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五虎寮橋附近的地質調查研究
摘要
經過一年的研究，我們發現這裡有豐富的地質資源，化石、峽谷、與河流侵 蝕作用的現象，可以規劃做為嘉義縣市民與同學們野外休閒與教學的活動區、親 水區。五虎寮橋歷經多次的滄桑，更是活生生的教材。這裡離八掌溪上游約 26 公里，所以從河流發育的現況來看，也接近穩定，只要我們珍惜這些自然資源，
愛護它，使它與「樹木銀行」、「自然教育中心」、「觸口吊橋」及「阿里山國 家風景區管理處」連成一條帶狀的觀光區，可補足上述這幾個地區在「地層、地 質河流」方面缺少的遺憾。
一、研究動機
六上的時候，我們的自然課有一個單元是「大地的奧妙」，其中有一個單元 是「流水使大地改變」在課程中有提到水流的強弱及河道坡度會影響大地的改變 在課程中也有做的實驗是先設置一個灣曲的河道，用不同強弱的水流沖在河道上 游的小泥山，再觀察泥山上的泥土如可被帶走，在哪裡堆砌成沉積面，而在不同 地帶的石塊大小、形狀。
於是在這次的課程結束後，我們這一個小組想要以河流侵蝕、搬運、堆積作 用和地質有關的「河道地形、地層」為主題，來做深入的探討，並且在老師指導 下進行討論，提出一些上課沒有學習到的問題進行研究；而這一個野外調查研究 的地點就是「嘉義縣番路鄉的五虎橋」。
二、研究目的
本研究希望經由流水台等沖蝕實驗，瞭解五虎寮橋附近的河流地形是怎樣形 成的。為了達到這個目的，除了展開五虎寮橋附近地質調查外，並針對主題，擬 定下列的問題進行探討。
（一）五虎寮橋附近河岸剖面的地形與地質，有哪些特徵？
（二）河流的搬運和坡度的關係如何？
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（三）河流的侵蝕與組成岩層之顆粒大小有關係嗎？
（四）為什麼在陡峭的河岸岩壁上有凹洞產生？
（五）五虎寮橋附近陡峭的峽谷地形和哪些因素有關？
（六）五虎寮橋附近河床上的堆積物有哪些？這些堆積物是怎樣形成的？
（七）為什麼這裡的化石會成破裂狀？
（八）為什麼這裡會有那麼多的小土柱？
（九）怎麼知道八掌溪五虎寮橋附近的河道向北移動？
（十）如何將五虎寮橋的峽谷地形規劃為「愛護河流、親近河流」的戶外活動區？
三、研究設備及器材
傾斜儀、地質槌、木板、黃色大木板、模擬河道、滴管、量杯、電子秤、砂 子、大石頭、中石頭、小石頭、泥土、水、篩網、捲尺。
四、研究過程或方法
（一）研究過程
（二）文獻探討
六上康軒自然課本曾經提到「雨水會沖刷地表，河水經過的地方，地形會改 變…」，又說「流水的力量很大，除了會侵蝕地表的泥土和砂石，還能搬運砂石；
被侵蝕和搬運的泥土，會因為流速變慢，以致搬不動而堆積下來…」。這些說法 和決定地層相對時代順序先後的幾個重要法則有關，如「因果定律」、「水平定
步驟一 野外調查 五虎寮橋 附近的地 形與地質 調查
步驟二 模擬五虎 寮橋河水 使地形改 變的沖蝕 實驗
步驟三 填寫野 外觀察 記錄、整 理資料 與照片
步驟四 研究結果 的討論與 結論及撰 寫報告
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律」、「疊置定律」、「化石次序定律」、「包裹定律」。其中疊置定律就是後 來居上的法則，例如堆置物品，總是一件件的往上堆疊，因此只要把握住哪一個 是下、哪一個是上，就能知道地層的先後順序。
（三）野外地質調查
乾旱季節，站在八掌溪河床上，這個位置正好是鄰近嘉義市之嘉義縣的五虎 寮橋下。河岸陡直的剖面，好像山谷一樣，可以看到明顯的地層一層一層排列。
從文獻探討裡，我們知道這些地層是過去很久很久以前，一些細砂被河流帶到大 海，沉積到海底以後，一層一層堆積，等到地殼變動隆起成為陸地，再經過河水 侵蝕作用後，就是我們現在看到的砂頁岩地層。這些地層按「堆疊定律」來說，
下面的地層一定比上面的地層先形成，而地層中的礫石層，它們堆疊的情形，也 是一樣。我們把在五虎寮橋附近的野外調查，用照片、文字與圖畫做成紀錄，並 使用「傾斜儀和地質錘」測量地層的傾斜與走向，回到教室加以整理、分析，以 便作為探討與研究的資料。
（四）八掌溪五虎寮橋附近野外地質調查記錄 五虎寮橋位置圖：
97.9.15 辛樂克颱風時五虎寮橋斷掉 99.7.5 五虎寮喬新橋啟用 五虎寮橋
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八掌溪原名八獎溪，因有赤蘭溪等八條小溪合併而得名，發源於阿里山 山脈的奮起湖，流經嘉義縣、嘉義市，由台南縣出海，流長約 81 公里，流域面 積約 475 平方公里。五虎寮橋位於嘉義縣中埔鄉與番路鄉交界，屬中埔鄉社口 村，台 18 號公路 14.8 公里處。我們以五虎寮橋舊橋為中心，前後兩公里的範圍，
