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摘要 台灣海岸線長達一萬五千餘公

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Academic year: 2022

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摘要

台灣海岸線長達一萬五千餘公里,最具防海岸侵蝕及波浪消能之 機能者為沙丘,且其尚有儲存淡水、調整洪水、阻止海水滲透及防劣 化土質等功能;而最具生態性之人工沙丘復育法為沙籬定沙及植被防 飛沙。本研究以新竹南港海岸為對象,量測三處沙籬隔區之單位寬度 體積及六種優勢植物之覆蓋面積變化情形,調查期間為兩年。

研 究 發 現 沙 籬 隔 區 之 單 位 寬 度 體 積 最 小 值 於 隔 區 I 為 150

m

3

m

、隔區 II 為 292

m

3

m

、隔區 III 為 254

m

3

m

,主要受颱風侵 蝕而減少;颱風期過後沙籬淤沙量漸回增,特別是在東北季風期(10 月至翌年 3 月)回增量最大。調查期間之植物面積值域於林投 14.9

m

2~29.8

m

2、苦林盤 6.4

m

2~24.7

m

2、馬鞍藤 18.8

m

2~70.9

m

2、濱 刺麥 2.5

m

2~16.6

m

2、海埔姜 81.7

m

2~246.0

m

2。苦林盤、馬鞍藤及海 埔姜之植物面積較大,防飛沙效果較佳。

關鍵詞:南港海岸、人工沙丘、沙籬淤沙量、植物面積

(3)

Abstract

Coast line of Taiwan is approximately 15,000

km

with many sand dunes. Sand dune have functions for preventing coastal erosion, reducing wave energy, storaging fresh water, adjusting flood, preventing sea water seepage etc.. Sand hedges can fix dune’s sand. The vegetation cover can prevent flying storm. Sand hedges and vegetation cover are two most ecological and efficient method for artificial recovery of sand dune. The investigated site of this study is at Nan-Gang Coast in Hsinchu city. The area of longitudinal profile of three zones (zone I, zone II and zone III) of sand dunes divided by sand hedges and the cover area of six dominant plants in sand dune are investigated for two years.

The minimum area of longitudinal profile for zone I, zone II and zone III are 150

m

3

m

, 292

m

3

m

and 254

m

3

m

, respectively. The decreasing of volume of sand dune is corroded mainly by typhoon. However, the sand dune increases gradually in northeast monsoon (from October to next March) because of the existence of sand hedge. On the other hand, the ranges of cover areas for (a) Pandanus odoratissimus L. f. var. sinensis (Warb.) Kanehira, (b) Clerodendron inerme (L.) Gaertn, (c) Ipomoea

pes-caprae (L.)Sweet subsp. brasiliensis (L.) Oostst, (d) Spinifex littoreus

(Burm. f.) Merr and (e) Vitex rotundifolia L. f. are 14.9

m

2~29.8

m

2, 6.4

m

2~24.7

m

2, 18.8

m

2~70.9

m

2, 2.5

m

2~16.6

m

2 and 81.7

m

2~246.0

m

2, respectively. Hence, it is found that the dominant plants of (b), (c) and (e) have wide cover area comparatively. So they are suitable for prevent flying storm.

Keywords:Nan-Gang Coast, artificial sand dune, area of longitudinal profile, vegetation cover.

(4)

致謝

本論文承蒙恩師 楊朝平教授,於研究期間給予細心指導與指 正,更於論文撰寫期間逐字批閱斧正,使論文得以順利完成,師恩浩 瀚將永銘於心,僅在此致上最高敬意。

論文發表審查期間承蒙聯合大學 王承德教授及本校 周文杰教 授對本論文詳加指正及提供寶貴意見,使本論文更臻完善在此致上最 誠摯之謝意。求學期間,亦承蒙 吳淵洵教授、李煜舲教授、呂志宗 教授及資訊管理學系 葉怡成教授等諸位師長,於學識上之指導及協 助,在此至感銘謝。

論文研究期間,感謝同窗好友文成、英達、偉彥、樺姿、振宏、

逸瑜、寬益、俊傑、家宇、志浩在課業上相互支持與鼓勵,毓翰、楷 霖於研究期間在測量上所給予的幫助;學長姐逸泓、姿亘、彥佃、怡 伶、克泰提供的珍貴經驗與意見;學弟妹柏瑋、禹雯、康綸、峰嘉在 研究期間的協助,在此由衷感謝。

最後僅以本論文獻給最親愛的家人,感謝父親 余仁傑先生、母 親 顏阿勤女士、哥秉謙、姐婉禎,感謝您們賜與無限關愛與包容,

讓我無後顧之憂順利完成學業。謝謝身邊所有給予我幫助及鼓勵的朋 友,在此致上最深之謝意。

(5)

目錄

中文摘要... I 英文摘要...II 致謝...III 目錄... IV 圖目錄... VII 表目錄...XV

第一章 緒論...1

1.1 研究動機與目的 ...1

1.2 研究方法 ...1

1.3 論文架構 ...4

第二章 文獻回顧 ...5

2.1 漂沙 ...5

2.2 海灘 ...7

2.3 沙丘 ...8

2.4 定沙及防飛沙措施 ...10

2.4.1 定沙及防飛沙之措施設置 ...11

2.5 沙丘植生 ...14

第三章 研究區位環境概述 ...19

3.1 研究區位及範圍 ...19

3.2 環境地質 ...20

3.3 歷年之氣象、海象 ...21

(6)

3.3.1 氣象 ...21

3.3.2 海象 ...23

3.4 沙丘性質 ...24

3.4.1 沙丘沙粒徑 ...24

3.4.2 沙丘沙之

pH

值、氯離子含量、單位重、含水量 ...27

3.5 沙丘剖面量測第一年成果 ...29

3.6 沙丘植物量測第一年成果 ...30

第四章 研究方法 ...49

4.1 沙丘含水量 ...49

4.2 沙丘現地單位重 ...51

4.3 沙丘剖面高程測量 ...51

4.4 沙丘植物面積測量 ...53

4.5 氣象、海象資料蒐集 ...56

第五章 沙丘剖面調查結果 ...62

5.1 沙籬隔區 I 高程之季節性變化...62

5.2 沙籬隔區 II 高程之季節性變化 ...64

5.3 沙籬隔區 III 高程之季節性變化 ...65

第六章 沙丘植物調查結果 ...87

6.1 大花咸豐草之生長情形 ...87

6.2 林投之生長情形 ...87

6.3 苦林盤之生長情形 ...88

6.4 馬鞍藤之生長情形 ...88

6.5 濱刺麥之生長情形 ...89

(7)

6.6 海埔姜之生長情形 ...90

第七章 結論與建議 ...125

7.1 結論 ...125

7.2 建議 ...126

參考文獻...127

(8)

圖目錄

圖 1.1 研究項目及其執行流程 ...3

圖 2.1 海灘之波浪帶示意 ...17

圖 2.2 依據漂沙顯著性之海灘剖面分類示意 ...17

圖 2.3 沙丘類型 ...18

圖 3.1 南港海岸地理位置 ...35

圖 3.2 南港海岸分區 ...35

圖 3.3 泥灘區現況 ...36

圖 3.4 草澤區現況 ...36

圖 3.5 人工沙丘區現況 ...36

圖 3.6 新竹市海岸線變遷圖 ...37

圖 3.7 新竹氣象站 2005 年最高溫月記錄 ...38

圖 3.8 新竹氣象站 2005 年最低溫月記錄 ...38

圖 3.9 新竹氣象站各月累積雨量(2005~2006) ...39

圖 3.10 新竹氣象站各月平均相對溼度(2005~2006)...39

圖 3.11 新竹測站每月風花圖(2005~2006) ...40

圖 3.12 侵襲台灣之颱風路徑統計圖(1897~2006) ...41

圖 3.13 各種潮位、潮差及潮升之定義...42

圖 3.14 台灣海域潮流分布情形 ...42

圖 3.15 2004 年新竹外海波浪統計圖 ...43

(9)

圖 3.17 沙籬隔區 I 現況(2005/07/14)...44

圖 3.18 沙籬隔區 II 現況(2005/07/14) ...44

圖 3.19 沙籬隔區 III 現況(2005/07/14) ...44

圖 3.20 人工沙丘區之沙樣採取點 ...45

圖 3.21 沙丘九採樣點之粒徑分布曲線 ...46

圖 3.22 沙丘隔區 II 之晴天單位重...46

圖 3.23 沙丘隔區 II 之雨天單位重...46

圖 3.24 ZONE II 之剖面(2005/07/14)...47

圖 3.25 沙籬隔區 II 沙丘單位寬度體積之變化...47

圖 3.26 海埔姜覆蓋面積及其照片(2005/10/06) ...47

圖 3.27 海埔姜之覆蓋面積變遷圖 ...48

圖 4.1 挖取不同深度的沙土 ...57

圖 4.2 現地單位重所需工具 ...57

圖 4.3 現地單位重量測情形 ...57

圖 4.4 高程測量情形 ...58

圖 4.5 水準標尺、布捲尺 ...58

圖 4.6 編號 A 防水搬運箱 ...59

圖 4.7 GPS 基準站系統 ...59

圖 4.8 編號 C 防水搬運箱...60

圖 4.9 量測 GPS 天線高 ...60

圖 4.10 流動站系統 ...61

(10)

