中 華 大 學

中 華 大 學 碩 士 論 文

河川棲地綜合適合度指數之應用研究-以筏子溪為例

系 所 別：土木與工程資訊學系碩士班 學號姓名：M09604026 吳宗儒 指導教授：周文杰 博 士

莊明德 博 士

誌謝 誌謝 誌謝 誌謝

于中華大學研究所生涯中，承蒙恩師 周文杰博士與莊明德博士細心的 指導教授，在學生研究、實驗其間有所困惑時，不厭其煩的在旁指導與細 心協助，且對於論文不吝提供指導與建議，故得以非常順利完成碩士學業 生涯，僅此致上千萬分的感謝。

在現地調查實驗中，感謝特有生物保育中心 李德旺老師與筏子溪所有 調查之研究團隊，不吝協助學生測量時所需要的幫助與資料，特別感謝正 忠、允志、美洙、佩宜、立祥、彥甫，在調查其間給予的幫助，使得現地 調查可以得到精準的資料，得以順利進行論文寫作。

感謝君瑋學長、振欣學長、柏諺學長、裕庭學長的指導，家豪同學的 協助，政男學弟與所有測量實驗室裡的景田、文俊、奕軒、思捷的幫忙，

讓在研究所期間內，不論是生活上、精神上皆有最佳的寄託。

感謝我的父母給我擁有無掛心的求學環境、我的姊姊們給我的關心與 支持、所有朋友的關心與支持、若婕對我的包容。最後再次感謝所有關心 我、幫助我的人，我愛您們！並與您們分享我的喜悅。

吳宗儒 謹誌於中華大學土木所 2010年1月

中文摘要 中文摘要 中文摘要 中文摘要

本研究以台灣原生魚種作為指標生物，於筏子溪研究河段進行魚類分 布及微棲地調查，藉由農委會特有生物研究保育中心於筏子溪調查之魚類 適合度指數(如底質、流速及水深等魚類適合度指數)，建立筏子溪河段河川 棲地二維模式(River 2D)。探討不同組合之綜合適合度指數(Composite Suitability Index, CSI)模擬河川棲地權重面積(Weighted Useable Area, WUA) 的影響，並以指標魚種現地調查結果作為模擬優劣驗證的依據，進而選取 最佳之綜合適合度指數。研究結果發現，當指標魚種為明潭吻鰕虎時，第 一次魚類分布現地調查結果(2008年10月)，以間斷性乘積法之綜合適合度指 數其模擬結果最佳；第二次魚類分布現地調查結果(2008年11月)，以連續性 乘積法之綜合適合度指數其模擬結果最佳。當指標魚種為中華花鰍時，第 一次魚類分布現地調查結果，以間斷性乘積法之綜合適合度指數其模擬結 果最佳；第二次魚類分布現地調查結果，以間斷性乘積法之綜合適合度指 數其模擬結果最佳。