區分成八個露頭，進行研究，以下是這八個露頭的野外觀察描述：
露頭一
來到五虎寮，下車後我們隨著蜿蜒的果園和雜草叢生的小徑，逐漸往下走，
最後來到八掌溪的河床。現在所站的位置是舊五虎寮橋下方，腳底下踩的是頁 岩。河岸南邊的頁岩層靠近河水，有一部份浸泡在水裡。北邊的頁岩層是河岸的 剖面，兩邊頁岩層的走向約為北偏東二十六度，向西傾斜一度，近水平。河道 的兩旁是高聳的河岸，接近垂直，上面長了許多雜草，除了砂岩頁岩互層的地 層外，河床兩岸的上半部，都是礫石層。這些礫石層地層中的鵝卵石大小不 同，有的大，有的小，有些地方較密集有些較稀疏。往東看，河岸距離河床水 面的高度較低，往西看，河岸高度較高。在這裡，裸露的岩層一剝就會掉落，
非常鬆軟。
露頭二
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五虎寮橋附近河床上的堆積物，不是石頭就是沙，也有少許的漂流木。在 這一處八掌溪河岸南邊的河床上有很多沙子，周圍附近石頭較小。河床上一些 空曠、沒有石頭覆蓋的地方，地勢較低，依實際景觀看來，由於比較低，所以 曾經積了水，現在水乾了，上面形成的一層泥地，產生龜裂。石頭和石頭之間 有水，河道中的石頭並不密集。往東走一些，還不到五十公尺，石頭群變大，
最大的超過一公尺以上，最小的也有是三十公分。在河道上仍然可以看到舊的 五虎寮橋的舊的橋墩，有的是圓型，有的是方形，河道兩端的橋墩是方形，河 道中間有兩根巨大的橋墩。往西看，有四組貨櫃屋矗立在河床上，原來是颱風 來橋斷的時候，當作臨時的橋墩。貨櫃屋的鐵皮有些地方生鏽裂開，可以看到 中間都灌滿了水泥，增加重量，防止被河水沖走，其中有三組貨櫃屋在一起，
分為上下兩層，兩個在下層，一個在上層。
露頭三
同一個地層裡的岩層有不同顏色在這裡有三個凹洞，凹洞大小大約為三點八 公尺，在直立的河岸上，原本河岸是平整的，之間凹了進去，這三個洞為上長左 右短，有地下水滲出
三個大凹洞的岩層中佈滿了小洞，小洞有半隻地質鎚大，我發現，洞中有地 下水滲出，岩壁吸水後就變成較深的顏色，這些較小的凹洞形狀和大小都不一 樣，這些小洞都凸出來而不是凹進去，不管是大凹洞還是小凹洞都有明顯的層 理，一層一層的，只要輕輕一拉就可以取出，而附近的河岸是層積岩，每層的顏 色都不同，有的深，有的淺。
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露頭四
五虎寮橋附近北岸的地層裡，也有一些小凹洞，這些凹洞的位置在露頭三的 東邊不遠的地方。從地質錘所放的比例看來，有些凹洞是長條形，凹進去的地方 正好和層面平行。因此層面有多厚，凹洞上下的高就是多少，而長度約為 20 至 50 公分，大小都有。在直立的河岸上，看起來顯得很特別，因為原本河岸是平 整的，在層面之間凹了進去，密密麻麻，好像蜂窩一樣，有些凹洞附近有地下水 滲出，所以導致層面的顏色會比較深。
這些較小的凹洞，形狀和大小都不一樣，由於這些小洞凹了進去，使得岩層 變成都凸出來。由於不管是大凹洞還是小凹洞，都有明顯的層理，一層一層的，
看得很清楚，他們的膠結也不好，只要輕輕一捏就可以擠碎，而附近一層一層的 河岸顯示是沉積岩的特徵。
露頭五
這是在舊五虎寮橋下的北邊，在河岸旁的山壁下。第一處化石有許多小於 1 cm 的碎片，還有一些頂部被碎的小化石，有點像海邊的燒酒螺和一些雙殼貝，
而化石不只在表面，連靠近地面的地方都有化石存在，這個化石區的厚度有 20cm。第二區有更小的化石，還有一些有紋路的化石，一圈一圈的，還有一些 錐形的化石，厚度有 30cm，除了表面，底部與中間內部也都有化石。第三區有
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許多小石頭夾雜在其中，也呈破碎狀，一碰到石頭，就會呈粉狀，厚度也有 20cm 左右。我們巡視了不少回，都沒有完整的，化石成破裂狀。
露頭六
我們站在八掌溪河岸的北面，上方礫石層，左方的大鵝卵石直徑約 70cm，
石頭較為分散，且左上方的山壁很空曠，堆積了一些細石和沙子。而右邊的石頭 群比較密集，也比左邊的石頭還小，右下方是泥岩，顆粒較細，但左下方大石頭 下並沒有泥岩。第二個我們觀察的地點上方是礫石層，石頭大小差不多 40 公分，
