度分析實驗的進行。採沙的工作皆於當日乾潮時間進行，

利用小鏟子擷取固定點位上 1 至 3 公分厚的堆積物樣本(圖 1-10)，以顯明河口地 區臨海、臨河與具有渦流特徵之河海交界(或濱堤)位置上的堆積物粒徑，在易受 到潮汐漲、落影響範圍內的變動情形。

灘面剖線的測量以自動水準儀及箱尺操作，灘面的剖線、平面形態與立體形 態圖皆以此實測的基礎資料轉繪而成；風向、風速以手持式風向風速計、河水流 速以電波流速計、河水含沙量以手持式懸浮沙量計進行測量，現場測得的各項營 力數據，與得自中央氣象局及水利署的資料經過相互比對、校正之後，本研究對 於營力與現象的解釋始更有立論的基礎。

灘面資料處理的作業，以 Microsoft Excel 軟體繪製灘面剖線圖，歷次的剖線

於此相疊，便可知長度與高度的變動量；同時，利用測量時每條剖線的方位角度

及距離在方格紙上繪出灘面的平面圖，再轉繪至 MapInfo 4.1 版軟體中，最後疊

合歷次灘面的平面圖，利用游標的點選便可呈現每次灘面剖線的變動量(包括距

離及方位)。接著，在繪製原始平面圖的方格紙中，定出靠上游側灘面邊境固定

的 x 軸與 y 軸，因此在第一象限內河口灘面的每一個測點皆擁有一個二維座標 (x,y)，搭配單位轉換成公尺的測點高程數據，即得到每個測點的三維座標(x,y,z)；

此三維座標在每一岸的灘面約有 100-150 個實測點位，運用內差法將具三維座標 的點位數量擴充至 250-300 點後，在 Golden Software Surfer 6 軟體內鍵入各點 x、

y、z 的數據，待軟體內建的 Kriging 內差模式將這些三維座標的數據資料轉換成 網格資料後，灘面的立體圖便可呈現。最後，並在 Grid 一項，軟體可計算出此 灘面於海準面(當初給的 z 值為 0 者)之上的體積(volume)及平面面積(surface area)，藉此可知歷次灘面體積與面積的變動量。

★

★

★

★

★

★

註：★ 1 和 ★(1) 表示右、左兩岸臨海側採沙位置；

和 表示兩岸臨河側採沙位置；

和 表示右岸河海交界處採沙位置與左岸灘面濱堤採沙位置。

★2

★3 ^★(3)

★(2)

圖 1-10 中港溪河口灘面施測剖線及採沙位置示意圖

表 1-3 中港溪河口地形施測時間一覽表 操作項目

施測日期

潮位

時間 灘面 剖線 堆積物 採樣

風力 風浪 逕流 水位

堆沙 高度

河道 橫剖 面

備註

2001.7.10-12 大潮 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ

2001.7.20-21 小潮 ˇ ˇ ˇ ˇ

2001.8.13-14 小潮 ˇ ˇ ˇ ˇ

2001.8.18-19 中潮 ˇ ˇ ˇ ˇ

2001.8.23-24 大潮 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ

2001.9.8-9 小潮 ˇ ˇ ˇ ˇ

2001.9.14-15 中潮 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ

2001.9.20-21 大潮 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ

2001.10.20-21 大潮 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ 2001.11.3-4 大潮 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ 2001.11.24-25 小潮 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ 2002.1.29-30 大潮 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ 2002.219-20 小潮 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ

2002.4.4-5 小潮 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ

2002.5. 5 小潮 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ

2002.5. 26 大潮 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ

2002.6.25-26 大潮 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ

2002.7.18-19 小潮 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ

2002.8.24-25 大潮 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ

2002.9.14-15 小潮 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ

依據這些繁雜的研究方法，本研究設計出一套如圖 1-11 中展現，適合探討 河口地形不同時距變動特性的研究流程。

研究動機與目的

文獻蒐集與回顧

研究區選擇

研究理念與架構

資料蒐集 地圖計測 航照判讀 野外實察

室內分析 統計分析

整理歸納

撰寫報告

圖 1-11 研究流程圖

第四節 研究區概況

中港溪河口地區的堆積物以沙質為主，位在全島潮差最大、潮汐營力最強的 海岸上(郭金棟，1988)，屬於潮汐主導型的河口(林雪美，1996)。河口堆積形態 屬右岸沙洲型，由於海岸地區每單位面積承受的河流輸出量較大、堆積旺盛所 致；河口地形變動時的主控營力包括風浪和潮汐兩種，各種時距的形態變動因其 潮差較大，以日變化最為明顯。1904 至 1989 年間的河口地形時進時退、變化不 定；年內季節的變動上，明顯受到風浪與暴雨帶來巨大逕流量的影響，產生右岸 沙洲延展或內縮甚至消失的循環(林雪美，1996)，相較於同為潮汐主導型的後 龍、大甲、大肚、濁水等溪，更具有不穩定、多變的特徵。

中港溪河口在各項因素的影響下，於西北海岸呈現著較為特殊的河口堆積形 態，合乎本研究欲探討的兩大主題：河口地形在不同時距下的變動特性，以及各 種營力與此變動情形之間的關係，因此選擇中港溪河口作為本研究的對象。