關鍵詞 (Keywords)：棲地適合度指數、綜合適合度指數、河川棲地模式

目錄 目錄 目錄 目錄

第一章 緒論 ...1

1-1 研究動機與目的...1

1-2 研究架構...2

1-3 研究流程...3

第二章 文獻回顧 ...6

2-1 棲地適合度...6

2-1-1 棲地適合度指數 ...6

2-1-2 魚類棲地適合度指數相關研究統整 ...8

2-2 河川棲地模式...12

2-3 河川棲地模式之應用...15

第三章 研究方法與案例分析 ...21

3-1 研究河段選取...21

3-1-1 筏子溪簡介 ...21

3-1-2 筏子溪的水質、地質及氣象 ...24

3-1-3 研究河段 ...24

3-2 筏子溪河川魚類...27

3-2-1 指標魚種選取 ...27

3-3 樣區調查穿越線設定...31

3-4 研究方法...33

3-4-1 水理調查及河道測量 ...33

3-4-2 指標魚種及其微棲地資料蒐集 ...40

3-4-3 指標魚種調查 ...50

3-4-4 指標魚種數量分布 ...52

3-5 河川棲地模式建立...53

3-5-1 River 2D模式建立...53

3-6 綜合適合度指數(Composite Suitability Index, CSI)...56

第四章 結果與討論 ...58

4-1 棲地適合度因子對可用權重面積影響...58

4-2 不同綜合適合度指數分析...60

4-3 綜合適合度指數(CSI)最佳組合分析結果...112

第五章 結論與建議 ...118

5-1 結論 ...118

5-2 建議 ...118

參考文獻 ...120

附錄一：河川棲地二維模式演算模組(River 2D)簡介 ...125

附錄二：棲地河床底質 ...128

附錄三：數值地形模型(Digital Terrain Models)簡介及其應用 ...131

附錄四：預測精度 ...135

附錄五：實測水深、流速 ...138

附錄六：二維棲地(River2D)綜合適合度值表...144

附錄七：二維棲地(River2D)綜合適合度圖...152

附錄九：指標魚種實測漁獲表 ...173 附錄十：二維棲地(River2D)展示圖...176

圖目錄 圖目錄 圖目錄 圖目錄

圖1.1 研究流程圖 ...5

圖3.1 東海橋研究河段圖 ...23

圖3.2 筏子溪東海橋調查樣區空照圖(2006年)(資料來源：Google Earth).25 圖3.3 東海橋調查樣區河道圖 ...26

圖3.4 筏子溪2000年6月~2007年6月漁獲組成圖...27

圖3.6 明潭吻鰕虎 ...29

圖3.7 粗首鱲 ...30

圖3.8 調查樣區穿越線位置圖 ...31

圖3.9 研究樣格穿越線圖 ...32

圖3.10 底質粗糙高顯示圖 ...34

圖3.11 AEM1-D流速儀 ...35

圖3.12 十月份模擬水深和實測水深對照圖 ...37

圖3.13 十月份模擬流速和實測流速對照圖 ...37

圖3.14 十一月份模擬水深和實測水深對照圖 ...38

圖3.15 十一月份模擬流速和實測流速對照圖 ...38

圖3. 16 明潭吻鰕虎CPUE水深適合度圖...41

圖3. 17 明潭吻鰕虎漁獲頻度水深適合度圖 ...41

圖3. 18 明潭吻鰕虎CPUE流速適合度圖...42

圖3. 19 明潭吻鰕虎漁獲頻度流速適合度圖 ...42

圖3. 20 明潭吻鰕虎CPUE底質適合度圖...43

圖3. 21 明潭吻鰕虎漁獲頻度底質適合度圖 ...43

圖3. 22 中華花鰍CPUE水深適合度圖...44

圖3. 23 中華花鰍漁獲頻度水深適合度圖 ...44

圖3. 24 中華花鰍CPUE流速適合度圖...45

圖3. 25 中華花鰍漁獲頻度流速適合度圖 ...45

圖3. 26 中華花鰍CPUE底質適合度圖...46

圖3. 27 中華花鰍漁獲頻度底質適合度圖 ...46

圖3. 28 粗首鱲CPUE水深適合度圖...47

圖3. 29 粗首鱲漁獲頻度水深適合度圖 ...47

圖3. 30 粗首鱲CPUE流速適合度圖...48

圖3. 31 粗首鱲漁獲頻度流速適合度圖 ...48

圖3. 32 粗首鱲CPUE底質適合度圖...49

圖3. 33 粗首鱲漁獲頻度底質適合度圖 ...49

圖3.34 標準化樣格漁獲量分布圖 ...52

圖3.35 筆記本中bed點位，從左至右依序為X、Y、Z、底質粗糙度...53

圖3.36 研究河段bed點位圖 ...54

圖3.37 研究河段在Mesh中，三角網格化、平滑化 ...55

圖4.1 實際漁獲與底質因子適合度圖 ...60

圖4.2 實際漁獲與流速因子適合度圖 ...61

圖4.3 實際漁獲與水深因子適合度圖 ...62

圖4.4 實際漁獲與綜合適合度(連續性乘積法)圖 ...63

圖4.5 實際漁獲與綜合適合度(連續性幾何平均法)圖 ...64

圖4.6 實際漁獲與綜合適合度(連續性最小值法)圖 ...65

圖4.7 實際漁獲與綜合適合度(間斷性乘積法)圖 ...66

圖4.8 實際漁獲與綜合適合度(間斷性幾何平均法)圖 ...67

圖4.9 實際漁獲與綜合適合度(間斷性最小值法)圖 ...68

圖4.10 實際漁獲與綜合適合度(全部)圖 ...69

圖4.11 實際漁獲與底質曲線圖 ...73

圖4.12 實際漁獲與流速曲線圖 ...74

圖4.13 實際漁獲與水深曲線圖 ...75

圖4.14 實際漁獲與綜合適合度(連續性乘積法)圖 ...76

圖4.15 實際漁獲與綜合適合度(連續性幾何平均法)圖 ...77

圖4.16 實際漁獲與綜合適合度(連續性最小值法)圖 ...78

圖4.17 實際漁獲與綜合適合度(間斷性乘積法)圖 ...79

圖4.18 實際漁獲與綜合適合度(間斷性幾何平均法)圖 ...80

圖4.19 實際漁獲與綜合適合度(間斷性最小值法)圖 ...81

圖4.20 實際漁獲與綜合適合度(全部)圖 ...82

圖4.29 實際漁獲與底質曲線圖 ...86

圖4.30 實際漁獲與流速曲線圖 ...87

圖4.31 實際漁獲與水深曲線圖 ...88

圖4.32 實際漁獲與綜合適合度(連續性乘積法)圖 ...89

圖4.33 實際漁獲與綜合適合度(連續性幾何平均法)圖 ...90

圖4.34 實際漁獲與綜合適合度(連續性最小值法)圖 ...91

圖4.36 實際漁獲與綜合適合度(間斷性幾何平均法)圖 ...93

圖4.37 實際漁獲與綜合適合度(間斷性最小值法)圖 ...94

圖4.38 實際漁獲與綜合適合度(全部)圖 ...95

圖4.39 實際漁獲與底質曲線圖 ...99

圖4.40 實際漁獲與流速曲線圖 ...100

圖4.41 實際漁獲與水深曲線圖 ...101

圖4.42 實際漁獲與綜合適合度(連續性乘積法)圖 ...102

圖4.43 實際漁獲與綜合適合度(連續性幾何平均法)圖 ...103

圖4.44 實際漁獲與綜合適合度(連續性最小值法)圖 ...104

圖4.45 實際漁獲與綜合適合度(間斷性乘積法)圖 ...105

圖4.46 實際漁獲與綜合適合度(間斷性幾何平均法)圖 ...106

圖4.47 實際漁獲與綜合適合度(間斷性最小值法)圖 ...107

圖4.48 實際漁獲與綜合適合度(全部)圖 ...108

表目錄 表目錄 表目錄 表目錄

表2.1 台灣石魚賓水深、流速之單位漁獲量(葉明峰，1999)...11

表2.2 河川棲地模式彙整表 ...15

表2.2 丁壩之應用 ...18

表3.1 穿越線樣格編號 ...32

表3.2 AEM 1-D流速儀之規格 ...36

表3.3 模擬值與實測值相關係數及檢定結果 ...39

表3.4 MAPE評估標準 ...39

表3.5 水深、流速的MAPE評估值 ...39

表3.6 調查樣區樣格編號(黑色)與指標魚種調查序號(紅色)對照表 ...51

表4.1 指標魚種WUA比較表(單位：m²) ...58

表4.2 棲地權重可用面積值 ...59

表4.3 十月份明潭吻鰕虎MSE及相關係數表...70

表4.4 十月份明潭吻鰕虎相關係數比較表 ...71

表4.5 十月份明潭吻鰕虎相關係數檢定值表 ...71

表4.6 綜合適合度模擬值與實際漁獲均方差(MSE)與相關係數總排名...72

表4.7 十月份中華花鰍MSE及相關係數表...83

表4.8 十月份中華花鰍相關係數比較表 ...84

表4.9 十月份中華花鰍相關係數檢定表 ...84

表4.10 綜合適合度模擬值與實際漁獲均方差(MSE)與相關係數總排名...85

表4.11 十一月份明潭吻鰕虎MSE及相關係數表...96

表4.12 十一月份明潭吻鰕虎相關係數比較表 ...97

表4.13 十一月份明潭吻鰕虎相關係數檢定表 ...97

表4.14 綜合適合度模擬值與實際漁獲均方差(MSE)與相關係數總排名...98

表4.15 十一月份中華花鰍MSE及相關係數表...109

表4.16 十一月份中華花鰍相關係數比較表 ...110

表4.17 十一月份中華花鰍相關係數檢定表 ...110

表4.18 綜合適合度模擬值與實際漁獲均方差(MSE)與相關係數總排名...111

表4.19 十、十一月份明潭吻鰕虎均方差(MSE)表 ...114

表4.20 十、十一月份明潭吻鰕虎相關係數(ρ)表 ...115

表4.21 十、十一月份中華花鰍均方差(MSE)表 ...116

表4.22 十、十一月份中華花鰍相關係數(ρ)表 ...117

第一章 第一章 第一章

第一章 緒論 緒論 緒論 緒論

1-1 研究研究研究動機研究動機動機與目的動機與目的與目的與目的

台灣近年來對於環境保護與生態保育逐漸重視，在許多生態學者、環 保人士呼籲以及對河川治理觀念的轉變下，已有許多單位於河川治理時將 生態保育觀念納入規劃中；但由於臺灣的河川洪水期與枯水期之水理變化 甚大，流量改變使得河床也因此產生變動，影響魚類棲地甚鉅，若要將生 態保育納入河川整治工程中，除了應用傳統的水理計算功能外，也須兼顧 生態棲地之模擬與評估。

進年所發展之河川棲地模式（如PHABSIM及River 2D等）可根據不同 流量，配合水理模式計算不同流量各斷面流速與水深分布，再透過棲地模 式中對象物種之棲地適合度曲線(Habitat Suitability Curve, HSC)找出橫斷面 各分區之流速及水深所對應之棲地適合度指數，便可求得研究河段之權重 可使用棲地面積(Weighted Usable Area, WUA)。

河川棲地模式中設有不同組合(如只考慮流速、水深、底質或考慮綜合 因素)之的棲地綜合適合度指數(Composite Suitability Index, CSI)，以作為權 重可使用棲地面積計算之依據，然，究竟以何種綜合適合度指數之計算結 果與現地指標魚種分布最為接近？是本研究所欲探討的課題。

本研究以台灣原生魚種作為指標生物，於筏子溪研究河段進行魚類分 布及微棲地調查，藉由農委會特有生物研究保育中心於筏子溪調查之魚類 適合度指數(如底質、流速及水深等魚類適合度指數)，建立筏子溪河段河川 棲地二維模式(River 2D)。探討不同組合之綜合適合度指數(Composite Suitability Index, CSI)模擬河川棲地權重面積(Weighted Useable Area, WUA) 的影響，並以指標魚種現地調查結果作為模擬優劣驗證的依據，進而選取

1-2 研究研究研究架構研究架構架構 架構

本文一共分成五個章節，各個章節描述說明如下：

第一章緒論：介紹研究動機與研究目的，對本文的架構做概略的描述。

第二章為文獻回顧：蒐集相關的現地調查資料、文獻資料與參考資料， 包 括河川生態棲地模組、加設水工結構物對河川生態棲地的影響與評估 改善、河川生態棲地適合度指數計算與河川地形的模擬。

第三章為研究方法與案例分析：本研究中以筏子溪的福安橋段至港尾子溪 的匯流口範圍內，用二維棲地模組River 2D模擬，並且配合現地調查 的流速、水深、底質，在驗證模擬的數值是否合理、探討其適合度曲 線，並且概述各項模擬的建立方式。