更上面有一些大石頭，十分密集，且左方有許多雜草在礫石層前方，而礫石層下 方有厚約 40 公分左右的泥岩，顆粒較細，泥岩表面有一些小坑洞。往前走，我 們觀察的三個地點有許多直徑 20 公分的石頭，在大石頭右邊有許多小顆的鵝軟 石，鵝軟石上方是個山壁，山壁上方也有許多中型的石頭，而在最上面的地方，
有許多草長在上方，山壁上的石頭容易落，而下方的石頭也十分鬆散。河岸剖面 下方是泥岩，上面是礫石層？它與河道上的鵝卵石有關嗎？這是我們很感興趣的 問題。
露頭七
我們發現了這些「小土柱」位於舊五虎寮橋的南方，在我們觀察的第一個點 中間的小土柱，周圍長了許多雜草，土柱上方是平的，而土柱高度約有 5cm 左 右。土柱上方岩層較硬，周圍石頭較鬆。第二個點有三個高度約 14cm 的土柱集
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中在一起，周圍泥土較鬆且較平坦，土柱上方有些不規則，有的地方較尖銳，土 柱中有些坑洞。第三個點裡面的土柱差不多 13cm；土柱上方是個半圓形，周圍 有許多植物的根長在旁邊。土柱前方是個斜坡，還有一個小石頭擋在前面，右後 方山壁上有一些坑洞，土柱後方有許多植物，土柱外部有坑洞。為什麼這裡會有 那麼多的小土柱？值得我們進一步探討。
露頭八
從台 18 號公路 14.8 公里處往北走到一處遊覽車休息站的大型停車場，我們 發現一座古老的橋樑，橋長約 30 公尺。走在橋面上，有橋的地方下面一定會有 河道，但在這座橋下卻沒有水，而且高於現在的河床十多公尺，是一片農田和種 番石榴的果園。走到橋的另一端，在橋的西方地上，把草弄開就可以看到「社口 橋」三個字。在另一邊，屬於目前八掌溪河岸，還可以看到一個傾倒的「五虎寮 橋」牌。而再向北移，97 年 9 月 15 日辛樂克颱風的暴雨沖毀的五虎寮橋，也就 是先前八掌溪河道原有的五虎寮橋已被拆除，只留下橋墩的基部殘骸。再往西邊 看，就是現在新建的新的五虎寮橋。我們為了知道從社口橋的最北邊到傾倒的前 兩代五虎寮橋橋墩舊址的距離，我們決定用步長來量，用一步 70cm 的距離計算，
大約走了 169 步，代表這兩處的距離長 118.3 公尺。
進行過野外調查以後，為了了解五虎寮橋附近現在的河流地形是怎樣形成 的，我們針對有疑問的問題，展開進一步的研究。
研究（一）五虎寮橋附近河岸剖面的地形與地質，有哪些特徵？
1.研究方法
（1）野外調查。
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（2）觀察五虎寮橋野外觀察區域內的地形、地質及其河床上沉積的情形，並加 以記錄。
2.觀察記錄
（1）舊五虎寮橋下方岩層表面是頁岩，河岸南邊的頁岩層有一部份浸泡在水裡。
河岸北邊的剖面可以看到頁岩，兩邊砂頁岩互層的走向約為北偏東二十六 度，向西傾斜一度。河道的兩旁是高聳的河岸，接近垂直，河床兩岸的上半 部，都是礫石層。這些礫石層地層中的鵝卵石大小不一。往東看，河岸距離 水面附近裸露的岩層是砂岩。
（2）五虎寮橋附近河床上的堆積物，南邊的河床上有很多沙子，周圍附近石頭 較小。河床上地勢較低的地方的積水乾了，產生龜裂的泥片。調查區域的東 半部石頭群大而多，最大的超過一公尺以上，最小的也有是三十公分。
（3）頁岩地層剖面有不同顏色，岩壁上有三個凹洞，凹洞大小大約為 3.8 公尺，
原本平整的河岸凹了進去，這三個洞都是上長左右短，有地下水滲出。頁 岩下方薄層的砂岩也佈滿了小洞，有的洞有半隻地質鎚大，洞中有地下水滲 出，岩壁吸水後就變成較深的顏色。這些小凹洞形狀和大小都不一樣，都有 明顯的層理，但是尚未到石化階段，只要輕輕一撥就可以取下。
（4）五虎寮橋附近北岸的地層裡，也有一些小凹洞，這些凹洞的位置在露頭三 的東邊不遠的地方。從地質錘所放的比例看來，有些凹洞是長條形，凹進去 的地方正好和層面平行。因此層面厚度，就是凹洞的高，而長度約為 20 至 50 公分，大小都有。密密麻麻的小凹洞，好像蜂窩一樣，有些凹洞附近有 下水滲出來。由於這些小洞凹了進去，使得岩層變成都凸出來，不管是大凹 洞還是小凹洞，都有明顯的層理，一層一層的，看得很清楚，但是他們的膠 結也不好，很容易捏碎。
（5）我們在舊五虎寮橋下，橋墩的北邊河岸旁的山壁下發現了「化石」。第一 處化石大多是化石碎屑，都小於 1 cm 的碎片。雖然是破碎了，但是我們還 可以判斷它的外形，作為分類的參考，例如：有一些頂部被碎的小化石，就 有點像海邊的燒酒螺和一些雙殼貝。而化石不只露出在岩層表面，連靠近地
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面的地方都有化石存在，這個化石區的厚度有 20cm。第二區有更小的化石，