圖 4.11 植生面積測量點位...61

圖 5.1 沙籬隔區 I 之剖面(2006/07/19)...69

圖 5.2 沙籬隔區 I 之剖面(2006/08/17)...69

圖 5.3 沙籬隔區 I 之剖面(2006/09/28)...69

圖 5.4 沙籬隔區 I 之剖面(2006/10/26)...69

圖 5.5 沙籬隔區 I 之剖面(2006/11/23)...69

圖 5.6 沙籬隔區 I 之剖面(2006/12/19)...69

圖 5.7 沙籬隔區 I 之剖面(2007/01/22)...70

圖 5.8 沙籬隔區 I 之剖面(2007/02/27)...70

圖 5.9 沙籬隔區 I 之剖面(2007/03/21)...70

圖 5.10 沙籬隔區 I 之剖面(2007/04/25)...70

圖 5.11 沙籬隔區 I 之剖面(2007/05/16)...70

圖 5.12 沙籬隔區 I 之剖面(2007/06/28)...70

圖 5.13 沙籬隔區 I 之剖面(2006/7~2007/6) ...71

圖 5.14 沙籬隔區 I 之剖面 ...72

圖 5.15 沙籬隔區 I 之單位寬度體積變化...73

圖 5.16 沙籬隔區 I 之單位寬度體積變化百分比...74

圖 5.17 沙籬隔區 II 之剖面(2006/07/19) ...75

圖 5.18 沙籬隔區 II 之剖面(2006/08/17) ...75

圖 5.19 沙籬隔區 II 之剖面(2006/09/28) ...75

圖 5.20 沙籬隔區 II 之剖面(2006/10/26) ...75

(11)

圖 5.21 沙籬隔區 II 之剖面(2006/11/23) ...75

圖 5.22 沙籬隔區 II 之剖面(2006/12/19) ...75

圖 5.23 沙籬隔區 II 之剖面(2007/01/22) ...76

圖 5.24 沙籬隔區 II 之剖面(2007/02/27) ...76

圖 5.25 沙籬隔區 II 之剖面(2007/03/21) ...76

圖 5.26 沙籬隔區 II 之剖面(2007/04/25) ...76

圖 5.27 沙籬隔區 II 之剖面(2007/05/16) ...76

圖 5.28 沙籬隔區 II 之剖面(2007/06/28) ...76

圖 5.29 沙籬隔區 II 之剖面(2006/7~2007/6) ...77

圖 5.30 沙籬隔區 II 之剖面...78

圖 5.31 沙籬隔區 II 之單位寬度體積變化...79

圖 5.32 沙籬隔區 II 之單位寬度體積變化百分比...80

圖 5.33 沙籬隔區 III 之剖面(2006/07/19) ...81

圖 5.34 沙籬隔區 III 之剖面(2006/08/17) ...81

圖 5.35 沙籬隔區 III 之剖面(2006/09/28) ...81

圖 5.36 沙籬隔區 III 之剖面(2006/10/26) ...81

圖 5.37 沙籬隔區 III 之剖面(2006/11/23) ...81

圖 5.38 沙籬隔區 III 之剖面(2006/12/19) ...81

圖 5.39 沙籬隔區 III 之剖面(2007/01/22) ...82

圖 5.40 沙籬隔區 III 之剖面(2007/02/27) ...82

圖 5.41 沙籬隔區 III 之剖面(2007/03/21) ...82

(12)

圖 5.42 沙籬隔區 III 之剖面(2007/04/25) ...82

圖 5.43 沙籬隔區 III 之剖面(2007/05/16) ...82

圖 5.44 沙籬隔區 III 之剖面(2007/06/28) ...82

圖 5.45 沙籬隔區 III 之剖面(2006/7~2007/6)...83

圖 5.46 沙籬隔區 III 之剖面 ...84

圖 5.47 沙籬隔區 III 之單位寬度體積變化 ...85

圖 5.48 沙籬隔區 III 之單位寬度體積變化百分比 ...86

圖 6.1 大花咸豐草覆蓋面積變化 ...93

圖 6.2 大花咸豐草覆蓋面積變化百分比 ...94

圖 6.3 林投面積及其現地照片(2006/07/19) ...95

圖 6.4 林投面積及其現地照片(2006/08/17) ...95

圖 6.5 林投面積及其現地照片(2006/09/28) ...95

圖 6.6 林投面積及其現地照片(2006/10/26) ...96

圖 6.7 林投面積及其現地照片(2006/11/23) ...96

圖 6.8 林投面積及其現地照片(2006/12/19) ...96

圖 6.9 林投面積及其現地照片(2007/01/22) ...97

圖 6.10 林投面積及其現地照片(2007/02/27) ...97

圖 6.11 林投面積及其現地照片(2007/03/21) ...97

圖 6.12 林投面積及其現地照片(2007/04/25) ...98

圖 6.13 林投面積及其現地照片(2007/05/16) ...98

圖 6.14 林投面積及其現地照片(2007/06/28) ...98

(13)

圖 6.15 林投覆蓋面積變化 ...99

圖 6.16 林投覆蓋面積變化百分比 ...100

圖 6.17 苦林盤面積及其現地照片(2006/07/19) ...101

圖 6.18 苦林盤面積及其現地照片(2006/08/17) ...101

圖 6.19 苦林盤面積及其現地照片(2006/09/28) ...101

圖 6.20 苦林盤面積及其現地照片(2006/10/26) ...102

圖 6.21 苦林盤面積及其現地照片(2006/11/23) ...102

圖 6.22 苦林盤面積及其現地照片(2006/12/19) ...102

圖 6.23 苦林盤面積及其現地照片(2007/01/22) ...103

圖 6.24 苦林盤面積及其現地照片(2007/02/27) ...103

圖 6.25 苦林盤面積及其現地照片(2007/03/21) ...103

圖 6.26 苦林盤面積及其現地照片(2007/04/25) ...104

圖 6.27 苦林盤面積及其現地照片(2007/05/16) ...104

圖 6.28 苦林盤面積及其現地照片(2007/06/28) ...104

圖 6.29 苦林盤覆蓋面積變化 ...105

圖 6.30 苦林盤覆蓋面積變化百分比 ...106

圖 6.31 馬鞍藤面積及其現地照片(2006/07/19) ...107

圖 6.32 馬鞍藤面積及其現地照片(2006/08/17) ...107

圖 6.33 馬鞍藤面積及其現地照片(2006/09/28) ...107

圖 6.34 馬鞍藤面積及其現地照片(2006/10/26) ...108

圖 6.35 馬鞍藤面積及其現地照片(2006/11/23) ...108

(14)

圖 6.36 馬鞍藤面積及其現地照片(2006/12/19) ...108

圖 6.37 馬鞍藤面積及其現地照片(2007/01/22) ...109

圖 6.38 馬鞍藤面積及其現地照片(2007/02/27) ...109

圖 6.39 馬鞍藤面積及其現地照片(2007/03/21) ...109

圖 6.40 馬鞍藤面積及其現地照片(2007/04/25) ...110

圖 6.41 馬鞍藤面積及其現地照片(2007/05/16) ...110

圖 6.42 馬鞍藤面積及其現地照片(2007/06/28) ...110

圖 6.43 馬鞍藤覆蓋面積變化 ...111

圖 6.44 馬鞍藤覆蓋面積變化百分比 ...112

圖 6.45 濱刺麥面積及其現地照片(2006/07/19) ...113

圖 6.46 濱刺麥面積及其現地照片(2006/08/17) ...113

圖 6.47 濱刺麥面積及其現地照片(2006/09/28) ...113

圖 6.48 濱刺麥面積及其現地照片(2006/10/26) ...114

圖 6.49 濱刺麥面積及其現地照片(2006/11/23) ...114

圖 6.50 濱刺麥面積及其現地照片(2006/12/19) ...114

圖 6.51 濱刺麥面積及其現地照片(2007/01/22) ...115

圖 6.52 濱刺麥面積及其現地照片(2007/02/27) ...115

圖 6.53 濱刺麥面積及其現地照片(2007/03/21) ...115

圖 6.54 濱刺麥面積及其現地照片(2007/04/25) ...116

圖 6.55 濱刺麥面積及其現地照片(2007/05/16) ...116

圖 6.56 濱刺麥面積及其現地照片(2007/06/28) ...116

(15)