第四章為結果與討論：將第三章所分析的結果進行討論，判別研究區域內 各項指標魚種的適合度曲線，並比較綜合適合度的差異性及其優越 性，如何進行棲地環境之改善。

第五章為結論與建議：對於以上的分析結果，分別的提出有效的結論與建 議。

1-3 研究流程研究流程研究流程 研究流程

首先蒐集河川棲地生態資料，評估河川的棲地生態的豐富性來選取研 究河段，並建立調查樣區，其研究流程如下：

(1)河道水理調查及測量：

依所選取的調查河段進行河道水理調查及測量，確認起始點及研究終 點，以穿越線方式進行河道測量、水理調查及底質調查。將所測量得到的 數據加以驗證，看是否合乎現地河況。

(2)指標魚種河川棲地適合度指數蒐集：

進行指標魚種河川棲地適合度指數的蒐集，蒐集流速、水深及底質適 合度指數，研究河段內一共架設六組穿越線，各組穿越線相隔三公尺，每 組穿越線內大約分為十二格樣格，每格樣格為3.0m*1.5m的尺寸，在每格樣 格內的四個角落及中間點皆測量流速及水深，每格採集記錄一次底質粒徑 大小。蒐集資料後繪製適合度指數以便建立二維棲地(River 2D)模式。

(3)指標魚種調查：

在每一組的穿越線，由右岸至左岸始算第一格樣格編號為D101，至第 十二格樣格編號為D112，在指標魚種的調查中，以12V蓄電池背負式電魚採 及器為主，為了怕人為擾動影響水生中物的活動，架設好穿越線應等候15 至20分鐘在開始電魚，電魚的方式為了避免太過於接近而採用編號為單數 的樣格來採集魚類，每一格所捕獲的魚類再進行物種及量其全體長、重量。

擁有河道水理調查及測量的資料後，將可進行二維棲地(River 2D)模型 的建立，在蒐集引用於行政院農委會特有生物保育研究中心調查團隊所調 查歷年的棲地適合度指數(HSI)；利用河川棲地模式的建立與棲地適合度指 數可得到該區域內的權重可用面積。得知棲地適合度指數後，依照不同的

條件或演算法可以得知不同的綜合適合度指數(CSI)，再與指標魚種知魚或 進行均方差與相關係數驗證，選取最佳化的綜合適合度指數(參圖1.1)。

研究動機及目的 研究動機及目的 研究動機及目的 研究動機及目的

研究河段選取 研究河段選取研究河段選取 研究河段選取

調查樣區建立 調查樣區建立調查樣區建立 調查樣區建立

河 道 水 理 調 查 及 測 量 河 道 水 理 調 查 及 測 量 河 道 水 理 調 查 及 測 量

河 道 水 理 調 查 及 測 量

指標魚種河川棲地適合度指數蒐集指標魚種河川棲地適合度指數蒐集指標魚種河川棲地適合度指數蒐集指標魚種河川棲地適合度指數蒐集

指標魚種調查 指標魚種調查 指標魚種調查 指標魚種調查

最佳綜合適合度指數 最佳綜合適合度指數 最佳綜合適合度指數

最佳綜合適合度指數(CSI) (CSI) (CSI) (CSI)的選取 的選取 的選取 的選取

WUA與TSD的MSE及相關係數比較

河川棲地模式建立 河川棲地模式建立河川棲地模式建立

河川棲地模式建立(River 2D)(River 2D)(River 2D)建立(River 2D)建立建立建立

綜合適合度指數綜合適合度指數綜合適合度指數綜合適合度指數(CSIs)(CSIs)(CSIs)建立(CSIs)建立建立建立 ^{指標魚種數量分布指標魚種數量分布指標魚種數量分布}指標魚種數量分布(TSD)(TSD)(TSD) (TSD)

權重可用面積 權重可用面積 權重可用面積

權重可用面積(WUA)(WUA)(WUA)(WUA)

模試驗證模試驗證模試驗證模試驗證

底質調查底質調查底質調查底質調查

水理調查水理調查水理調查水理調查

河道測量河道測量河道測量河道測量

底質適合度指數底質適合度指數底質適合度指數底質適合度指數

水深適合度指數水深適合度指數水深適合度指數水深適合度指數

流速適合度指數流速適合度指數流速適合度指數流速適合度指數

漁獲數量統計漁獲數量統計漁獲數量統計漁獲數量統計

調查樣格設定調查樣格設定調查樣格設定調查樣格設定

第二章 第二章 第二章

第二章 文獻回顧 文獻回顧 文獻回顧 文獻回顧

2-1 棲地適合度棲地適合度棲地適合度 棲地適合度 2-1-1 棲地適合度指數棲地適合度指數棲地適合度指數棲地適合度指數

美國魚類及野生動物署於1980年（U.S Fish and Wildlife Service）發展 一套有系統之棲地評價方法來評估開發計畫之衝擊程度，稱之為棲地適合 性分析（Habitat Suitability Analysis）。其應用基礎為建立某特定魚類或野 生動物之棲地品質評估架構，其內含有三項：（1）嘗試以量化指數值來表 示棲地狀況；（2）比較現存狀態及開發後狀態之棲地，並以數值來表示其 差異；（3）證實因開發改變棲地而使之改善或惡化之棲地指數變化（陳宜 清、何宗翰，2004）。

在評價系統之建立過程，調查者選取某代表性物種為參考，分析其餘 棲地環境各項因子變化下之表現，並將其變化狀況與所對應之有利及不利 狀況予以量化，即可得一指數尺標（scale）。由數個物種之尺標與棲地變 化狀況交叉分析，找尋其相關性及偏差，在以反向建立棲地變化之對應於 生態物種之影響量化指數，此為棲地適合度指數（Habitat Suitability Index, HSI）（USFWS,1981）。

棲地適合度指數的目的是用量化的數值來表示或預測物種對於其環境 條件的反應，來作為河川棲地品質的評估標準。亦即是以棲地品質作為監 測基礎的評估方式（Noss and Cooperrider, 1994）。此指數是數個物種存活 所須因子（life-requisite components）之總和，其數值以0到1來表示。棲地 適合度指數的基本假設是物種會選擇與使用最能滿足其生活所需之地點，

而最頻繁的使用地點出現在最高品質的棲地（Schamberger and O'Neil, 1986）。棲地適合度指數其應用基礎是為了建立某種特地、指標物種或野 生動物之棲地評估程序的架構。

因此棲地適合度指數定義為：

1 0

(HSI)= ， ≤棲地適宜性指數 ≤ 最適棲地狀態

研究區域棲地狀態 棲地適宜性指數

範圍介於0到1之間，其中以0代表完全不適合目標物種的棲地狀況，1 代表最適合棲地狀況。而且各種棲地適合度指數可以線性或非線性組合進 行運算（U.S. Fish and Wildlife Service, 1981）。

每種野生動物或魚類都有其特別對環境的要求或需求，所以在大部分 的指標物種與棲地之間的關係是非常密切的，了解此種意義及特性對於研 究棲地的知識是非常重要的一種依據。

現今社會的水資源工程及土地的利用難免會破壞或改變棲地，對於棲 地的破壞或改變所造成的衝擊是非常大且不可忽視的，所以在施工或改變 棲地前，一定要做定量及適當的棲地評估，在評估之前也必須有足夠的棲 地資訊。在美國魚類暨野生動物署以棲地評估程序做為目標，依一定的格 式發展程適合度指數(U.S. Fish and Wildlife Service, 1980)，並且依照物種 別、地域別建立出適合度指數。美國迄今所發表的棲地適合度指數大約有 250個，其中171各公布於美國地質調查所(USGS)的網站及國家濕地研究中 心的數位圖書館供各界參考利用。

就適合度指數的觀念看來，魚類對於棲地環境會有適當的選擇：在環 境適合度佳的情況下族群量會較高，出現頻度也高；若環境適合度差的情 況下族群量和出現頻度就會降低甚至趨近於零，所以魚類對於某一環境因 子的適合度太高或太低皆為不好的現象，而較均勻的地區才是最適合作為 其棲地。就此觀念來討論，在國外以往魚類學者已經觀察到許多種環境因 子會直接或間接地影響魚類對於棲地的選擇(Moyle and Vondracek, 1985)，

棲 地 環 境的 特性是 決 定 魚類 分布多 寡 的 主要 因素之 一 (Vehanen et al.,

2003)，而且在美國加勒福尼亞洲的一條名為Deer Creek河川中的研究中顯 示，魚類對於棲地的使用也有類似的結論(Moyle and Baltz, 1985)。