有一些有紋路的化石，一圈一圈的，還有一些錐形的化石，也是這一層產出 化石的頁岩層，厚度有 30cm，除了表面，底部與中間內部也都有化石。第 三區的化石，有許多小石頭夾雜在其中，也呈破碎狀，一碰到就會呈粉狀，
厚度也有 20cm 左右。
（6）我們站的位置是八掌溪河岸的北面，上方礫石層，左方的大鵝卵石直徑約 70cm，而右邊的石頭群比較密集，但是比左邊的石頭還小，右下方是泥岩，
顆粒較細，但左下方大石頭下並沒有泥岩。第二個我們觀察的地點上方是礫 石層，石頭大小差不多 40 公分，更上面有一些大石頭，十分密集，且左方 有許多雜草在礫石層前方，而礫石層下方有厚約 40 公分左右的泥岩，顆粒 較細，泥岩表面有一些小坑洞。旁邊河床上有直徑約 20 公分的鵝卵石，山 壁地層裡是屬於礫石層。
3.發現與討論
（1）舊五虎寮橋下方岩層表面是頁岩，河岸南邊的岩層是砂岩頁岩互層。八掌 溪河岸北邊的剖面可以看到砂頁岩互層，兩邊砂頁岩互層的走向約為北偏 東二十六度，向西傾斜一度。從傾斜的角度看來，地層的排列仍接近水平，
因此，我們推論，此地的地層幾乎沒甚麼變動。
（2）頁岩層剖面有不同大小的凹洞，大大小小都不太一樣，河岸上大的凹洞都 是與地層層面垂直。砂頁岩互層的岩壁上，薄層的砂岩凸出，頁岩部分凹 進去，看起來佈滿了小洞，這些小凹洞，都與地層平行，都有明顯的層理，
我們推論，是「差異侵蝕」造成的結果。至於垂直的大凹洞，就有待進一 步的研究。
（3）在河床上所看到的岩層，岩石碎屑一摸就會脫落下來；片狀部分，只要輕 輕一撥就可以取下，可見岩層的膠結情形不良，是尚未到石化階段。我們 在舊五虎寮橋下的岩壁上發現了「化石」，都集中在頁岩這一層。但是這些 化石大多是化石碎屑，都小於 1 cm 的碎片，但是我們還可以判斷它的外形，
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作為分類的參考，例如：有一些頂部破碎的小化石，就像海邊的燒酒螺，數 量較多的是雙殼貝。從出露的化石，告訴我們這裡曾經是海底，我們推論：
由於水流擾動的關係，導致貝殼碎裂成屑屑。地殼上升時，岩層還沒有石化 ，因此膠結較差。
（4）八掌溪五虎寮橋段的河岸南、北兩面，上方都有礫石層，大鵝卵石直徑約 70cm，有些比較密集，但也有比較小的石頭，從大小石頭的排列看來，他 們的「淘選度」不佳，所以石頭的大小不一，但是有些地方可以看到「疊 瓦狀」的構造。河床上也有很多鵝卵石，他們的排列和礫石層裡的結構一 樣，而礫石層下方有厚約 40 公分左右的泥岩，顆粒較細。從河床上的鵝卵 石和河岸山壁上的礫石層比較，我們推論這是河流下切作用形成。由於這 裡距離八掌溪上游才二十幾公里，暴雨來臨時，大水會帶來大小不一的鵝 卵石和泥沙，所以在此堆積的鵝卵石大小就產生很大的差異。
研究（二）河流的搬運和坡度的關係如何？
（一）實驗設計
1.操縱的變因：坡度的大小
2.保持不變的變因：水量、物質重量、河道長度、捲尺。
3.應變的變因：石頭或砂的流動的情形。
（二）實驗方法：
1.把木板放在黃色板子後方，模擬河道放在木板上。
2.按照沙子顆粒大小分成 5 種，把砂放在模擬河道上，每一種 50g。
5.把 50 ㏄的水倒在沙堆上面，觀察變化，用捲尺量最遠距離，紀錄變化。
（三）實驗結果：每種砂子顆粒的變化情形，記錄如下：
1.以顆粒被侵蝕帶動，其運動的距離來記錄，結果如下表：
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表一 不同顆粒大小運動的距離記錄表
坡度 泥土 沙子 小石子 中石子 大石子
5 40.5 24.4 16.9 12.5 4.8 10 47.1 32.7 23.2 19.8 7.3 15 55.7 39.9 32.8 24.9 11.2 20 60.5 44.8 37.2 29.6 14.8 25 65.1 48.6 41.9 35.2 19.3
2.以坡度 15 度為例，觀察沙子的運動情形，並紀錄如下：
第 1 次：河道上面及下面砂偏多，中間砂偏少。
第 2 次：河道上面砂多，中間偏少，下面偏多。
第 3 次：河道上面砂減少，中間增加少許，下面較多。
第 4 次：下面砂密集，中間砂比下面少，下面砂最少。
第 5 次：上面的砂子往中間移動，中間的砂最多，但下面的砂明顯增加。
第 6 次：砂子群往前移動。
第 7 次：上面及下面的砂子分佈均勻，下面砂較少。
第 8 次：砂最多的是中間再來是上面接著是下面。
第 9 次：砂最多的是下面低的地方，再來是中間，上面無沙。