(一)地理位置與流域的地形特性 1.地理位置

中港溪河口位在台灣西北部的沙質海岸，自上游源頭開始，流經的地區為苗 栗縣境內的低山丘陵。主流發源於樂山西北邊海拔約 2000 公尺處，至竹南鎮出 海，主要的支流有南勢溪和峨眉溪；河流的集水面積有 218.12 平方公里，流域 面積 452 平方公里，主流長 49.20 公里，海濱長則約 5 公里，屬次要河川。

2.地形特性

河流下游段坡降 0.44％，河口外坡降 0.47％，在台灣西部河口中被歸類為平 緩坡降型河口；河流開口狀況方面，河口寬度 700 公尺，流路方向為 N60°W，

平口方向 N48°E(林雪美，1996)。

3.流域內人為工程

流域內建有劍潭、永和山與大埔等三座水庫以及位在南庄鄉的田美攔河堰，

近河口處並有 61 號省道西濱快速公路、國道第二高速公路、海線鐵路及 1 號省 道等主要道路的橋樑工程，最靠近河口地區的橋樑是西濱快速道路的玄寶大橋，

最近完工的則是第二高速公路的工程；河口左岸已築有海寶防潮堤，堤前堆放一 道消波塊，右岸則只在防風林前方規劃了兩列消波塊堆砌堤，大潮滿潮時海水的 波浪越過消波塊，直及右岸沙丘前緣。

(二)海陸營力特徵

依河海能量分類，在平均能量上屬於潮汐主導型河口；最大能量上則屬潮 汐、風浪的混合營力主導型河口。以下就各主要營力分別說明之。

1.逕流作用

就降雨量而言，年平均 1932.71 公釐，河流平均流量為 761.23 × 10

m

/yr ；平 均輸沙量為 5.10×10

MT/yr，沖蝕深度為 7.63 mm/yr(經濟部水資會，1985)，皆 屬於西北部較高的值。最大瞬間流量為 2620CMS，最大日平均流量是 811CMS(經 濟部水資源局，1999)。

2.潮汐作用

以最接近的觀音及台中測站來看，前者的沿岸流資料為流向 WSW、ENE，

平均流速 40.82 cm/s，後者流向 SW，流速則為 50.28 cm/s。在潮差方面，新竹測 站的平均值為 3.85 公尺，苗栗通霄附近的平均最大潮差高達 5.90 公尺(郭金棟，

1988)，屬於台灣各段海岸線中潮差最大的區域。

3.風浪作用

以河口地區的風力而言，代表此處之新竹測站的資料顯示，東北季風持續的 時間較西北部其他海岸地帶更長，幾乎達到 50％的頻率。此外，風浪營力上主 要是根據新竹南寮測站的資料，夏季波高 1.80 公尺，冬季波高 1.74 公尺，年均 波高 1.77 公尺，各項數據皆大於西部海岸的其他地區。

4.人為活動作用

張智原(2000)在台灣西北部海岸變遷的研究裡提到，淡水河至頭前溪之間，

因為陸源沈積物的供應失調，加上沿岸人工建物的影響，導致大部分的河口在近 年來皆呈現沿岸沙丘與防風林遭侵蝕後退的狀況。不過中港溪流域內的人為工 程，包括田美攔河堰、劍潭水庫、大埔水庫或永和山水庫，都是規模過不大且近 年攔沙功能並不彰顯的建物，對於河口地形的影響著實有限。

(1)水庫、壩堤

由歷年河流輸沙量資料與這些人為工程興建年代對比的結果發現(表 1-4)，

1957 年完工使用的劍潭水庫，興築前後的河流輸沙量大量銳減，兩者相差 8 倍

之多，似乎不太可能出現在一個有效蓄水量僅 56 萬立方公尺的小型水庫個案

裡，可能與當時測量設備老舊或流量記錄轉換時的疏失有關。同時，由於突發事

件期間的河流輸沙量大多直接沖入海中，短時間內對於河口沖淤形態的影響不

大；且颱風期間的大量逕流，對於河口地形變動機制的作用是即時而劇烈的，無

法與人為活動的影響相提並論，故此河流輸沙量摒除颱風事件期間的大量輸沙

量，僅就一般時期的平均輸沙量而言。之後陸續興建完工的大埔水庫與永和山水 庫，其壩堤修築的前後 3 至 5 年，每年的河流平均輸沙量都沒有減少，大約都在 3 萬至 5 萬公噸之間；更有甚者，較知名的明德水庫

規模更大的永和山水庫，在 水庫完工、正式使用之後，中港溪的河流年輸沙量還超過水庫完工前達 2.1 萬公 噸。由此可知，水庫或中上游壩堤等人工建物，對於河口地區獲得逕流輸沙量的 影響相當些微，也就是說，中港溪流域內的水庫、攔砂壩或攔河堰等大型人為工 程，不但不易造成河口地區輸沙來源的減少而導致河口海岸的侵蝕現象，就長期 的時距而言，河流輸沙量在人為建物完工前後的變動亦不顯著，與河口地區歷年 來侵蝕後退或堆積推進的變動趨勢關係不大。