在同樣的環境中，對於不同的物種一定會有不同的使用方法或利用價 值，所以在了解適合度指數時，不僅是需要將不同的物種做個別的考量外，

還必須將環境因子細分為流速、水深、底質等等的因素，分別繪出所有因 子之HSI的曲線適合度圖。各個因子的HSI值的結合(如乘積法、幾何平均 法、最小值法)可得之指標物種對於研究區域的利用率，如果再乘以該研究 區域面積，即可得知指標物種知可利用之面積。棲地適合度曲線還可應用 於河川棲地改善工程的效果評估。

由於現今的棲地評估已逐漸被要求成能預測棲地改變的影響量及施工 隊於棲地復育的功效，以往的棲地評估已不敷要求，必須要有定量且完整 的評估結果，所以HSI為基礎發展棲地評估程序(Habitat Evaluation Procedure, HEP)，亦是所有國家目前所積極推動的研究方向。

2-1-2 魚類棲地適合度指數相關研究統魚類棲地適合度指數相關研究統魚類棲地適合度指數相關研究統魚類棲地適合度指數相關研究統整整整整

國內魚類相關的生態因子在許多重要的生態學者研究下，提供研究者 許多寶貴的意見及資料，以利了解各種魚類適合棲息適合度之環境，並且 已經非常廣泛的應用於各個研究領域中，本次研究主要考量魚類棲息環境 適合度以及魚類和水生生物的適合度曲線，本研究不只納入了流速、水深，

更加入了河川底質，為了制定更符合台灣河川特有物種之棲息地適合度曲 線，也選了一些重要的生物學者的生態棲地適合度指數研究進一步的統整 文獻回顧與整理，依據發表日期先後順序依年份加以簡介如下：

汪靜明等（1993）針對栗栖河川環境特性、魚類族群及其棲地生態進 行研究，調查出此河川包含有五種魚類：鯉科的台灣石魚賓、鯝魚、粗首鱲；

平鰭鰍科的台灣纓口鰍、台灣間爬岩鰍；鰕虎科的川鰕虎，其中以台灣石魚 賓、鯝魚、粗首鱲為利用水域型態較為寬廣的魚種。

李德旺等(1998)研究顯示水溫、深度和海拔高度被發現是影響高身鏟頜 魚在卑南溪流域分布的最重要因子，在水深0.4~0.5 m，水溫 15~25 ℃，海 拔高度 200~300 m 之溪段發現高身鏟頜魚的頻度最高。

李德旺（1999）在大安溪、烏溪、大甲溪、濁水溪、北港溪、曾文溪、

高屏溪、林邊溪、東港溪、四重溪、楓港溪等水域，共選定124個採集站，

以電魚法（直流電12伏特背負式電魚器）進行埔里中華爬岩鰍分佈調查，

發現其流速適合度範圍在0.6~1.4m/s之間，最適合流速為1.0m/s；水深適合 度範圍在0.2~0.4m之間，最適合水深為0.38m。

張明雄與林曜松(1999)提到台灣河川魚類棲地單調化，由水潭、急瀨、

緩流與淺瀨等多樣性的水流型態轉變為以淺瀨的形態為主，原本由巨石、

卵石、礫石與砂石組成的底質轉變為以細小砂石填滿底質間隙為主。

葉明峰等（1999）進行濁水溪上游河段魚類族群最低流量之研究，研 究所得台灣石魚賓之水深、流速之單位漁獲量（Catch Per Unit Effort, 簡稱 CPUE）(表2.1)。

汪靜明等（2000）在濁水溪流域上游栗栖溪，藉由電魚法在各魚類棲 地利用水域型態（淺流、淺瀨、深流、深潭、岸邊緩流）分類發現，台灣 纓口鰍、台灣爬岩鰍與川鰕虎於淺瀨、淺流被補獲之單位漁獲量（Catch Per Unit Effort，簡稱CPUE）最多，屬於典型嗜急流魚種：粗首鱲、鯝魚、羅 漢魚由CPUE可知，屬於嗜急流、嗜深潭魚種；而各種魚種之幼魚則屬於嗜 岸邊緩流之魚種。

葉明峰等（2000）指出，較弱小的台灣鏟頷魚在進行巡航泳速測驗時，

在流速超過1.2m/s的情況下，很難游超過30分鐘；另一項研究結果發現，鯉

科及鰕虎科最適合流速分別在0.2及0.3m/s，且當流速超過1.2的情況下，其 適合度均降至零。

林裕彬等(2000)以景觀生態的觀點出發，以無母數統計方法來分析蘆竹 鄉埤塘之景觀時空變遷，研究結果顯示埤塘在蘆竹鄉形成的過程中雖受環 境因子所限制，但人為影響的因素仍然明顯。以空間分布分析結果顯示蘆 竹鄉之北、中兩區之埤塘嵌塊體特性較為接近，且此兩區埤塘嵌塊體與南 區有較大的差異，此可能因地形與人為影響程度不同所造成之結果。

溫博文(2005)以烏溪為研究案例二維棲地模式River2D模擬南崁溪各種 流量情況下之棲地可使用面積與相同狀況下一維水理棲地模式RHABSIM 的比較，並討論河道中攔河堰等構造物對於棲地的影響，以進行生態棲地 的量化模擬與評估。

賴進松(2007)藉由數值二維及三維模式探討河川生物通道之流場特 性，分別以固床瀑布式魚道、魚骨型魚道及半圓錐型魚道為研究目標。並 以指標魚種之最大持續泳速，探討不同尺寸配置下上溯空間與休息空間之 比例。

陳芳瑜(2007)以台灣之卑南溪與高屏溪為研究區域，利用二維河川棲地 模式River 2D為演算核心，模擬河川流況及棲地型態之變化，對台灣棲地環 境型態做定量的描述；並以台灣魚類地理分區為基礎，針對卑南溪與高屏 溪研究河段之台灣特有淡水魚種棲息之水域環境條件加以探討，最後對於 河川型態與棲地分布情況之關係進行分析。

林裕庭(2008) 藉由數值二維模式探討豎孔式魚道的水理特性，模擬不 同坡度與格板間距時魚道之流速與水深的關係。並以指標魚種之游泳能 力，探討較的合適豎孔式魚道之配置。

陳柏諺(2008) 利用河川棲地二維模式來模擬河川流況，探討不同水利 建造物對模擬河段指標魚種棲地可用面積之影響。

吳振欣(2008)使用河川棲地二維模式(River 2D)為演算核心，模擬研究 河段之河川流況及棲地權重可用面積(WUA)分布情形，並探討河川棲地歧 異度及魚類上溯廊道之探討，進而設計防砂壩及魚道改善方案，透過模式 模擬出最佳之河川棲地環境。

表 2.1 台灣石魚賓水深、流速之單位漁獲量(葉明峰，1999) Depth(m) CPUE(D) Velocity(m/s) CPUE(V)

0.1 2.88 0.1 3.88

0.2 2.32 0.2 5.09

0.3 3.75 0.3 3.57

0.4 2.75 0.4 3.19

0.5 3.95 0.5 2.66

0.6 3.64 0.6 2.38

0.7 5.00 0.7 1.62

0.8 3.33 0.8 1.25

0.9 4.00 0.9 1.50

1.3 1.00 1.0 3.00

1.1 2.50

2-2 河川河川河川棲地河川棲地棲地模式棲地模式模式模式

河川棲地模式在80年代逐漸發展為重要之河川管理工具。河川棲地模 式藉由生物對棲地環境(如流速、水深及底質等)的適合度指數，用來模擬 不同條件時(如流量及河川斷面變化)水生物可利用之棲地面積。PHABSIM 模式首先廣泛應用於北美地區，歐洲地區則在90年代用於作為河川復育規 劃。其它河川棲地模式如RHYHABSIM、EVHA及Meso-HABSIM則是修改 自PHABSIM模式發展而來。CASIMIR模式將模糊理論建立生物適合度關 係。近年來發展的河川棲地二維模式則有DIVAST及River 2D等模式(如表 2.2) 。