圖 6.57 濱刺麥覆蓋面積變化 ...117

圖 6.58 濱刺麥覆蓋面積變化百分比 ...118

圖 6.59 海埔姜面積及其現地照片(2006/07/19) ...119

圖 6.60 海埔姜面積及其現地照片(2006/08/17) ...119

圖 6.61 海埔姜面積及其現地照片(2006/09/28) ...119

圖 6.62 海埔姜面積及其現地照片(2006/10/26) ...120

圖 6.63 海埔姜面積及其現地照片(2006/11/23) ...120

圖 6.64 海埔姜面積及其現地照片(2006/12/19) ...120

圖 6.65 海埔姜面積及其現地照片(2007/01/22) ...121

圖 6.66 海埔姜面積及其現地照片(2007/02/27) ...121

圖 6.67 海埔姜面積及其現地照片(2007/03/21) ...121

圖 6.68 海埔姜面積及其現地照片(2007/04/25) ...122

圖 6.69 海埔姜面積及其現地照片(2007/05/16) ...122

圖 6.70 海埔姜面積及其現地照片(2007/06/28) ...122

圖 6.71 海埔姜覆蓋面積變化 ...123

圖 6.72 海埔姜覆蓋面積變化百分比 ...124

(16)

表目錄

表 3.1 新竹市水文資料 ...32

表 3.2 侵台颱風有發布颱風警報(2005~2006) ...32

表 3.3 新竹地區各種潮位值 ...33

表 3.4 各土壤分類之

ϕ

值與粒徑(

mm

)對照表 ...33

表 3.5 沙丘沙含水量 ...34

表 3.6 各沙籬隔區內單位寬度之沙丘體積 ...34

表 5.1 沙丘剖面調查綜合表 ...68

表 6.1 植物調查結果綜合表 ...92

(17)

第一章 緒論

1.1 研究動機與目的

台灣海岸線長達一萬五千餘公里,在季風盛行、漂沙顯著的自然 條件下形成沙灘,而於水陸交界形成沙丘;吾人再於沙丘外側廣植防 風林,以達保護海岸防侵蝕、防災(防浪襲、防飛沙)及生態保育之 多重效果。於一沖淤平衡之沙岸,如具有沙灘、沙丘及防風林之完整 地型及地物剖面,則此沙岸為相對安全之區域,可不考慮興建堤防,

進而可永續保持海岸之自然性。其中,最具防海岸侵蝕及波浪消能之 機能者為沙丘,且其尚有儲存淡水、調整洪水、阻止海水滲透及防劣 化土質等功能。惟近年來,台灣地區社會發展迅速,土地利用逐向海 岸線延伸,致沙丘有被開發利用甚至被破壞的現象,而有待人工復育

(李素方,2001;戴昌鳳,2003;郭金棟,2004)。

最具生態性之人工沙丘復育法為沙籬定沙及植被防飛沙,其已成 為海岸工程領域之重要課題,但其本土化的學理性資料尚有待補強。

為此,本研究以新竹南港海岸(Nan-Gang Coast)為研究區位,配合新 竹市、林務局已施行之沙丘復育工程,除調查沙丘沙之基本物理性質 外,亦長期量測沙丘剖面變遷、植被生長情形,並嘗試以自然氣候因 素或人為干擾情形解釋此量測調查結果,期此成果能作為日後本地域 或他處防飛沙工程計畫之參考。

1.2 研究方法

本研究旨在長期觀察新竹南港海岸之沙丘及其植物生長情形,執

(18)

行流程示於圖 1.1,主要含「環境資料彙整」及「沙丘現地調查」兩 大部分;其執行細項工作為(1)氣象及海象、(2)沙丘沙性質、(3)

沙丘植物、(4)海灘及沙丘型態、(5)沙丘剖面高程、(6)沙丘剖面 面積、(7)沙丘剖面體積、(8)沙丘植物圖、(9)沙丘植物面積及(10)

調查結果分析。於本系之「生態防災研究室(楊朝平教授)」對此項 研究已經進入第二年,第一年(2005/7~2006/6)係由陳姿亘(2006)、

許逸泓(2007)兩人分工執行;其中陳姿亘之研究著重於沙丘沙性質、

植物種類調查及植物面積量測等;許逸泓之研究著重於沙丘之沙粒徑 及剖面量測等。

而第二年(2006/7~2007/6)之工作,則統合為一由筆者接續執行;

此研究方法及工作項目雷同於第一年者,惟有改善沙丘植物面積之量 測方法。於結果整理上,將延續第一年之量測數據,即沙丘剖面高程、

沙丘植物面積等之變遷圖將含 2005/7~2007/6 之數據;並更系統性的 蒐集氣象、海象資料及人為干擾情形,俾藉以解釋調查量之變遷原因。

(19)

圖 1.1 研究項目及其執行流程 文 獻 回 顧 與 資 料 蒐 集

研究區位圖說製作

沙丘現地調查 環境資料彙整

調查結果分析

結論與建議

海 灘 及 沙 丘 型 態

面 面 積

剖 面 體 積 剖

面 高 程

剖面量測 植物量測

(20)

1.3 論文架構

本論文之第一章,說明研究動機、目的及方法;於第二章,回顧 漂沙、海灘、定沙及防飛沙措施、沙丘植生等文獻;於第三章,概述 研究區位之環境,其除含環境地質及歷年之氣象、海象外,亦納入第 一年調查之沙丘沙性質、沙丘剖面量測及沙丘植物等結果;於第四 章,說明執行研究之方法,其含氣象海象資料蒐集整理法、沙丘剖面 高程量測及其數據加工法、沙丘植物面積量測法;於第五章及第六章 分別觀察沙丘剖面及沙丘植物面積之量測數據,並繪出變遷圖,續根 據氣象、海象資料及人為干擾情形解釋其變遷原因;於第七章,歸納 本研究之結論,並建議後續待探討事項。

(21)

第二章 文獻回顧

本章內容主要分為漂沙理論、海灘、沙丘性質、沙丘植生、定沙 及防飛沙措施之相關文獻。

2.1 漂沙

海岸漂沙受海岸型態、沙源及水營力等之影響。臺灣西部之海岸 型態依不同分類方式分別屬於隆升海岸、一次及二次海岸之複合型、

變動海岸、堆積物海岸、沙質及泥質海岸之複合型及隆起海岸 (郭 金棟,1988;張恆文等,1996;水村和正,1999;郭一羽,2001;經 濟部水利署,2002)。其海岸距山脈較遠,沿岸大多為平原,海岸坡 度平緩,大肚溪以北多沙質、以南多泥質,沿海形成海埔新生地、沙 洲、潮汐灘地、沙嘴、潟湖等地形 (張政亮,1995;郭ㄧ羽、李麗 雪,2005)。沙質海岸系因風向與海岸斜交發生複雜沿岸流,土沙被 搬運堆積於海濱所形成,一般沙灘堆積物為粒徑 2~1/16

mm

之疏散沙 粒,當粒徑大於 2

mm

以上則稱為礫灘屬於堆積性海岸。而泥質海岸 形成的主因為河流及海流夾帶之泥沙,在水營力弱的地方堆積而形 成,特別是地勢平緩的海灣、河口一帶,沙泥容易累積形成泥質灘地

(石再添,1981)。

海岸漂沙之主要來源為河川輸沙、海岸與海崖侵蝕、來自外海及 飛沙等。豪雨時的洪流氾濫,使河道輸沙量大量增加,進入海中形成 的漂沙量也隨之增加。雖然河川可攜帶大量沙石,但僅有少數百分比 之沙停留於沙灘。海岸侵蝕亦為下游海岸之漂沙來源,其量遠較河川 輸沙少;但在無河川注入之地區仍為主要之漂沙源(郭金棟,1988)。

(22)

漂沙之主要營力為降雨、河流、海流等,即河川上游及沿岸的母 岩受風化作用及雨水的沖蝕,由逕流挾帶沙粒進入河道,經河流輸送 至下游。參閱圖 2.1,漂沙的活動範圍,主要為碎波帶至海岸之間;

當波浪攜帶沙粒向海岸移動時,因水分子進滲入沙灘,底回流的流 量、流速減小,細小的懸浮物質則由底回流輸送至深海,較大的沙粒 則沈積沙灘(石再添,1981)。台灣西部海岸,隨著離岸距離的增大 與水深的加大其沈積物顆粒由細變粗,淘選由差變好,大致而言前濱 略細而後濱較粗、往沙丘帶又變細的趨勢,此種現象可以反應出沈積 物的生成環境和水營力的變化(張政亮,1995)。各種粒徑之沙粒在 波浪規則作用下移動後在適當水深沈積,同一地點之粒徑大致相同,