第 10 次：上面已無砂，砂較多，末端也是，大部分堆積在末端。
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（四）發現與討論
1.坡度越大，沙子物體被搬動的距離越大，主要原因是水流在坡度較大的地方流 動時，動能較大，流速快，它的搬運能量較強。
2.物體被搬動的距離長短和物體體積大小有關係；一般說來，泥岩和頁岩的顆粒 大小約 256 分之 1 毫米至 16 分之 1 毫米，砂岩的顆粒大小約 16 分之 1 至 2 毫 米。因此，從統計圖很容易就可以看出來，不管任何坡度，「泥」總是被帶得 最遠，而顆粒越大，就在比較近的地方沉積。
3.對流水的負荷來說，輕的物質被帶得遠，重的被帶得近，正好形成「淘選度」，
因此河流的上游、中游和下游各有相同特性的沉積物，如顆粒大小接近等性 質。
研究（三）河流的侵蝕與組成岩層之顆粒大小有關係嗎？
1.研究方法：河道的設計如研究一，控制變因設計如下
（1）操縱的變因：被沖蝕物顆粒的大小（如泥土、）
（2）保持不變的變因：水量（50 ㏄）、物質重量（50g）、河道長度、坡度。
（3）應變的變因：石頭或砂的流動的情形。
2.觀察記錄 類 觀察描述
泥 土
第 1 次：源頭的土堆經過水的沖蝕原本是一座山變成半座山，泥土被帶走。
第 2 次：源頭的土堆經過水的沖蝕，泥土被帶走的量增加了。
第 3 次：上面部分泥土被帶到中間及下面。
第 4 次：中間有一半的泥沙被帶下面。
第 5 次：泥砂被水帶到下面形成沙洲。
第 6 次：中間的泥沙被帶到下面。
第 7 次：部分泥砂被帶到下面。
第 8 次：下間及沙洲部分漸成形。
第 9 次：所有泥土都被帶到河道下面。
第 10 次：山已被夷為平原，泥土被沖的距離，最遠距離:67.2cm
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沙 子
第 1 次：部分沙子被帶到中間及下面。
第 2 次：最上面已無砂，中間分布均勻，下面砂少。
第 3 次：山被沖成平地，上面砂多，中間下面少。
第 4 次：上面及中間砂多分布均勻，下面砂少。
第 5 次：上面無砂；中間無砂，下面砂少。
第 6 次：同上（上面更乾淨）
第 7 次：上面已無砂，中游及下游砂一樣多。
第 8 次：下游砂變多。
第 9 次：上面及中間已無砂，下面砂多。
第 10 次：模擬河道上已無砂，砂都沈積在下面。最遠距離:51.9cm
小 石 子
第 1 次：石頭平均往前移，些許往後。最遠距離:20cm 第 2 次：石頭群分兩堆，分成兩堆。最遠距離:21.4cm
第 3 次：些許石頭往前移，上面變成一堆。最遠距離:34.3cm
第 4 次：源頭處沒變，上面部份和下面部分連在一起。最遠距離:35cm 第 5 次：上面部份積成一堆，中間的地方。最遠距離:37.5cm
第 6 次：石頭群只有些許移動。最遠距離:37.8cm
第 7 次：在上面部份的石頭些微移動，而中間和下面沒動。最遠距離:38.7cm 第 8 次：上面的地方已被清空，中間及下面的石頭分布均勻。最遠距離:41.3cm 第 9 次：石頭沒動。最遠距離:41.3m
第 10 次：下面的石頭往前移，中間和上面的沒動。最遠距離:43.9cm
中 石 子
第 1 次：石頭都往前移。最遠距離:18.2cm
第 2 次：石頭分為兩堆，前堆較少。最遠距離:21.3cm
第 3 次：石頭分為三堆，前堆數量中，中堆數量多，最後面的一堆數量最 少。最遠距離:22cm
第 4 次：石頭分為兩堆前堆和後堆。最遠距離:23.1cm 第 5 次：前面的石頭群些微往前移動。最遠距離:24.6cm 第 6 次：石頭群沒移動，只有第一顆往前移。最遠距離:26cm
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第 7 次：有石頭群大幅往前移動。最遠距離:32cm 第 8 次：石頭群些許移動。最遠距離:37.8cm 第 9 次：石頭群都沒有移動。最遠距離:37.8cm 第 10 次：移動不明顯，但有移動。最遠距離:38.1cm 大
石 子
第 1 次：只有一顆石頭往前。最遠距離:12 ㎝。
第 2 次：只有三顆石頭往前動一下，最遠距離還是 12 ㎝。
第 3 次：一樣只有第一顆移動。最遠距離:13 ㎝。
第 4 次：全部都有往前，分佈較散。最遠距離:14 ㎝ 第 5 次：石頭群在上面部分分成 3 堆，最遠距離:17.5 ㎝。