表 1-4 中港溪流域內水庫建物與興建前後河流輸沙量一覽表 水庫

名稱

完工 時間

建物 地點

有效蓄水量 (m

)

完工前河流輸沙 量公(噸/年)

完工後河流輸沙 量公(噸/年) 劍潭水庫 1957 苗栗縣造橋鄉 56 萬 16.8 萬 2.2 萬 大埔水庫 1960 新竹縣峨眉鄉 900 萬 3.3 萬 4.8 萬 永和山水庫 1984 苗栗線頭份鎮 2842 萬 3.7 萬 5.8 萬

資料來源：桃園農田水利會、苗栗農田水利會、經濟部水利署

(2)海寶防潮堤

椹木亨(1982)、堀川清司(1991)、水村和正(1992)、Viles 等(1995)、Bird(1996)、

蕭開泰(1998)、Haslett(2000)及 Hamblin 等(2001)的研究顯示，當沿岸建有堤防時，

堤前灘面受到近岸碎浪反射波能的衝擊而產生堤腳淘蝕與濱線侵蝕後退的現 象。因此沿岸或河海交界處的堤防建物對於地形變動也具有一定的制約力；中港 溪河口左岸在 1995 年完工的海寶防潮堤，堤防長超過 1 公里、高約 3.5 公尺，

為河口地區最主要的人工建物。經過航空照片的比對，堤防修築前 7 年的左岸灘 面較修築後 6 年稍小，後者在臨河側河道流路由西北偏向西南的轉折點上有些許 的堆積現象產生，並造成流路在此處轉折的曲率變大；通過平口線附近後往，西 南的流路方向亦稍微南偏，不過整體而言變動不大，至少 6 年來，堤防前的海岸 線，也就是左岸灘面的濱線，並沒有明顯受蝕後退的情形(圖 1-12)。因此，海寶 防潮堤的興建就現階段而言，對於河口地形變動的影響性亦不高。

1 1970 年完工，位在苗栗縣頭屋鄉的明德水庫，有效蓄水量為 1650 萬 m³。

資料來源：農委會林務局農林航空測量所

註： 表示海寶防潮堤； 表示玄寶大橋； 表示流路轉折的堆沙處

77P94(一)•171

五福大橋、堤防興建前 堤防、玄寶大橋興建後

90P35•0169

玄寶大橋興建前

81P26•100

圖 1-12 中港溪河口人為工程興建前後地形變動圖

綜合以上所述，相較於自然營力，中港溪流域內的人為活動對地形變動的影 響較低。除了上述的水庫、壩提及堤防，諸如 1990 年完工的五福大橋和 1997 年 完工的玄寶大橋等跨河橋樑工程前後皆沒有顯著的地形變動(圖 1-12)，河口的整 體形態並未出現侵蝕後退的跡象；可見大型人為工程對於中港溪河口地形的影響 似乎不大，人為作用的因子於此可被忽略，本研究遂將著重在自然因子與各時距 地形變動特性的探究。

(三)河口的堆積特性 1.河口堆積形態

中港溪河口在分類上屬於潮汐主導的右岸沙洲型河口，河海交界處的水域寬 闊、平淺，河口流路在經過平口附近的轉折之後，水路靠近左岸入海，兩岸皆有 沙丘的堆積，尤以左岸的沙丘發育最為旺盛。灘面形態以右岸灘面堆沙較高，但 臨河側面積受侷限，臨海側稍微寬廣；而除了自東北向西南延伸的沙洲，右岸尚 有一處面積不小的潮埔。左岸灘面則相當寬廣且平坦，坡度起伏變動不大。乾潮 時兩岸的沙灘皆連綿甚遠，無礫石的堆積，滿潮時幾無灘面，河口位置內縮，風 浪甚至直接拍擊左岸臨河側沙丘及臨海側堤防前緣(照片 1-1 至 1-4)。

2.河口堆積物粒徑特性

堆積物的特性方面，分別就冬、夏兩季的口內、平口及口外三個地點做灘面

以及潮間帶內垂直沙上、中、下層堆積物的粒徑加以分析，不論冬、夏季，粒徑

都屬於粗沙級，且淘選度良好(well-sorted)；此外，由於夏季颱風侵襲時的巨大

能量，堆積物粒徑普遍較冬季要粗。

照片 1-1 中港溪河口兩岸灘面及沙洲形態

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照片 1-2 中港溪河口右岸灘面形態 (攝於 2002.7.18) 照片 1-3 中港溪河口左岸灘面形態 (攝於 2002.7.18)

2

資料來源：台灣海岸之美--西部篇，2000 年，漢光文化出版。

照片 1-4 中港溪河口左岸乾潮灘面形態 (攝於 2002.1.29) 照片 1-5 中港溪河口左岸滿潮灘面形態 (攝於 2002.1.29)

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照片 1-6 中港溪河口左岸海寶防潮堤 (攝於 2001.7.10) 照片 1-7 中港溪河口右岸消波塊堆砌堤 (攝於 2002.5.26)