棲地法是假設棲地面積與生態有密切的關係。先以水理方式計算各種 不同流向下的水位、橫斷面各個分區的流速分佈，再根據其資料與目標物 種的生物棲地適合度曲線可以求出研究河段之權重可以使用面積（Weighted Usable Area, WUA）。

權重面積可用以下函數來表示：

[

_{i i i}

]

_i

i F f V f D f C A

WUA=Σ ( ), ( ), ( ) ⋅

式子中F〔〕為綜合棲地適合度指數(Composite Suitability Index, CSI)；

A

i

表示第i區之水域面積，f(V

i

) 、f(D

i

) 、f(C

i

)分別表示第i區之流速、水 深及底質適合度指數。

乘積法(Product)：乘積法假設所有參數的適合度指數影響力相等。在 本研究中，將流速參數(f(V))、水深參數(f(D))及底質參數(f(S))依相乘 方式計算獲得適合度指數。

幾何平均法(Geometric Mean)：將所有參數依幾何平均的方式計算獲得 數值。在本研究中，將流速參數(f(V))、水深參數(f(D))及底質參數(f(S)) 依幾何平均方式計算獲得適合度指數。

最小值法(Minimum)：在流速參數(f(V))、水深參數(f(D))及底質參 數(f(S))內取出最小值，當做綜合棲地適合度指數(Combined Suitability Index, CSI)。

棲 地 評 估 法 採 用 溪 內 流 量 增 量 法 (Instrean Flow Incremental Methodology, IFIM)的概念，在逐漸增加流量計算不同流量之WUA。通常流 量的決定在於WUA最佳下之流量、維持平均流量棲地面積之若干百分比、

若干超越百分比流量、維持一定最小棲地面積之流量、流量-棲地面積曲線 之轉折點處。利用不同的生物棲地適合度曲線可以檢視不同目標的物種在 不同生命階段（幼期、成熟期）可利用的棲地面積變化，比起歷史流量法 與水理評估法在生態上具有更大的意義。（陳伸安，2006）。

根據田中章(2002a、b)所整理出來的棲地適合度指數計算式有下列四種：

1. 幾何平均法：

n

HSI HSI

CSI HSI × × × ⁿ

= _{1 2} ....

2. 算術平均法：

n

HSI HSI

HSI HSI

CSI HSI + + + + + ⁿ

= _{1 2 3 4} ....

3. 限定要因法： CSI =HSI₁ or HSI₂ or HSI₃ or ... or HSI_n

4. 加算要因法：

CSI = HSI

₁

+ HSI

₂

+ HSI

₃

+ HSI

₄

.... + HSI

_n

式1中各適合度性質為互相影響，以幾何平均概念來呈現；式2中以算 術平均數的概念所發展的計算式；式3是取其相關性最高之影響因子來做代 表；式4中只是概念性的分類，實際須視個別需要再加以變化。

根據資料整理乘積法、幾何平均法及最小值法公式如下：

乘積法：F=f(v_i)×f(d_i)×f(c_i)

幾何平均法：F =³ f( ) ( ) ( )v_i × f d_i × f c_i

最小值法：F=min〔f(vi),f(di),f(ci)〕

表 2.2 河川棲地模式彙整表

河川棲地模式 開發單位 備註

PHABSIM（Physical Habitat Simulation

System） 美國 地質調查所（USGS, 1980） 1D模式

RHY-HABSIM（RHABSIM） 加拿大 水及大氣研究所(NIWA,

1996) 修改PHABSIM模式

EVHA(Habitat Evaluation Software) 英國 河川生態研究室(LQHR,

1995) 修改PHABSIM模式

Meso-HABSIM（Mesohabitat Simulation Model）

美國 東北河川棲地計畫(NEIHP,

2001) 修改PHABSIM模式

CASIMIR(Computer Aided Simulation Model for Instream Flow Requirements)

英國 斯德格研究所(Stuttgart

Institute, 1990) 模糊理論 DIVAST(Depth Integrated Velocity and

Solute Transport)

英國 格地夫大學(Cardiff U.,

1998) 2D模式

River 2D 加拿大 亞伯他大學（Albert U.）

及美國地質調查所 2D模式

資料來源:引用經濟部水利署河川棲地二維模式之應用報告書(2008)

2-3 河川棲地模式之應用河川棲地模式之應用河川棲地模式之應用 河川棲地模式之應用

因天然因素或人為開發的影響，造成河岸侵蝕與河床淘刷，治理野溪 目的是防止其繼續惡化，並有效控制土砂生產與移動，達到穩定流心，減 少洪水與泥砂所帶來的災害(陳宜清，2004)。國內早期治理河川所建造的水 工結構物如固床工、防砂壩、丁壩等，大多以混凝土構築，此剛性工程強 調其安全及耐久性。在缺乏考量生態因素下，導致工程常對河川棲地產生 不利的影響。隨著國人生活品質提升，逐漸重視生態環境，政府於河川治 理時應用生態工法，應用生態工法時須在安全無虞之前提下，採因地制宜 與就地取材之原則(張君瑋，2007)。

台灣本島因特殊地形環境，使得山高平原少、河川短急、洪枯流量懸

山崩、土石流等現象，導致河川夾雜大量泥沙，造成河道分歧、蜿蜒曲折 之現象(李信孝，2003；張雅連，1998)。而隨著台灣經濟蓬勃發展，人民生 活水準提高，導致人為活動過度開發，使集水區環境品質惡化、河川水質 污染嚴重等等的問題，對於本來就地形惡劣的台灣更加的不樂觀(謝勝彥，

2003)。

河川棲地模式能根據河川中的物理特性與化學機制，模擬出各種情況 下棲地的動態變化。其最大功用為針對各種水資源開發及水利工程建設對 棲地環境造成衝擊前，可事先有效加以防範或做妥善的措施規劃，避免造 成無法彌補之傷害(吳富春，1999)。

溪流治理上，常見於河岸之抗沖刷保護措施的丁壩為一橫向構造物，

具有穩定流心、束水整流且減少兩岸沖刷等功用。丁壩區附近也會產生流 速較低的區域，因此對生態環境之復育有正面的影響(福留脩文，2002)。若 依結構形式可將丁壩分為透水丁壩與不透水丁壩二種；若依材料則可分為 蛇籠丁壩、混凝土丁壩、排樁丁壩、混凝土塊丁壩及拋石丁壩等(張君瑋，

2007)。

林秉賢(2002)由不同間距的橫向堆石群配置，觀察不同流況與坡降條件 下，其彎曲與直線渠道中經水流作用床面泥沙後之幾何變化、流況歧異度 變化、河床穩定性變化等，探討橫向堆石群與溪流棲地環境間之關係。結 果顯示橫向堆石群之設置能有效增加實驗區水深，使相對流速與福祿數減 小。於直線渠道間距配置2~4倍相對河寬所產生的河床與水流型態有最大變 化。

陳正昌(2003)利用擬似二維NETSTARTS演算模式及二維TABS-2水理 輸砂演算模式，模擬洪氾時期蘭陽溪下游段之水理流況和河床之演變，探 討河道中配置丁壩工與否，對魚類可用棲地面積之影響。結果指出丁壩影

響區中，設置丁壩後可增加達5倍之WUA。動床輸砂部份長期模擬指出，丁 壩後方的緩流區底床有逐漸淤高的趨勢，應建立丁壩緩流區清淤計畫。

周佳賢(2004) 透過渠槽試驗的方式，模擬混凝土丁壩、導流丁壩、樹 根丁壩與無結構物在直線段河道內的棲地塑造、河岸保護等功能，並以安 全與生態因子作為比較之依據。研究結果指出樹根丁壩在河岸保護能力、

河床穩定度與棲地多樣性都有相對優異的表現；導流丁壩河岸保護能力、

河床穩定度都不好，僅於低流量時能塑造多樣棲地。生態方面，以棲地多 樣性來說，混凝土丁壩與無結構物隨著水流能力的增加，其歧異度也有增 加的趨勢；而樹根丁壩不論水流能力大小，棲地歧異度都有不錯的表現。