淺海處粗顆粒所佔之成份較多;愈接近碎波點其粒徑中位數較大,向 外海粒徑較細,且前灘處之坡度愈大其底質粒徑也愈大(曾以帆等,

1997)。

漂沙為導致海灘地形變化之原因,在漂沙流動終了之處會有堆沙 現象發生,若無河川供沙海岸會有侵蝕現象發生。海岸漂沙分縱向漂 沙與橫向漂沙(或稱沿岸漂沙)兩種(Komar, 1976;Horikawa, 1978;

許民陽,1999):

一、縱向漂沙

沿海岸垂直方向重複移動漂沙稱之,屬短期變化,若無異常自然 現象發生(颱風),其長期之海灘變化不會伴隨發生。

二、橫向漂沙

為沿海岸水平方向之漂沙;於波浪與海岸斜交入射處最為顯著;

若橫向漂沙顯著海灘會發生侵蝕或堆沙現象,會造成海灘變化而難再

(23)

之鋸齒形曲折移動之沙;另有發生於破碎點與破碎帶內受沿岸流輸送 之漂沙。

2.2 海灘

參閱圖 2.2,海灘為低潮線至波浪所能作用到陸地上限間之範 圍,灘線為陸地與海面交界之線,低潮時之灘線稱低潮岸線,高潮時 之灘線稱高潮岸線。卵石海灘較富變化、灘面陡急,至若干水深處呈 階梯狀,波浪在階梯處破碎。於沙質海灘,其形狀可大分為平滑剖面 與起伏剖面;平滑剖面於近高潮岸線部份陡峻,近低潮岸線部份平坦 而粒徑細;起伏剖面則高低起伏,由潮溝橫切成數道沙洲,與海岸線 略成平行排列。灘線或海灘由於受波浪、潮汐、海流及風力等作用,

而改變其外觀。

海灘之剖面形狀對波浪特性有強烈之影響,其型態由波浪特性、

海灘坡降及沉積物物理性質決定,以下對海灘分類說明之。

一、依據波浪性質之海灘剖面分類

1. 碎波帶:因為波浪作用海底沙移動,波浪明顯發生折射處。

2. 溯昇波帶:水塊之前端處,重複發生溯昇與退水之域。

3. 磯波帶:介於破碎帶與溯昇波帶之域。

二、依漂沙顯著性之海灘剖面分類

1. 後灘:高潮線以上之灘地,於暴風雨浸水外,平常露出水面。

2. 前灘:低潮線至高潮線間之灘地,於低潮時露出高潮時沒入水面。

3. 外灘:前灘以外向海之灘地。

(24)

三、依漂沙平衡形狀之海灘剖面分類

1. 侵蝕型:碎波帶由海灘線附近發生侵蝕,海灘線向陸上後退,被 侵蝕之沙在碎波帶之水域發生堆積,而呈沙洲型海灘;沙洲為經 常露出水面上,突出於海岸呈長條狀島嶼之沙丘。

2. 堆積型:係外海之碎波帶發生侵蝕,沙移動在海灘線附近堆積,

海灘線向海方向前進,而呈台階型海灘;平台下方海側波浪刷洗 之傾面稱灘面,而高約 1

m

幾近垂直之沙牆稱灘牆。

3. 中間型:具上述兩者之中間特性,在碎波帶發生侵蝕之沙的ㄧ部 分,在海灘線附近堆積,將海灘線向海推進若干,剩餘的沙向碎 波帶處堆積。

2.3 沙丘

台灣地形陡峻,其土石流所導致的大量河川輸沙為重要的沙丘沙 源,加上季節風向陸吹送飛沙致西部海岸沙丘特別發達;又因每年東 北季風、西南氣流的作用風向不同,而使沙丘處循環性的動態平衡狀 態,形成區域性的防海浪侵襲屏障及大地景觀特色(張政亮,1995)。

風力為沙丘之營造力,沙丘之型態、大小與沙源、海灘剖面、風向、

風力、海象、降水及植被等條件均有密切關係。沙丘形成的三項基本 條件為(1)淘選良好而且充分供應的濱沙,(2)向陸風營力足以使 沙粒移動,(3)合適的空間以容納積沙(Kraus, 1982;鄭瑞壬,1991;

Rust and Illenberger, 1996;Tsoar, 2005;張智原,2000;湯麟武,1986)。 Labuz (2005)指出人工復育沙丘通常在經過 1~2 年後會持續成長,5~8 年後由於植被之成長覆蓋而趨穩定。

根據柳榗(1975)之研究,在沙丘發育過程中,因受植物之影響程

(25)

度可分為風成相與洗出相;臺灣西部海岸沙丘多屬風成相,其沙丘受 風影響大、受植物影響小,若沙源充足、風營力大,使沙丘堆積率大 於植物生長速度,則沙丘續增大形成迎風面為緩坡,而背風面為陡坡 之型態。參閱圖 2.3,依據沙丘的分布與型態可分類為(鄭瑞壬、鄧 國雄,1991):

假性沙丘

外表看似沙丘,內部為礫丘(如圖 2.3.a)。

錐狀丘

在已被破壞的海岸林區,飛沙盛行而遇到零落殘存的幹莖,風速在下 風側驟減,導致飛沙易在殘莖前後堆積成尖頂形狀之錐狀丘(如圖 2.3.b)。

臺狀丘

飛沙遇到如匍匐性植物群落,待風力減弱時沙粒隨即沉積在植被上 方,植被雖受沙埋但仍能繼續往上生長,且沙粒持續堆積形成與植被 面積相等範圍之臺狀丘(如圖 2.3.c)。

球狀丘

因匍匐性定沙植物生長範圍小或臺狀丘強風吹蝕而分割,致形成規模 較小之球狀丘(如圖 2.3.d)。

條狀丘

脊線錯綜斷續的沙丘在人工沿海岸線設置沙籬定沙後使呈連續性,其 高度起伏不定,且丘脊線與海岸平行排列(如圖 2.3.e)。

櫛齒狀沙丘

部分條狀沙丘,受強勁東北季風吹拂後,於背風側形成順風向內陸伸 展的小沙丘(如圖 2.3.f)。

並列丘

(26)

兩個以上之條狀丘並排,其間中隔窪地,但沙丘尚未相連者稱之(如 圖 2.3.g)。

複合丘

活動而尚未固化的外列沙丘,因風營力而內移時,逐漸造成新舊沙丘 相連重疊,當其坡面相連而丘脊仍然明顯分列者稱為複合丘(如圖 2.3.h)。

重疊丘

外列沙丘完全疊覆在內列沙丘上,且以形成單列沙脊者稱之(如圖 2.3.i)。

另一方面,沙丘粒徑特性表示營力的來源、大小的不同,藉由粒 徑分析可以判別海岸變遷的作用機制、營力的大小與方向及影響範圍 的評估;因此了解粒徑的大小分布狀況,有助於驗証沙丘變遷的重要 實據考証(邱創益、黃隆明,1993)。沙丘粒徑較灘沙為細,此因沙 丘位居後灘,風營力由灘線向內陸搬運之故;粒徑於順風向由丘前向 丘頂增大,至丘後又再減小;沙粒徑之分布於迎風面林綠處之粗沙及 中沙(0.25

mm

~1

mm

)含量較多,愈向內陸(林地內)則愈少(張瑞津,

1980;Medina et al., 1994;林振旭、林意楨,1996;Wang et al., 2003;

楊美萍,2004)。鄭瑞壬(1991)研究桃園臺地海岸沙丘,發現沙丘由 東北向西南擴展,沙粒沿著海岸由北向南且向內陸漸細。

2.4 定沙及防飛沙措施

海岸飛沙的移動主要受到風速大小及風向等氣象條件影響,沙粒 移動同時也與地被植生量多寡、地表面濕潤度、粗糙度等有關(游繁

(27)

海岸飛沙地可以設置攔沙籬以攔截沙土,再種植定沙植物,以穩 定沙丘;有效的定沙措施可使海灘產生豐富的動植物生態。因各地風 速、風向、地形和沙粒等皆有不同的特性,防風定沙的設施可因應各 地的環境需要,做各種不同的設計。定沙及防飛沙之基本對策如下

(Qiu et al., 2004; 林宗儀,2002;郭金棟,2004):

一、降低風速

從海上吹來的強勁風速,若能以障礙物阻滯,除可因摩擦增加使 風速降低外,更可藉障礙物吸收氣流的運動量,使之轉變為熱能而達 減小風速之效。

二、改變風向

風直接作用於地面或作物上導致沙土飛揚,造成作物生理障礙並 引起機械傷害;若能以防風構造物迫使風向轉變,不致對地面或作物 造成直接作用,可收保護之成效。

三、增加蔽風範圍

防風構造物在改變風向迫使氣流向上方流動以後,會在背風區形 成較大蔽風區,而此蔽風區的土地即可充分利用作為農地或其他用 途。

2.4.1 定沙及防飛沙之措施設置,大致分為如下:

一、防風林

由於海岸地區環境風勢強勁,根據前人研究中防風樹種之防風效 果發現,防風樹種之枝下高不宜過低,枝下高過低易造成迴旋風(單

(28)

植效果);反之,枝下高過高則易造成風口,使風速增強(聚植效果), 遂為增加種植防風林成功的機會,可以利用樹種選擇及種植排列結構 以降低進入林中之風速(江永哲等,1987)。防風林的配置主要分成 第一線及第二線;第一線防風林採單株混植方式,以達地表之覆蓋及 提供第二線防風林之屏障;第二線防風林須考慮其生長速度之相互配 合及各樹種之需光特性。故防風林靠海側以低矮草木層、灌木層密植 為主,靠陸側可植栽中木層、高木層等(柳榗,1975,1984;鄭元春,

1999;朱德民,1993;郭一羽、李麗雪,2005)。防風林帶與風向垂 直時,其防風效果最高,防風林帶與風平行時,其效果僅為垂直時之 四分之ㄧ(周恆,1978)。根據 Maki(1981)研究結果指出最適當密 度之防風林設施,可達到相當大的減風率,同時風速的回復也較慢,

減風效果的範圍也最大,一般防風設施密閉度小,其減風效果亦小,

風下之效果範圍亦較狹小,然而密閉度過高,在設施後面不遠處雖風 速亦弱,但密閉度超過 80%以上,反而會產生渦流,風速的回復反 而較快,減風的效果範圍反而變小,防風林最佳密度為 60~70%(摘 自陳財輝等,2006)。

二、防風網

防 風 網 的 高 度 約 為 120

cm

, 支 柱 以 竹 子 為 材 質 , 間 隔 為 150

cm

~180

cm

,每 500

cm

~600

cm

的距離,再設置垂直方向的防風隔 網長約 200

cm

~250

cm

,以增加防風效果,根據 Maki(1981)研究結 果指出防風網最佳密度為 50~60%(摘自陳財輝等,2006)。防風網 使用年限約為 3~5 年,其優點為防風效果佳、施工簡易且經費低廉,

唯尼龍網會掛住鳥類不利生態保育。

(29)

三、攔沙籬

海岸飛沙地設置攔沙籬以攔截沙石,再種植甜跟子草、濱刺麥等 定沙植物,以穩定沙丘,是最常用且有效之方法。攔沙籬角度以與風 成 60°~90°最佳,因其沉沙量最多。主籬長度有長至數百公尺,亦有 僅數公尺,端視沙源之多寡及其欲保護之面積而定,無一定之規格與 標準。Qiu et al. (2004)於研究中發現,攔沙籬最適切且容易建造之高 度以 1

m

為原則;基本上攔沙籬愈高,沉沙量愈大,但仍需考慮材料 耐久年限、成本、受風面積及施工方法等。依其材料、構築方法不同 可分為柴枝攔沙籬、蘆葦攔沙籬、竹條攔沙籬、木皮攔沙籬及竹梢攔 沙籬等。

四、植被

即種植耐鹽性、匍匐性之藤本植物、草本植物,待植被穩定成長 即可達到定沙之效果,經過一定時日灘地日益堆高而逐漸形成沙丘,

此為最具自然性、生態性之定沙措施生態性。或在沙丘地部分種植花 生、西瓜、香瓜等作物,植被可使土壤不易受風吹動,因有噴灌亦可 抑止飛沙之產生。

五、化學黏合劑固沙

化學固沙是通過噴灑有化學物質的黏合劑,在沙表面形成一層具 有一定強度的剛性殼層、柔性固結層或彈性固結層,使沙丘表面形成 保護層,隔絕氣流與鬆散沙層的直接作用,達到防治沙害的目的。

六、生物聚合物定沙

以三仙膠為材料,利用三仙膠的定沙能力防止幼芽受到飛沙磨 傷,待植生成長之後,植群產生定沙作用後,三仙膠的穩定沙丘、防

(30)

止飛沙的階段性任務已完成,此時進行防風林栽植工作可收事半功倍 之效。

2.5 沙丘植生

海岸沙丘地區之潮風吹襲、波浪淹浸、飛沙瀰漫等環境條件對植 物生長十分嚴苛,適應此惡劣環境之植物大多具匍匐生長、莖葉肥 厚、節節生根及深根性等特性。沙丘之植生策略為(1)儘量以生態綠 化取代傳統景觀綠化,(2)多採用群聚方式栽植,運用自然力形成具 干擾、阻撓等機能性保護結構,(3)除施用有機肥外,可栽植肥木以 促進生長。常見於臺灣沙丘地區之植物種為林投、濱刺麥、海埔姜、

濱芒、濱豇豆、單花蟛蜞菊、馬鞍藤及黃花磯松等(陳運造,1995;

薛聰賢,1999;鄭元春,1999)。定沙植物之種植以三角形、多層、

密生式為佳。植栽移植時,為增加存活率,除了選擇適當的植栽季節 外,宜搭設防潮或防風網或於根部配合使用保水材料,枝幹包覆防 護,枝條使用蒸散抑制劑等,以抗潮風。植栽移植後,宜覆蓋稻草防 止乾燥與表面侵蝕、抑制雜草等(郭一羽、李麗雪,2005)。

影響沙丘植物之環境因素為高溫、鹽霧、強風、飛沙、水分及鹽 分等,以下說明之(朱德民,1993)。

一、高溫

當其他環境因子為非限制因子時,溫度因子的影響作用最大,因 植物之生長速率會隨溫度增加成正比,但溫度超過某一界線後植物生 長反隨之減少;植物最適生長的界限溫度約在 20~35℃之間。

(31)

二、鹽霧

海水含有約 3.5%的鹽類(林振旭、林意楨,1996);而一般植物 之鹽分濃度限界於草類約為 0.1%,樹木約為 0.05%。鹽霧發生後短 期內若無降雨,滴在葉片上之鹽分會累積在葉肉細胞壁導致氣孔關閉 不能生長,且鹽分會使枝條發生壞疽現象。根據 Koki(1978)研究 中指出飄鹽量多寡因風力大小及持續時間而異(摘自陳財輝等,

2006)。

三、強風

強風會將植物生育基盤之沙粒吹散,再從這一點起漸吹擴大其範 圍,使植物因根群裸露而死亡;另強風會使葉片界面層阻抗減少及葉 片破損而導致蒸散率增加,使植株倒伏、矮化。植物為適應強風而具 深根性,另葉形小而厚、表皮革質發達、氣孔深藏,植株短小或矮化。

四、飛沙

沙粒受風吹襲而移動稱為風蝕作用,因此作用而移動之沙粒會在 另一處堆積而為害該地區之植物。即沙土堆積會使植物根域的通氣性 降低,植物莖部受沙埋之部位溫度太高,導致植物病害而死亡。飛沙 的土壤粒子會造成植物的生理性損害,導致鹽分自損傷部侵入使被害 加劇,嚴重的飛沙量甚至會將植物埋沒。

五、土壤水分

土壤水分供應植物的吸收,植物得以維持細胞壓,藉水分運送而 吸收土壤養分,完成細胞分裂、伸展、分化及其他之代謝現象。植物 每增加單位乾重所需耍吸收或蒸散的水量稱為需水量;植物之需水量 愈少其耐旱性愈高。對大部分之植物而言,最適宜植物生長之土壤水

(32)

分介於土壤最大含水量之 60%至 80%之間。

六、土壤鹽分

多數植物於高鹽分環境下種子之發芽會被抑制;但對耐鹽性植物 而言,少量鹽分之存在對種子之萌發和生長較為有利;唯對大多數耐 鹽性植物言,土壤之鹽度對其生長分布仍為一重要限制因素。

沙丘上的植物生態演進分階段完成;一開始先有草本蔓藤性沙丘 植物,其特點是根部可深入地下獲取水份,莖葉遭受沙覆蓋亦可伸出 地面繼續生長,這類植物可以很快的覆蓋沙丘或沙灘表面,防止地面 上的沙粒受風作用移動。待沙丘發育稍穩定後,開始有多年生草本及 灌木、矮樹種、荳科植物等出現,最後木本科植物進入。人工沙丘的 復育,需依照上述植生之自然演進過程分階段引進植栽種植。Kutiel 等(2004)觀察移動沙丘因植被覆蓋而穩定之過程,發現沙丘的穩定度 受植被稀疏或緊密度影響,在無人為的干擾下於裸露沙丘上生長穩定 植被至少需 3 年。

(33)

圖 2.1 海灘之波浪帶示意(水村和正,1999)

圖 2.2 依據漂沙顯著性之海灘剖面分類示意(郭ㄧ羽、李麗雪,

2005)

(34)