第 6 次：在上面部分分散平均，最前面那堆最少。最遠距離:17.7 ㎝ 第 7 次：在上面部分減少，最前面那堆增加。最遠距離:17.7 ㎝ 第 8 次：石頭些許往前移動。最遠距離:18 ㎝。
第 9 次：石頭群在上面分成兩堆，靠近中間的那堆最多，最遠距離:18.6 ㎝。
第 10 次：石頭沒動：最遠距離:18.6 ㎝。
3.發現與討論
（1）不管泥土、沙子、小石子、中石子、大石子，在十次的沖蝕實驗中，都能達到 下方終點，水平的黃色塑膠版上的堆積物逐漸增加，堆積的情形很明顯。
（2）顆粒越細，被帶得越遠，顆粒粗的，帶動的距離較短（如下圖 1）
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研究（四）為什麼在陡峭的河岸岩壁上有凹洞產生？
1.研究方法
（1）使用壓克力雨槽，作為模擬河道，並架成 15 度的傾斜。
（2）堆積一些砂石，再用塑膠燒杯裝水，模擬河水流動。
（3）觀察砂石流動及其沈積的情形，並加以記錄。
岩壁上垂直於層面的凹洞的模擬流水實驗，實驗設計時改成平面式，以供觀察。
河水流動遇到阻礙時，會 造成一些渦流。
渦流與岸邊裸露的岩層 表面產生摩擦、侵蝕。
岩壁上的小洞，逐漸受渦 流的迴旋侵蝕形成凹洞 岩壁上平行於層面的凹洞的模擬流水實驗，觀察。
軟硬兩種不同的物質 軟的物質容易受到侵蝕 硬與軟的下凹對比成凸 3.發現與討論
（1）凹洞的形成，以左圖來說，五虎寮橋河岸裸露的岩壁，屬於頁岩層，它的 膠結原本就不是很好，在遇到暴雨時，河水上漲超過凹洞的上緣，加上這 裡正好是轉彎處的攻擊坡，河道前方有一些巨石等阻塞河道，易形成渦流，
假如岩壁上恰好有小凹洞，配合渦流迴旋侵蝕，日積月累，洞自然會加劇。
（2）右圖是膠結不良的砂頁岩互層，只要河水上漲，砂頁岩互層的地層中，脆 弱的頁岩層容易受到侵蝕而脫落、流失，形成凹進去的小洞，相對於暫時
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文風不動的砂岩層，變成砂岩是凸出了；其實砂岩並沒有凸出來，只是頁 岩凹進去而已，在地質現象中，就稱為「差異侵蝕」。
研究（五）五虎寮橋附近陡峭的峽谷地形和哪些因素有關？
1. 研究方法：流水台侵蝕作用
（1）河床上的砂石被採走，作為建築材料，裸露面容易受下切侵蝕，
（2）假如河床上覆蓋砂石的話，水流雖然會搬動一些砂石，但是不至於嚴重的 形成大深谷。
（左圖）
水流再多，河床 表 面 是 毫 無 影 響，石子底下的 河床安然無恙
（右圖）
在 模 擬 流 水 台上，先鋪一 層泥土，再鋪 一 層 小 鵝 卵 石，在打開水 龍頭實驗。
2.發現與討論
（1）從河流現狀來推論，現在的八掌溪五虎寮橋附近的峽谷狀地形，和河流發 育的三種情況，「向下侵蝕」、「向側侵蝕」、「向源侵蝕」這三者來說，
，應該是屬於「向下侵蝕」，也就是河床一直以來，被挖深了。
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（2）從野外調查的紀錄和現場的照片來看，這裡河床的寬度，並沒有顯著的改 變，河道是有往北偏移，因為我們找到了河道往北移的證據，這裡留到研 究九的時候再詳細說明。
（3）由於河道只是往北偏移，向側侵蝕部分又不明顯，所以可以推測，到豪雨 季節，水位突然暴漲，河水侵蝕與搬運的能量一定大增。從文獻資料我們 知道 60 年代，台灣經濟開始蓬勃發展，各地建設紛紛展開的那一段時間，
此地正好有一家採石場，河床上的石頭慢慢地變成建築材料，河床失去一 件保護的外衣，自然而然就會加速河水的「下切作用」，如此一來，向下 侵蝕自然就會勝過向兩側的侵蝕，於是「峽谷地形」就慢慢的形成了。
研究（六）五虎寮橋附近河床上的堆積物有哪些？這些堆積物是怎樣形成的？
1.研究方法：野外觀察法
我們在五虎寮橋附近河床上進行野外調查，我們的調查結果記錄在筆記簿 上，回到學校後再做整理、討論和分析。
2.觀察記錄
五虎寮橋附近河床上的堆積物，有石頭也有沙。在這一處八掌溪河岸南邊的 河床上沙子較多，周圍附近石頭較小。目前正是枯水期，所以河水集中北邊的「水 道」，石頭和石頭之間只有少許的水。河道中的石頭並不多，但是較大的石頭一 顆一顆間格排列，正好可以踩著度過河水到北岸岩壁下方。往東看到的石頭變 大，數量也多了起來，最大的超過一公尺以上不少，最小的也有是三十公分，但 是像拳頭大小的也很多。在河道上仍然可以看到舊的五虎寮橋的舊橋墩，有的是 圓型，有的是方形，河道兩端的橋墩是方形，河道中間有兩根巨大的橋墩。往西 看，有四組廢棄的貨櫃屋矗立在河床上，有些鐵皮已生鏽，甚至裂開，由下向上 掀起來，可以明顯看到整個貨櫃都是水泥。