固床工又稱為跌水工，在混凝土工法常做成橫過溪流的地樑狀。這種 水利構造物是把衝下陡坡的溪水，分成幾個階段下跌消檢位能，可以減少 河床被掏刷導致河岸崩塌。這樣的固床工可以攔住砂石，使上游的河床攤 平，因此缺少深潭供魚類棲息，另一個問題是固床工為剛性構造物，基礎 的底部若被沖蝕掏空後容易斷裂，因此分散型的固床工較為實用(廖光正，

2005)。

林岳葆(2006)在順直渠槽中設置系列丁壩，模擬丁壩種類及不同的配置 條件下之河床變化，藉由福祿數變化、挑流效果及束水整流等指標來判定 丁壩之生態性及穩定性。在考量生態、結構物安全及河岸穩定條件下，高 壩(設置高度高出原始床面3公分)時以透水長丁壩且設置間距為2.5倍壩長 之配置最佳；低壩(設置高度高出原始床面1公分)時以透水長丁壩且設置間 距為1.5倍壩長之配置最佳。

表 2.2 丁壩之應用

分類 蛇籠丁壩 混凝土丁壩

優點

壩頭可隨河床刷深下沉而固著河 底。其設計施工簡便，如妥當設計 丁壩群之壩長及壩高，對於挑流之

效用顯著。

用在急流河川，堅固、耐久、耐磨，

可配合當地河性，對減速、促進淤 積及挑流效果均佳。

缺點

蛇籠鉛絲易生銹損壞，壽命不長，

歲修養護繁瑣。

混凝土本身不透水，所受壓力大，

易斷裂；丁壩周圍受沖刷大，因而 基礎或護坦未能經濟有效的加強，

導致傾倒流失而失敗。

適用範圍 沖刷力特強，地形極易沖刷處。 滾石撞擊力強，地形變更較緩處。

資料來源:河川生態工法實務手冊(水利署，2002)

Lacey and Milla(2004)利用二維水力模組(River2D)，來評估溪內大型木 質殘株與拋石丁壩等棲地構造物的效益。研究河段位於加拿大英屬哥倫比 亞省西南方的奇力威河的支流，在研究河段設置11座溪內復育構造物後，

進行測量且建置一個數值高程模型，以利於水力模組的局部流速、水深、

沖刷、與棲地特性的預測。並在秋天高流量季節中的一次滿岸流（洪水）

事件後進行重新測量，了解洪水前與洪水後的深潭分佈型態並加以比較。

沖刷的測量比較資料用於預測剪應力與洪水前後指標魚種（銀鱒與鐵頭鱒）

的棲地指數，二維流體模式的流速與水深預測值與現地量測值進行比較 後，各具有24%與6%的平均標準差，其預測的強剪應力符合新形成的深潭 位置。在高水位時，魚類棲地指數（權重棲地面積）可增加150%至210%。

使用此水力模式可指出棲地在復育工作後的效益，並提供最佳規劃的評估 方法。這項研究不但評估了水力和型態的影響，還使用River2D證明在河川

算、模擬水力。River2D魚類棲地分析指出，溪內結構物減緩了洪水期的最 大流量，並提供魚類可以棲息的地方。

河川不僅為人類用水需求之主要來源，更為許多生物棲息、繁殖與攝 食之區域。河川棲地能夠反映出該河川的健康程度及生物場所，若棲地的 狀況良好也能孕育出良好的生態品質。河川中的生物群聚組成，由外在(陸 域)環境因子與內在(水域)環境因子共同交互決定，其受到自然與人文環境 因子影響而形成特色。而河川生物為了適應河川環境變遷，也多已演化出 求生適應之道，並形成特有的棲地生態特性(陳宜清、何宗翰，2004)。

吳富春等(1998)利用PHABSIM來評估集集攔河堰下游河段的生態基流 量，以埔里中華爬岩鰍作為標的物種，針對標的魚種棲地面積之改變進行 探討，並與天然流量狀況之棲地面積作比較。結果顯示集集攔河堰下游河 段最有效棲地流量為160cms。經過分析，建議採用80cms、110cms或140cms 做為最佳放流量，如此能維持1/2、3/4或90%以上的天然棲地面積。

陳 伸 安 (2006) 利 用 二 維 棲 地 模 式 River2D 及 一 維 水 理 棲 地 模 式 PHABSIM模擬南崁溪各種流量情況下的棲地可用面積(WUA)。研究結果以 二維模式所運算之WUA作為基準，因一維模式的斷面地形變化過大，無法 有效完整表現地貌。不論在高流量或低流量下，一維模式易高估或低估WUA 值。若將一維模式斷面資料變的密集，所計算之WUA則更能符合出模擬河 段之棲地環境。張楨驩等（2002）針對流速、水深的空間分佈進行研究，

探討河川枯水流量下魚類生存空間，根據生態基準流量評估法之歷史流量 評估法，探討在Q90法、Tennant之Q95法與水污染防制法第八條之Q75法所 得流量，針對卑南溪的流速、水深的空間分佈進行研究，其結果顯示在洪 水流況下，2.0cms為洪水中棲地流速上限。

楊承峰（2002）以烏溪九九峰地區同心橋上游至北港溪及南港溪匯流

賓作為目標的物種。結果顯示建議本河段之河川生態基準流量為6cms，同 時適當進行分流演算法以反應斷面地形特性。

第三章 第三章 第三章

第三章 研究方法與 研究方法與 研究方法與 研究方法與案例分析 案例分析 案例分析 案例分析

3-1 研研研究研究究河段選取究河段選取河段選取 河段選取

筏子溪是台中水域重要的河流之一，其富含豐富的生物資源。經濟部 水利署及經濟部水利規劃試驗所委託行政院農委會特有生物保育中心聯合 進行河川調查，在2000~2009年間，「棲地復育、保育與生態水利工程規劃 設計之試驗研究」、「全省河川生態補充調查與資料庫建立」、「烏溪水 系環境數值資料建置計畫」及「河川棲地二維模式（River 2D）之應用研究」

等等的研究計畫，在筏子溪流域河段費時建立長達九年（2000年6月~2009 年4月）之生態資料，其生態環境豐富的程度是主要選取的依據。

3-1-1 筏子溪簡介筏子溪簡介筏子溪簡介筏子溪簡介

筏子溪是烏溪最重要的支流，它的流域位於台中盆地的西側，筏子溪 的主流發源於台中縣大雅鄉橫山圳排水，它的類別屬於平地河川。筏子溪 的流域範圍北邊以大甲溪為界，西邊臨大肚山台地，東邊接麻園頭溪，由 北到南，匯集了各個平地逕流、農田排水及大肚山區各個山溝、野溪流之 水，匯合大里溪後段再流經台中縣市都會區於烏日鄉流入烏溪。

筏子溪的縱斷面及大斷面經全面重新測量的結果（我們的筏子溪-筏子 溪的故事，http://our-fazih-river.no-ip.org/fazih_story），全河段平均坡降為 1/134，至港尾溪河流前之河段平均坡降約為1/113，內新庄排水合流前河段 平均坡降約為1/135。

筏子溪為台中縣唯一保有自然生態環境的河流，還是具有河川自淨的 功能，雖然台中市區民生廢水、工業廢水都排入其中，還是具有一定的乾 淨水質，筏子溪東海橋段下游具有比較寬廣的空間，也造成許多冬侯鳥喜 歡聚集的地方。

但是多年來筏子溪經過許多次的河川整治，造成河川混濁、大量的生 態被破壞(台中科技園區、台灣高速鐵路、台灣鐵路)，而且礙於經費問題，

所謂的整治也只是把砂石都堆置河川兩岸，在經過大雨洪水的沖刷後，整 治往往毀於一旦。

圖3.1 東海橋研究河段圖

集泉橋 集泉橋

集泉橋 集泉橋 筏子溪橋 筏子溪橋 筏子溪橋 筏子溪橋 東海橋 東海橋 東海橋 東海橋

模擬樣區 模擬樣區 模擬樣區 模擬樣區

資料來源：修改於筏子溪治理規劃檢討河道段面測量測量成果報告( 2002 年)