(a) (e) (i)

(b) (f)

(c) (g)

(d) (h)

圖 2.3 沙丘類型(鄭瑞壬、鄧國雄,1991)

(35)

第三章 研究區位環境概述

本章將說明研究區位之範圍、環境地質、歷年氣象海象、沙丘沙 性質(物理性質、沙丘剖面量測第一年成果)及沙丘植物(植物種類、

植物面積量測第一期成果)等。

3.1 研究區位及範圍

見圖 3.1,本研究區位名為南港海岸(Nan-Gang Coast),其位置於 新竹市轄區,北起鹽港溪出海口南迄新竹縣、苗栗縣交界(見圖 3.2)。

南港海岸現況受地形及堤防整治之影響可分成三大區塊,一為從鹽港 溪口至海防哨之泥灘區 (Mudbank area)、二為從海防哨至保安林起點 之草澤區(Grassy marsh area),三為從保安林起點至竹苗交界之人工沙 丘區(Sand dune)。

圖 3.3 為泥灘區現況,常時處於沒水狀態,東側有堤防;因鹽港 溪攜帶之沙及粉土堆積於出海口附近,使其海灘底質為粉土質沙,是 具多樣生態性之潮間帶;由於含大量營養源底棲生物豐富,鳥類覓食 景象處處可見。另一方面,圖 3.4 為草澤區現況,此區亦為潮間帶,

東側有堤防;海灘底質為沙少粉土,動物生態多樣性漸降低,高潮時 局部被淹沒,海灘底質常保濕潤飛沙不顯著。有二小區排之排水口,

因其排水之有機物含量高,海灘植被明顯比北端泥灘區茂盛。此外,

由於排放之水源攜帶部分泥質土壤經過自然作用後,形成一丘丘沙丘 胚遍佈其間,形成特殊之景觀;惟其排放水為當地養殖業污水,為南 港海岸之主要水體污染源。

圖 3.5 為人工沙丘區現況,此區乃本研究之調查範圍,其東側為

(36)

保安林。因地勢較高,常時不為高潮淹沒,海灘底質常保乾燥飛沙顯 著,經人工定沙已發育成 1.5

m

~2.5

m

高度之沙丘。然而,人工沙丘之 形成衍生出風飛沙問題,影響當地生活品質。

3.2 環境地質

風化之地質母岩遇雨形成土石流順河入海而成為漂沙源,即因漂 沙源的母岩性質而形成海灘底質特性。於新竹地區,由東往西之地層 年代於河川上游為漸新世、中游為中新世、下游為上新世;地層大致 為北東走向,以中高角度向東南傾斜。地質分布自東南向西北,為澳 底層、大桶山層、野柳群、瑞芳群、三峽群、卓蘭層及頭嵙山層等。

於山區其岩層多為砂岩、頁岩及砂頁岩互層,河谷地區多為沖積礫石 層,河口為沙及粉土所組成。

於地形方面,1970 年頭前溪口南岸經興建新竹漁港後,由於防 波堤阻擋沿岸漂沙,以致新竹垃圾掩埋場附近之海堤日漸侵蝕,需以 消波塊保護堤腳;其南濱海水浴場前方之沙灘亦逐漸後退;而香山一 帶海岸(含南港海岸)尚稱穩定。欲瞭解海岸地形變遷的原因,首應 瞭解其演變方式及影響因子;演變方式需套疊不同年代之地形圖觀察 之;而影響因子大致歸類為地質構造、地殼升降或海準變動、沉積物 的供應、海床坡度、風化作用、波浪作用、崩壞作用、海岸的曲折度、

海灘的寬窄與物質組成及人為因素等(楊美萍,2004)。依據圖 3.6 所示,對照近 75 年來新竹市海岸線的變化資料,顯示由於河川的輸 砂量豐富,造成海岸線逐年向外擴張情形。

新竹市境內主要的河川大致呈東南向西北之水流方向,最後注入 台灣海峽。見表 3.1,其主要的河川有頭前溪及客雅溪,次要的河川

(37)

有三姓公溪、鹽港溪。一般而言,此區域河川因受地形影響,多為流 短坡峻,因此具有雨季時河水流量大,枯水時期流量少之特點。流經 南港區域主要的河川為鹽港溪,其發源於新竹縣寶山鄉茄苳湖、社子 崎,向西南流經新城、虎頭山,於石秀橋附近進入新竹市境內。此後 並穿越南隘、中隘、內湖等村,於內湖南側入台灣海峽。鹽港溪全長 約 12.0

km

,其在新竹市境內河段長約 7.3

km

,其中有 2.85

km

的河道 流經新竹市和苗栗縣之邊界。此外,鹽港溪流域面積約 40.5

km

2,流 域平均年雨量 1,520.0

mm

,年平均逕流體積約為 49,248,000

m

3。 新竹地區調查區之海岸型態分屬中性海岸(Johnson 分類)、二次 海岸(Shepard 分類)及堆積物海岸(時間過程分類);即為受海洋營力 影響,經堆積過程所形成之沖積平原海岸(郭金棟,1988;Horikawa, 1978)。依漂沙平衡形狀之海灘剖面分類,計畫區之海灘型態於人工 沙丘區屬 III 型,係外海之碎波帶發生侵蝕,沙移動在海灘線附近堆 積,海灘線向海方向前進,而呈台階型海灘。他處之海灘型態屬 I 型,

是碎波帶由海灘線附近發生侵蝕,海灘線向陸上後退,被侵蝕之沙在 碎波帶之水域發生堆積而呈沙洲型海灘,具後灘、前灘及外灘。

3.3 歷年之氣象、海象

3.3.1 氣象

見圖 3.7、圖 3.8,依據新竹地區過去兩年間的氣溫變化,本區全 年氣溫約在 5.1℃~36.5℃間變動,年平均溫為 22.6℃。熱季為每年四 月至十一月,長達七個月,以七、八月間氣溫最高,2005 年七月份 及 2006 年八月份的 36.5℃為最高月氣溫記錄;冬季以一、二月氣溫 最低,2005 年一月份出現最低氣溫約為 5.1℃。全年月溫差可達 30℃

(38)

左右,而全年月平均溫度超過 20℃的有八個月(四月至十一月)。

由於海岸地區沙性土壤的保水力差,往往在氣溫高蒸發量大時,就易 形成乾燥層,因此也會容易被風攜帶移動。

沙粒的含水量受氣象左右,隨著降雨季節分佈的差異,沙粒含水 量的多寡會限制風的搬運能力,即雨量越少,沙丘就越處於乾燥且易 被搬動的狀態,然降雨量增加,則沙粒與水體間的結合能力越強,較 不易被搬動。若每月雨量達 120

mm

~150

mm

時,土壤濕潤,不易受風 蝕。見圖 3.9,依據新竹地區氣象資料顯示,新竹市過去兩年年平均 全年降雨總量約 2194.6

mm

,颱風期為七、八、九月其中又以七月的 降雨量最豐皆達 150

mm

。十月至翌年一月較少,均不足 130

mm

,然 乾、濕季之分別,不若台灣南部地區明顯。平均全年降雨日數約 126 天,其中二月至六月之降雨日數較多,平均每月可達 11 天;十月至 翌年一月的降雨日數則平均每月不超過 8 天。

見圖 3.10,新竹市過去兩年間的平均相對濕度約為 76%,全年 濕度相差不大,月平均相對濕度介於 67%~83%,最高為 2005 年二月 及 2006 年一月的 83 %,最低為 2006 年 10 月份的 67%,顯示新竹市 為極潮濕的地區。

風對於土地及其他物體之破壞力,取決於風速之大小,尤其在乾 燥多風且又缺乏植物覆蓋之地區,風之吹揚沙土、移動情形,皆與風 速大小有關,即風速愈強沙粒愈容易被帶動。本區面對台灣海峽,背 倚雪山山脈。由於雪山山脈為東北、西南走向,與東北季風及西南季 風等盛行風向平行,對於季風的地形摩擦阻滯效應小,以致新竹沿海 地帶風力強勁。見圖 3.11 依中央氣象局新竹測候站 2005~2006 年之 資料,最大風速為 5.1~14.4

m sec

,其中 10 月至翌年 3 月為 NNE~NE 向之東北季風期;5 月以後轉為 WNW~NW 向。

(39)

台灣位於太平洋中西部邊緣之一海島,每年夏、秋之際,屢受颱 風襲擊,因此颱風遂成為台灣最嚴重之自然災害。依據中央氣象局將 颱風侵台路徑劃分為七類,據以統計 1897~2006 年間之侵台颱風,路 徑詳如圖 3.12 所示。計畫區位於台灣北海岸,第一類、第二類及第 五類路徑之颱風將直接侵襲其鄰近海域;見表 3.2,中央氣象局 2005~2006 年有發布颱風警報之颱風。