3.發現與討論
（1）這些壞的、舊的貨櫃，原來是辛樂克颱風來時，五虎寮橋被上游下來的大
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水沖斷的時候，當作臨時的橋墩。貨櫃屋的鐵皮有些地方生鏽裂開，可以 看到中間都灌滿了水泥，原來是為了增加重量，防止被河水沖走；其中有 三組貨櫃屋在一起，分為上下兩層，兩個在下層，一個在上層。
（2）在五虎寮橋附近河床上的堆積物，大小都有，顆粒並不一致，所以河水對 此地來說，「淘選度」並不好。甚麼是淘選度呢？在六上第二單元老師上 到「大地的奧秘」，其中有一部分是介紹到河流有三種作用「侵蝕作用」、
「搬運作用」、「堆積作用」。其中有關搬運作用，上課有同學從網路上的 資料提出「淘選度」來問老師是甚麼意思。經過老師詳細解釋以後，我現 在知道，河流在搬運的時候有一定的能量；力氣大的話，能夠搬運的東西 多，或搬走體積比較大的東西。還有因為力氣一樣大，所以堆積在河床上 的鵝卵石大小應該會一樣。
（3）為什麼在五虎寮橋這附近，河水的「淘選度」不好，這會跟這裡的地形有 關係。第一個原因是八掌溪上游流經觸口天長地久以後，來到五虎寮橋時，
正好碰上 S 形轉彎，水流大時速度快，夾帶下來的泥沙、石頭不但量多，
且顆粒有可能較大。第二個原因是此地的河道並不是很寬，假如水量突然 增加，那麼河水水位立即會升高，水位一漲高，浮力增加，隨著大水下來，
大小石頭都能被搬動，因此河道上的石頭並不均勻。同樣的，假如某一個 地方，河流的水，多或少的時候，都相差不遠，那麼該處河床上的石頭大
小就不會有很大的差別，這也就是「淘選度」佳。
（4）因為五虎寮橋附近這一段的河水，會因颱風豪雨季節、平時的河水、乾旱 季節的時候，此段河水水量會有很大的變化，所以淘選度不佳，河床上的 堆積物大小就會不均勻。
研究（七）為什麼這裡的化石會成破裂狀？
1.研究方法：野外觀察、與牛埔段的化石做比較 2.觀察記錄
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五虎寮橋附近岩壁上的化石（一） 五虎寮橋附近岩壁上的化石（二）
八掌溪牛埔段採集的化石（一） 八掌溪牛埔段採集的化石（二）
3.發現與討論
（1）我們從五虎寮橋下的北邊，河岸旁的山壁下找到化石，這些小於 1 cm 的碎 片，連靠近地面的地方都有化石存在，這個化石區的厚度有 20cm。南岸有 一些錐形的化石，厚度有 30cm，除了表面，底部與中間內部也都有化石，
也呈破碎狀，我們巡視了不少回，都沒有完整的，因此這裡的化石都成破 裂狀。
（2）八掌溪牛埔段採集的化石，都比較完整，當然也有破碎的，不過就是讓我 們蒐集到不少完整的單殼貝和雙殼貝。八掌溪牛埔段與五虎寮段相差只有 六、七公里，算是很近，但是產出的化石卻有很大的差別。其間的原因值 得我們探討。
（3）五虎寮橋附近的地形前面已介紹過，它是一個 S 行的大轉彎，河道不寬大 約 50 公尺左右。而牛埔段的河床，從觸口下來以後，河道就比較直，大約
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是東西走向，是稍有向南偏成小弧形，而且河道較寬，位置的海拔高度教 五虎寮橋高約 50 公尺。我們推論在蓬萊造山運動還沒有完成前，這裡是海 底，五虎寮區域較深，海流紊亂，沉積在海底的貝殼易受海水擾動而成碎 屑；而牛埔段位置較高河道較直，水流擾動小，所以有機會保持較完整的 貝殼。
研究（八）為甚麼這裡會有那麼多的小土柱？
1.研究方法：野外觀察以後，回學校選擇校園一個角落做模擬實驗。
2.觀察記錄
我們在八掌溪的西邊橋墩旁發現了一些小小的，像柱子的東西。老師說這個 是小土柱。我們回到家上網查詢以後，知道「小土柱」的成因：每一個小土 柱的上面必須要有一顆石頭保護，所以當水由上向下侵蝕下來，就並不會侵 蝕到頂端有小石塊的土，但是水仍然會由旁邊開始侵蝕，所以才會形成柱子 狀。
3.發現與討論
（1）我們這組想更加了解小土柱的形成過程，於是在校園西南角廢棄的花圃進 行實驗。我們在實驗中發現,一直沖水，讓水流下來侵蝕小石頭旁邊的土，
旁邊的土就會被帶走，形成了小土柱。下面的土幾乎被帶走，土就越來越 高，好像長大一樣，變長了。不過要是石頭掉下來，或者小土柱無法支撐，
那就會斷掉了。