3-1-2 筏子溪的水質筏子溪的水質筏子溪的水質筏子溪的水質、、、、地質及氣象地質及氣象地質及氣象地質及氣象

根據台中市政府實際取樣並以民國八十九年 BOD 推估產生量計算，筏 子溪的污染源以家庭廢水最為嚴重、畜牧及工業廢水佔第二、其餘的次之；

在依行政院環保署設置於筏子溪之集泉橋、東海橋的水質監測站民國九十 一、九十二年之水質採樣分析成果，當中以每年九月至三月枯水期期間水 質經評定為中度污染，七月至九月間介於輕度污染與未受污染之間。

筏子溪的地質構造屬於第四季沖積層和洪積層，所以平原上的土壤大 多是屬於有機質的砂質土壤，而台地方面是由卵圓石、礫石和砂混合而成 的。往南至大肚溪河道，顯示砂質土和泥土含量越往下越多。主要地表的 地質構造有八卦山背斜、大肚山背斜、車籠埔斷層、彰化斷層、屯子腳斷 層、公明斷層、大肚溪斷層及橫山斷層。

筏子溪年平均氣溫溫度約攝氏 22.5 度，最冷的月份平均溫度攝氏 15.6 度，最高溫的月份平均溫度攝氏 28.7 度。四到九月為此河流的豐水期，其 降雨量大約佔整個台中市的 83.6﹪，十月至翌年三月為此河流的枯水期，

其降雨量大約佔整個台中市的 16.4﹪，枯水期大約只佔豐水期的 1/5，由 此結果得知，台中地區雨季與旱季之雨量相差甚大。

3-1-3 研究河段研究河段研究河段研究河段

本研究河段名稱為東海橋段，位於台中市福科路上的福安橋至港尾子 溪匯流口的範圍內設定本研究調查樣區（圖 3.2）。在調查其間河道比較狹 長、水流較緩，適合生物棲息，但在整治後河道變化極大，許多生物棲地 因此而被破壞掉。在此河段上，以拉穿越線方式穿越河道，進行測量底質、

水深、流速及魚類資料。

圖3.2 筏子溪東海橋調查樣區空照圖(2006年)(資料來源：Google Earth)

圖3.3 東海橋調查樣區河道圖

資料來源:修改於經濟部水利署河川棲地二維模式之應用報告書(2008)

3-2 筏子溪河川魚類筏子溪河川魚類筏子溪河川魚類 筏子溪河川魚類

經過統計歷年度所捕獲的魚種資料（如圖3.4）總共紀錄到15科38種，

以吳郭魚（44﹪）、明潭吻鰕虎（20﹪）、中華花鰍（9﹪）為前三名，其 餘魚種，僅僅佔總漁獲量的27﹪。

圖3.4 筏子溪2000年6月~2007年6月漁獲組成圖

資料來源:引用經濟部水利署河川棲地二維模式之應用報告書(2008)

3-2-1 指標魚種選取指標魚種選取指標魚種選取指標魚種選取

依圖3.4可得知，歷年度捕獲的魚種以吳郭魚數量最多，明潭吻鰕虎次 之，但因為吳郭魚為外來種，所以本研究挑選指標魚種為明潭吻鰕虎、中 華花鰍及粗首鱲。

（1）中華花鰍(Cobitis sinensis)：

中華花鰍(圖3.5)又俗稱花鰍、胡溜、沙鰍、沙溜、土鰍，身體成細長 型。為初級性淡水魚類，大部分普遍分佈在中央山脈以西的水系，主要棲 息在低海拔的溪流區段裡面。中華花鰍大多都在白天活動，中華花鰍的眼 睛下方有棘狀突起部分，主要用來對付天敵，使天敵在吞嚥時感到刺痛不 舒服。

圖3.5 中華花鰍 資料來源：李德旺 攝

（2）明潭吻鰕虎(Rhinogobius candidianus)：

俗稱為苦甘仔或狗甘仔，從宜蘭至南投都可以看的到牠的蹤跡，牠的 適應能力非常強，期體色呈現暗橙色或棕色，體側的斑紋並不明顯，腹部 呈灰色，雙頰部分從眼球前方延伸出兩條紅色紋路(圖3.6) 築巢於石頭下 方，雌魚會在洞穴頂部產卵，還會守候其幼魚的孵化，當幼魚孵化後隨著 水 流 進 入 下 游 河 口 或 大 海 中 ， 成 長 後 再 往 上 游 回 溯 （ 海 洋 台 灣 ， http://www.oceantaiwan.com/）。

圖3.6 明潭吻鰕虎 資料來源：李德旺 攝

（3）粗首鱲(Zacco pachycephalus)：

俗稱溪哥仔（幼魚、雌魚）、苦槽仔、紅貓（雄魚）、苦粗仔、闊嘴 郎（雄性）(圖3.7)，此種魚類為初級性淡水魚，喜愛涼溫性水域，廣泛棲 息在河川中下游、水流比較緩慢的區域，包括淺流、淺瀨、深流、深瀨及 水庫、湖泊等等。粗首鱲幼魚為雜食性，成長後轉偏向肉食性，喜愛吃昆 蟲、幼魚、幼蝦。主要在春季繁殖，近年來因為遷放的緣故，東部河川也 顯而易見（海洋台灣，http://www.oceantaiwan.com/）。

圖3.7 粗首鱲

資料來源：李德旺 攝

3-3 樣區調查穿越線設定樣區調查穿越線設定樣區調查穿越線設定 樣區調查穿越線設定

在調查樣區位置確定後，於下游右岸定點設定第一條穿越線至左岸；

往上游方向(平行流向)量測3公尺再從右岸設定第二條穿越線至左岸，使穿 越線在河川上形成一處跨越河川的範圍。在兩條穿越線上，每隔1.5公尺標 上記號，使兩條穿越線之間形成長3公尺、寬1.5公尺的長方形小範圍，由右 岸始算第一調查樣格。

在研究河段中，一共架設六組穿越線，每組穿越線的間隔是3公尺。由 於河寬不盡相同，量測的結果概略以每一組穿越線為十二格樣格為基準(如 圖3.9)。

圖3.8 調查樣區穿越線位置圖

圖3.9 研究樣格穿越線圖

D612 D611 D610 D609 D608 D607 D606 D605 D604 D603 D602 D601 D512 D511 D510 D509 D508 D507 D506 D505 D504 D503 D502 D501 D412 D411 D410 D409 D408 D407 D406 D405 D404 D403 D402 D401 D312 D311 D310 D309 D308 D307 D306 D305 D304 D303 D302 D301 D212 D211 D210 D209 D208 D207 D206 D205 D204 D203 D202 D201 D112 D111 D110 D109 D108 D107 D106 D105 D104 D103 D102 D101

表 3.1 穿越線樣格編號

3-4 研究方法研究方法研究方法 研究方法

3-4-1 水理調查及河道測量水理調查及河道測量水理調查及河道測量水理調查及河道測量

魚類在選擇棲地的生存條件大部分區分為依流速、水深及底質來挑選 是否適應在此棲地生存，在本研究中，River 2D的建立模型之中底質也是ㄧ 項很重要的因素，底質會依附表1轉換成對應的粗糙高以符合River 2D的操 作。底質的粗糙高值大小會影響流速，更會成為指標魚種挑選棲息的重點 之一。

(一) 河道測量

本研究河段由筏子溪的福安橋段至港尾子溪的匯河口範圍內，進行河 道測量，藉由測量所繪製的Auto CAD比例圖檔(圖3.3)，可以精確得知調查 樣區內的各個點位高程及河道水流範圍，以便建立River 2D的數值模型。

(二) 水理調查

在調查樣區內所架設的六組穿越線中，每一組各有十二格樣格，在每 個樣格中的左上方、左下方、右上方、右下方及中間一共五點，皆有測量 其樣格內的流速資料、水深資料(附錄五)。