3.3.2 海象

潮位為海岸工程結構物設計的重要參數,圖 3.13 為各種潮位、

潮差及潮升之定義示意;而所謂天文潮係由長時間的潮位觀測資料,

經統計分析而得的潮位;見表 3.3,新竹地區各種潮位值。

潮汐引起的潮流對工程結構影響不大,但對漂沙和水質淨化有很 大影響。根據漁業署歷年來委託調查結果顯示,新竹市海域潮流方向 大致與海底等深線平行,退潮時向東北,漲潮時向西南。一般南港海 域附近是以潮流為主,速度約為 30~50

cm sec

其主軸方向為東北-西南 向,但主要流向約略平行於海岸線。至於香山外海一帶,主要流向為 沿岸方向,夏季主要流向為北、北北東及東北,冬季則有較大向南的 流速,主要流向為南、南南西或西南,夏冬兩季的流速最大皆達 40

cm sec

以上。

見圖 3.14,源自赤道的恆流(黑潮)延菲律賓向台灣的方向移動 在恆春分為兩條分流系統,海水溫暖夏季配合西南氣流緩面的向東北 方移動,造成之潮流速約在 7

cm s

至 10

cm s

。大陸的沿岸流由東北方 向西南移動受到黑潮恒流的影響,對台灣而言當冬季東北季風的加強 沿岸流受到強大的東北季風的吹送,加速對台灣西部沿岸的影響力,

(40)

使潮流增強至 17

cm s

至 28

cm s

間。

見圖 3.15,根據中央氣象局 2004 年於新竹香山外海 1.5

km

所作 觀測顯示,期間所觀測之最大波高(H1/3)為 2.53

m

,所對應週期(T1/3) 為 6.7

sec

, 平均波高為 0.55

m

~1.17

m

3.4 沙丘性質

茲根據陳姿亘(2006)與許逸泓(2007)兩人,所彙整相關於本研究 第一年期之成果,轉述沙丘性質於後。有關於沙丘性質之所有採樣點 皆配置於三個沙籬隔區間內(見圖 3.16),其涵蓋沙丘區之北端(Zone I)、中端(Zone II)、南端(Zone III)三個斷面,而圖 3.17~圖 3.19 為三個 沙籬隔區於量測初始之現況;各項試驗之採樣點計九處,其位置標示 於圖 3.20,即於每一沙籬隔區裡由陸側往海側方向各取三點。

3.4.1 沙丘沙粒徑

沙丘沙之粒徑範圍介於 0.13

mm

~0.41

mm

之間。圖 3.21 為沙丘九 採樣點之粒徑分布曲線;此圖之橫座標為

ϕ

尺度,即取二進位對數之

ϕ

值(

ϕ

=

− log

2

D

D

:粒徑),各土壤分類之

ϕ

值與粒徑(

mm

)對照關 係列於表 3.4;而縱座標為對應於各

ϕ

值之通過百分比。

據 以 分 析 沙 丘 沉 積 物 性 質 之 相 關 統 計 粒 徑 參 數 為 中 值 粒 徑 (Median diameter)

M

dϕ 、 平 均 粒 徑 (Mean diameter)

M

ϕ 、 標 準 偏 差 (Standard deviation)

σ

ϕ 、 峰 度 (peakness)

β

ϕ 、 淘 選 度 (Sorting coefficient)

S

ϕ及歪度(Skewness)

α

ϕ,其分別由式(3.1)、式(3.2)、式(3.3)、

式(3.4)、式(3.5)及式(3.6)定義之。

(41)

Md

ϕ

=

ϕ50 (3.1)

ϕ

50:累積通過 50%所對應之

ϕ

2

16

84

ϕ

ϕ

ϕ

= +

M

(3.2)

ϕ

84:累積通過 84%所對應之

ϕ

ϕ

16:累積通過 16%所對應之

ϕ

2

16

84

ϕ

σ

ϕ =

ϕ

(3.3)

( )

ϕ ϕ

ϕ

σ

σ ϕ ϕ

β

⎥⎦

⎢⎣

= 2 95 5 1

(3.4)

ϕ

95:累積通過 95%所對應之

ϕ

ϕ

5:累積通過 84%所對應之

ϕ

25

ϕ

75

ϕ

ϕ =

S

(3.5)

ϕ

75:累積通過 75%所對應之

ϕ

ϕ

25:累積通過 25%所對應之

ϕ

ϕ ϕ

ϕ ϕ

σ

α

=

M

M

d (3.6)

各統計粒徑參數之物理意義為:

(42)

一、中值粒徑

M

dϕ

乃表示沙丘沉積物粒徑(沙粒徑)分佈的中值粒徑,藉以顯示沙 粒徑的平均狀況,值越大表示平均顆粒越細,反之則越粗;一般而言 離沙源區越近之沉積物顆粒越粗,粒徑平均

ϕ

值越低。

二、平均粒徑

M

ϕ

其可表示粒徑之幾何平均值,通常

M

ϕ

M

dϕ甚接近,兩者間差異 愈大時表曲線愈歪向一邊,歪度

α

ϕ之絕對值愈大;如分佈偏重於大

ϕ

值(細徑)則

M

ϕ>

M

dϕ

α

ϕ<0。

三、標準偏差

σ

ϕ

表示天然篩分性或粒徑分散範圍,

σ

ϕ大表粒徑分散範圍廣。

四、峰度

β

ϕ

乃顯示沙粒徑大小分佈在中央與兩端的程度,常態的

β

ϕ值為 1;

當中央的淘選比兩端好時

β

ϕ值趨大,

β

ϕ值>1 表其沙粒徑柱狀圖分佈 漸呈突出峰,粒徑分佈較集中;

β

ϕ值<1,其沙粒徑柱狀圖分佈漸呈 平坦峰,表其粒徑分佈廣。

五、淘選度

S

ϕ

為表示淘選良否之程度,數值越大,表示粒徑大小參差不齊,淘 選度差;數值越小,表示粒徑大小集中,淘選度佳。

六、歪度

α

ϕ

α

又稱偏態係數,顯示沙粒徑分佈偏離常態對稱分佈之程度;

α

(43)

若為正值,表沙粒徑偏向粗粒,粗粒的沉積物源是由添加或侵蝕作用 所造成;

α

φ若為負值,表沙粒徑偏向細粒,細粒的沉積物源是由沉積 作用所造成。

沙丘區各統計粒徑參數之特質性如下所述:

1. 其平均

M

dφ 值於 Zone I、Zone II、Zone III 分別為 2.15、1.93 及 2.06,認為其粒徑尺寸與平面位置間之相關性不大。

2. 其平均

σ

ϕ 值於 Zone I、Zone II、Zone III 分別為 0.53、0.46 及 0.42,

認 為 其 粒 徑 尺 寸 之 分 散 範 圍 不 廣 , 其 粒 徑 範 圍 介 於 0.13

mm

~0.41

mm

之間。

3. 其平均

β

ϕ值於 Zone I、Zone II、Zone III 分別為 0.76、0.59 及 0.35,

β

ϕ值<1,故認定其峰度分級屬「極扁平」,表在其粒徑範圍內並 無特別集中現象。

4. 其平均

S

ϕ值於 Zone I、Zone II、Zone III 分別為 1.39、1.31 及 1.30,

屬淘選不良者。

5. 其平均

α

ϕ值於 Zone I、Zone II、Zone III 分別為-0.20、-0.20 及-0.11,

其歪度分級屬「極偏細~偏細」,表其沙粒徑多為細粒,而細粒沙 多為風力堆積或水力沉積作用所造成。

3.4.2 沙丘沙之

pH

值、氯離子含量、單位重、含水量

基本上,植物可適應之土壤

pH

值域大,然不同植物各有其適應 範圍(適合植生之土壤為 5<

pH

<9 者);沙丘之

pH

值最直接受海水 左右,海水之

pH

值約為 7.6~8.3(陳彥奇,2006),本研究所量測之 海水

pH

值介於 8.07~8.11 之間。於九處採樣點所得之沙丘沙

pH

值介

(44)

於 6.85~7.71 之間,知曉其屬於弱鹼性,且發現沙丘各斷面的

pH

值差 異不大。惟在 12 月份,各斷面的

pH

值高於其他月份,推斷受海洋漲 退潮之海水浸漬以及東北季風之影響。

於海岸凸出處,如桃園、新竹、苗栗及中部彰化雲林一帶沿海地 區,易遭受東北季節鹽風之吹襲(即每年 10 月至翌年 3 月間),挾帶 高濃度鹽分之強風影響海岸環境甚劇而造成鹽害。在 1

kgf

重的標準 海水中約有 34

gf

的鹽類,其中氯離子約含 19

gf

,菲律賓及臺灣沿海 海水之鹽分約為 0.034(陳彥奇,2006)。本研究則依據 CNS 1240 規 範量測沙丘沙之氯離子含量,其於北端 0.0011%、中間 0.0014%、南 端 0.0012%。CNS 1240 規範建議混凝土骨材細粒料中之水溶性氯離 子 含 量 於 預 力 混 凝 土 必 須 小 0.012% , 於 其 他 混 凝 土 必 須 小 於 0.024%,故認為沙丘區之沙可就近使用為海岸混凝土構造物(消波異 形塊、護坦工、基礎工、坡面工等)之骨材細粒料。