（2）雖然這是雨水由上而下侵蝕裸露的土壤形成的，和地質的關係不是那麼密 切，但是在野外能看到這種奇觀，我們覺得很驚訝，很有意思，所以特別 列為探討的題目。不過在進行觀察與實驗的時候老師曾經提到了水土保持 的事情，我們查了資料，才突然明白，原來這也是水土保持的好例子。以 小土柱來作為例子，要是土地上能夠種樹或種草，土壤受雨水沖蝕的情形 就會降低，甚至可以保護到泥土。經由這件事情，給我很好的經驗，我也 稍稍了解水土保持的重要和保護的方法。
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研究（九）怎麼知道八掌溪五虎寮橋附近的河道向北移動？
1.研究方法：實地勘查和測量 2.觀察記錄
在台 18 號公路 14.8 公里處的大型停車場北方，我們發現一座名叫做「社口 橋」的古老橋樑，建於民國 28 年，橋長約 30 公尺，現在橋下是一片農田和種番 石榴的果園。走到橋的另一端，在西方道路盡頭地上，發現一個傾倒的「五虎寮 橋」牌。原來颱風暴雨沖毀的五虎寮橋，不只一次，但是先前八掌溪河道原有的 五虎寮橋都已被拆除，只留下最近的橋墩的基部殘骸。現在新建的新的五虎寮 橋，就在這個地方的西邊。
3.發現與討論
（1）我們為了知道從社口橋的最北邊到傾倒的前兩代五虎寮橋橋墩舊址的距 離，我們決定用步長來量，用一步 70cm 的距離計算，大約走了 169 步，
代表這兩處的距離長 118.3 公尺。這個距離正好證明六、七十年前的河岸 和現在的河岸，大約相差了 200 公尺，這是我們計算出來的；我們是把原 先計算的約 120 公尺再加上現在的河寬，總共約 200 公尺，換句話說，河 道是往北移動了約 200 公尺。
（2）從前面的幾個研究，我們可以這樣推測，此地河道原先不寬，其實現在和 整個八掌溪流域中、上游的河寬比較起來，也是不寬，以此地的地形，暴 雨一來必定是波濤洶湧，所以難怪這裡的河道上和河岸上的礫石與礫石 層，都沒有很好的掏選度，還有貝殼碎裂得亂七八糟。還有河水下切使這 裡成為深谷，以及颱風豪雨會使得河流能量暴增而沖毀橋樑。
（3）假如將這些因素都連結在一起，那我們現在所站的這一處果園，就是早期 八掌溪的位置，而新舊河床高度也相差約 10 公尺左右；滄海桑田，正好可 以說明眼前我們所調查的位置，真的是令人感動。
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研究（十）如何將五虎寮橋的峽谷地形規劃成「愛護河流、親近河流」的戶外活 動區？
1. 研究方法：討論法
我們研究小組經過將近一年的研究，已經建立了很好的感情，現在看到這樣 的景觀，打從心裡喜歡，我們希望能透過這個研究，想想讓它能夠變成一處 永遠讓人喜歡的風景點。
峽谷部分闢建為水上泛舟區 較平坦的部分可設為親水區 3.建議與討論
（1）峽谷形的八掌溪河段，是整個八掌溪流域中，很特別的一段前後只有幾公 里，假如能選擇其中較為平坦，水量常能保持適量的水域，可以開發成一 處泛舟的地方，或者設置觀光遊覽的船，讓大家從河中欣賞雄偉的峽谷、
認識地層構造，並學會愛護環境生態。
（2）對於容易受到侵蝕的地方，應該加強固床工程、還有護坡堤防；假如能選 擇較為安全的地方，開發為親水區，假日時能供遊客親近我們的八掌溪、
體驗我們的八掌溪，讓八掌溪能夠像過去得義渡碑一樣發光發熱，成為人 見人愛的好地方。
五、結論
（一）五虎寮橋附近河岸剖面的砂頁岩互層、峽谷地形與頁岩中的化石產出與河 床礫石和河岸剖面的礫石層，都是研究區域的特徵。
（二）五虎寮橋附近河床上的堆積物有鵝卵石、鵝卵石的大小不一；河床裡有些
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細泥，因為乾燥及材質不同，且蒸發程度不均勻，乾裂情形也不同，造成 層與層間的裂縫。
（三）差異侵蝕：差異侵蝕就是侵蝕作用的速率不同，頁岩向內凹，相對砂岩 變得有點凸出，再加上河流轉彎處的渦流作用，部分厚層的頁岩被淘成圓 形的凹洞，也是此地特殊的景觀。
（四）這裡的化石會成破裂狀，是因為海洋海水擾動厲害形成的，所以貝殼碎裂 嚴重，露出海平面形成化石時，會成為碎屑。
（五）小土柱是水由上往下侵蝕外圍，上面因為石頭較硬所以沒被侵蝕。這裡正 好小石頭多，在斜坡岸邊的泥地上，才會有那麼多的小土柱。
（六）經由測量，我們從新舊橋頭柱，可以知道六、七十年前的河岸和現在的河 岸，大約相差了 200 公尺，換句話說，河道是往北移動了約 200 公尺。
六、參考資料
（一）何春蓀（1990）。普通地質學。台北：五南圖書出版有限公司。
（二）夏元瑜（1986）。河流的運動。嘉義：明統圖書公司
（三）高源清（1989）。少年地理百科。台北：牛頓出版股份有限公司。
（四）馬路灣（2005）。雲嘉南都會圈地圖王。台北：戶外生活圖書公司。