藉由測量的結果，可以計算出每一格樣格內的平均流速及水深，即可用 來設定River 2D數值模型中模擬樣區內的入流量及出流範圍。

(三)底質調查

在樣區內的每一組穿越線的十二格樣格內，皆會以粒徑大小(附錄二) 來區分研究區域內底質的大小。

在本研究中的河段，依現地調查資料再參考附錄二，所對應顯示的底 質粗糙高大致設定為五個部分、三種粗糙高(左、右河岸一樣；左、右河堤 一樣；中間水流部分)。下圖3.10為本研究河段在River 2D模型上的粗糙高分 布。

圖3.10 底質粗糙高顯示圖

(四) 模式驗證

為了解模式所計算水位之合理性，在無水文資料可使用的情況下，採 用最基本現場調查的方式獲得水深與流速資料，以便更進一步的確認所模 擬的結果，渴望幫助日後的水資源研究。

驗證區域為取研究河段中下游，研究河段長約35公尺，驗證各實測河 段面與River 2D模擬河段面的水深、流速數值是否接近(圖3.12~3.15)。使用 AEM 1-D流速儀以橫段面(垂直水流方向)每1.5公尺及縱段面(平形水流方向) 每3公尺取得該樣格的平均流速及水深。圖3.11為測量數據所使用的AEM 1-D流速儀，表3.2為AEM 1-D流速儀之規格。

圖3.11 AEM1-D流速儀 資料來源：AEM 1-D說明書

表 3.2 AEM 1-D 流速儀之規格

類型 電磁式流速儀

定向性 單軸, 單向

流速範圍 0~5 m/sec

精度 0.002 m/sec

水深最小值 3cm

尺寸 30*30*65mm

重量 200g

測量深度 10m as standard

資料來源：AEM 1-D說明書

10月份水深驗證

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 樣格

水 深

實測值 模擬值

圖3.12 十月份模擬水深和實測水深對照圖

10月流速驗證

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 樣格

流 速

實測值 模擬值

圖3.13 十月份模擬流速和實測流速對照圖

11月份水深驗證

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 樣格

水 深

實測值 模擬值

圖3.14 十一月份模擬水深和實測水深對照圖

11月份流速驗證

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 樣格

流 速

實測值 模擬值

圖3.15 十一月份模擬流速和實測流速對照圖

擷取River2D模擬後之相同區域與現場所測得的數據對照，比較結果(如 圖4.20、21)，得知所模擬出來之結果與實測值趨勢概略一致；透過相關係 數分析的結果，可得知River 2D流速、水深模擬值與流速、水深實測值的相 關係數ρ值(表3.3)，檢定後結果為顯著相關(顯著水準95%)。再以River 2D 流速、水深模擬值與流速、水深實測值來探討整體平均相對誤差絕對值 (MAPE)(表3.5)，顯示結果為合理之模擬，故River 2D模擬之流速、水深皆 於可接受範圍之內。

表 3.3 模擬值與實測值相關係數及檢定結果

十月份 十一月份

流速 0.948* 0.834*

水深 0.899* 0.796*

註：”*”表相關係數檢定為顯著 表 3.4 MAPE 評估標準

MAPE(%) 說明

<10 高精準之模擬

10~20 優良之模擬

20~50 合理之模擬

>50 不精準之模擬

資料來源:Lewis(1982)

表 3.5 水深、流速的 MAPE 評估值

十月份 十一月份

流速 45% 42%

水深 46% 42%

註：當MAPE在 20%~50%之間為合理之模擬

3-4-2 指標魚種及其微棲地資料蒐集指標魚種及其微棲地資料蒐集指標魚種及其微棲地資料蒐集指標魚種及其微棲地資料蒐集

本研究主要是利用棲地適宜性分析(Habitat Suitability Analysis, HSA)去 了解魚類物種與環境間的相互關聯性，其中最主要是依據現場調查資料(流 量、流速、水深)製作棲地適合度指數(Habitat Suitability Index, HSI)。

河川中的流量、流速、水深及底質的粗糙高皆會影響棲地中的魚類棲 息的數量，分析不同的棲地適合度指數(HSI)(例：只考慮流速、水深、底質 或考慮綜合因素)，再依據棲地適合度指數使用不同的計算方式(乘積法、幾 合平均法及最小值法)再配合連續性機率分配、間斷性機率分配來計算各種 的綜合適合度指數(Composite Suitability Index, CSI)，會得到許多種權重關 係可以比較，也會有不同的權重可用面積(Weighted Useable Area, WUA)，

在現地調查中的樣格面積是一致的，所以設定不同的權重來比較指標魚種 的綜合適合度指數。

在 東 海 橋 樣 區 中 ， 因 為 河 川 局 的 河 流 整 治 所 以 只 取 得 兩 個 月 (2008.10~2008.11)的測量資料(河川整治會大量改變流量、流速、水深及底 質，魚類棲息程度相對也會改變，所以整治前後的測量數質會有很大的相 異處，故只採用整治前的測量數據)。

依據行政院農委會特有生物研究保育中心研究團隊，於2007年8月至 2008年9月在筏子溪一共調查蒐集了三個樣區的魚類資料及其微棲地資 料，即可建立及繪出各項因子的適合度指數。

所建立步驟如下：

1、 漁獲量基準設定：

以所調查之每一長方形樣格單位努力漁獲量(CPUE：每一樣格漁獲數量 /單位面積)即可出現頻度比例(漁獲次數/樣格總數)，作為漁獲量分析基準 的依據。

2、分析棲地因子

樣格內漁獲量與棲地因子(如流速、水深、底質等等)之間的關係，並 且繪出棲地因子之適合度曲線(圖3.16~圖3.33)。

(1)明潭吻鰕虎：

採樣後之水深分布介於0~0.6m之間，若以0.05m為單位間距繪製適合度 曲線圖(如圖3.16、17)顯示，水深在0.2m時漁獲頻度、CPUE為最高，其適 合的水深範圍為0.15~0.35m之間。

0 20 40 60 80 100

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 水深(m)

C P U E

︵ 隻 / 4.5 m

²

︶

圖3. 16 明潭吻鰕虎CPUE水深適合度圖

0 10 20 30 40 50 60

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 水深(m)

漁 獲 頻

( 度

) 次

圖3. 17 明潭吻鰕虎漁獲頻度水深適合度圖

流速的分布介於0~2m/sec之間，若以0.2m/sec為單位間距繪製適合度曲 線圖(如圖3.18~19)顯示，流速在0.6m/sec時漁獲頻度、CPUE為最高，其適 合的流速範圍為0.4~1.2m/sec之間。

0 20 40 60 80 100

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 平均流速(m/sec)

C P U E

︵ 隻 / 4.5 m²

︶

圖3. 18 明潭吻鰕虎CPUE流速適合度圖

0 10 20 30 40 50 60

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

流速(m/sec) 漁

獲 頻

( 度

) 次

圖3. 19 明潭吻鰕虎漁獲頻度流速適合度圖

底質的分布介於0~0.19m之間，繪製適合度曲線圖(如圖3.20~21)顯示，

底質在0.09m時漁獲頻度、CPUE為最高，其適合的底質範圍為0.04~0.19m 之間。

0 50 100 150 200 250 300

0.01 0.04 0.09 0.19 1.00

平均底質(m) C

P U E

︵ 隻 / 4.5 m²

︶

圖3. 20 明潭吻鰕虎CPUE底質適合度圖

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0.01 0.04 0.09 0.19 1.00

平均底質(m) 漁

獲 頻

(

度

)

次

圖3. 21 明潭吻鰕虎漁獲頻度底質適合度圖

(2)中華花鰍

採樣後之水深分布介於0~0.5m之間，若以0.05m為單位間距繪製適合度 曲線圖(如圖3.22、23)顯示，水深在0.2m時漁獲頻度為最高、CPUE在0.15m 時最高，其適合的水深範圍為0.05~0.35m之間。

0 20 40 60 80 100

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55

水深(m)

C P U E

︵ 隻 / 4.5 m²

︶

圖3. 22 中華花鰍CPUE水深適合度圖

0 10 20 30 40 50 60

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 水深(m)

漁 獲 頻

( 度

) 次

圖3. 23 中華花鰍漁獲頻度水深適合度圖