於沙丘沙之單位重量測上,係將採樣圓筒插入取樣點,圓桶底部 用毛玻璃固定取出試體,用刮刀刮平圓筒口,用毛刷清理圓筒附近多 餘的沙,最後將試體秤重除圓筒體積而得單位重,於每一沙籬隔區間 測九點。圖 3.22 為 Zone II 晴天之單位重量測值,圖 3.23 為 Zone II 雨天之單位重量測值,其餘兩區之單位重性質同 Zone II 者,晴天所 量測之三區單位重介於 14.03

kN

/ m3~16.68

kN

/ m3之間,而雨天則介於 16.87

kN

/ m3~17.66

kN

/ m3之間。且發現每一沙籬隔區間之單位重於西 南側較大,乃是因為研究區域內沙籬之走向為 N30oW,其與最多風 向之夾角約為 75o,導致越往西南迎風面之沙粒較為緊密之故。

經本研究量測晴天與雨天之沙丘沙含水量列於表 3.5,得知表面

沙之晴天含水量 0.45%、雨天含水量 7.09%。因為於 30

cm

深度以下 之晴雨天含水量變化不大(3.35%~5.41%),故認為維持此區植被生長

(45)

之根部含水量約為 3.5%。惟前述之表面沙含水量,於晴天會因濕度 而異,於雨天則會因降雨強度而異。

3.5 沙丘剖面量測第一年成果

人工沙丘區因已設置約略垂直於灘線之沙籬,而使各沙籬隔區間 呈條狀沙丘;各隔區間有出現沙脊,其約垂直於沙籬,走向為 N53oE 約與最多風向ㄧ致。於近海側之沙籬隔區端部,因台階型海灘特性及 有設置平行於海岸線之橫向沙籬,致使其高程剖面出現約 2.0

m

~3.0

m

的落差。沙丘剖面量測係以 Zone I、Zone II 及 Zone III 為對象;以 Zone II 為例,圖 3.24~圖 3.31 為其第一年之量測成果。

由此等圖知曉,於七月~十月間,沙丘剖面之高程有些微上升,

外觀沒有明顯變化;進入十二月份之東北季風期,因飛沙量增加使得 剖面高程明顯上升;翌年之一月、二月間,其高程與外觀皆無明顯變 化;而三月~五月其剖面高程卻急遽下降,此乃因此時期為東北季風 與西南季風交替期,大量沙粒被陸風吹向大海,再加上波浪侵蝕前灘 之故。

續將 Zone I、Zone II、Zone III 之剖面高程數據,匯入 Auto CAD,

使圖形閉合併計算出該圖形面積,即得該沙籬隔區內單位寬度之沙丘 體 積

V

u , 此 項 結 果 彙 整 於 表 3.6 。 其

V

u 值 域 於 Zone I 為 162

m /

3

m

~202

m /

3

m

、於 Zone II 為 301

m /

3

m

~356

m /

3

m

、於 Zone III 為 285

m /

3

m

~316

m /

3

m

,其中 Zone I 受排水溝淤沙清除、風力發電廠興 建等人為干擾較大。若僅觀察 Zone II、Zone III 之

V

u值,發現其於季 節性的氣象、海象間具密切關係,即於東北季風期(12 月~2 月)及 颱風期(7 月~10 月)較大、於西南季風期(4 月~5 月)較小。

(46)

3.6 沙丘植物量測第一年成果

計畫區位內之沙丘指標性植物有大花咸豐草、林投、苦林盤、馬 鞍藤、濱刺麥及海埔姜;陳姿亘(2006)調查其於 2005/10~2006/6 間之植物覆蓋面積變遷情形,每月測量一次;其量測例(海埔姜)示 於圖 3.32,而其覆蓋面積之變遷情形示於圖 3.33。

茲綜合其調查結果如下:

一、大花咸豐草

其 覆蓋面積從 2005 年 10 月之 18.6

m

2持續遞減至 2006 年 3 月之 6.1

m

2;接著續因飛沙及被清除排水溝之淤沙覆蓋後,其覆蓋面積於 2006 年 4 月降為零;後續亦無生長出來。

二、林投

其 覆蓋面積從 2005 年 12 月之 42.7

m

2持續遞減至 2006 年 3 月之 21.9

m

2,接著又增加至 2006 年 6 月之 44.9

m

2

三、馬鞍藤

其 覆蓋面積從 2005 年 10 月之 20.3

m

2持續遞減至 2006 年 3 月之 14.9

m

2,接著又增加至 2006 年 6 月之 19.8

m

2

四、苦林盤

其 覆蓋面積於 2005 年 12 月為 77.2

m

2,之後即因風力發電廠之 興建而被砍伐消失。

(47)

五、濱刺麥

其 覆蓋面積從 2005 年 10 月之 16.6

m

2持續遞減至 2006 年 1 月之 11.38

m

2,接著又增加至 2006 年 3 月之 13.3

m

2,之後卻又持續遞減至 2006 年 6 月之 4.6

m

2

六、海埔姜

其 覆蓋面積從 2005 年 10 月之 131.4

m

2持續遞減至 2006 年 2 月 之 94.1

m

2,接著又增加至 2006 年 6 月之 168.1

m

2

(48)

表 3.1 新竹市水文資料(經濟部水資源局,2003)

總長度 新 竹 市

境 長 度全長比降 市境比降

鳳山溪 250.1 45.45 0 34 --- 竹北魚寮 572.5 6.96 --- 頭前溪 565.97 63.03 12.6 25.24 2.78 南 寮 111.08 2.56 5570 客雅溪 48.41 26.2 12.4 3.57 2.82 罟 寮

西 南 側 73.89 0.19 720 三姓公溪 10.64 9.05 9.05 7.73 7.73 浸 水 庄

西 側 --- 0.43 128 鹽港溪 40.5 13.43 7.3 5.66 1.37 灰 寮

西 南 側 49.25 0.13 246 註:"---"表資料不足 資料來源:經濟部水資源局,2003

出海口

年逕流 量(百萬 立方公

尺)

年輸砂量 (百萬公

噸)

洪水流 量(CMS) 名稱 流域面

積(km)

河流長度 河床平均比降(m/km)

表 3.2 侵台颱風有發布颱風警報(2005~2006)(中央氣象局,2006)

年份 國際譯名 中文

譯名 生成時間 結束時間 強度 警報

近中心 最大風速 (m/s) Haitang 海棠 7 月 12 日 00Z 7 月 20 日 12Z 強烈 海.陸

(0716~0720) 55 Matsa 馬莎 7 月 31 日 12Z 7 月 31 日 12Z 中度 海.陸

(0803~0806) 40 Sanvu 珊瑚 8 月 11 日 06Z 8 月 13 日 18Z 輕度 海.陸

(0811~0813) 25 Talim 泰利 8 月 27 日 00Z 9 月 2 日 00Z 強度 海.陸

(0830~0910) 53 Khanun 卡努 9 月 7 日 00Z 9 月 12 日 12Z 中度 海.陸

(0909~0911) 43 Damrey 丹瑞 9 月 21 日 00Z 9 月 27 日 18Z 中度 海(0921~0923) 25 2005

Longwang 龍王 9 月 26 日 00Z 10 月 3 日 00Z 強烈 海.陸

(0930~1002) 51 Chanchu 珍珠 5 月 9 日 12Z 5 月 18 日 09Z 中度 海、陸

(0516~0518) 45 Ewiniar 艾維尼 6 月 30 日 18Z 7 月 11 日 00Z 強烈 海(0707~0709) 51

Bilis 碧利斯 7 月 9 日 06Z 7 月 15 日 06Z 輕度 海.陸

(0712~0715) 25 Kaemi 凱米 7 月 19 日 06Z 7 月 26 日 06Z 中度 海.陸

(0723~0726) 38 Saomai 桑美 8 月 5 日 12Z 8 月 11 日 06Z 中度 海.陸

(0809~0810) 48 Bopha 寶發 8 月 6 日 06Z 8 月 9 日 06Z 輕度 海.陸

(0807~0809) 25 2006

Shanshan 珊珊 9 月 10 日 12Z 9 月 18 日 00Z 中度 海(0914~0916) 48

(49)

表 3.3 新竹地區各種潮位值(中央氣象局,2003)

潮 位 中潮系統 低潮系統

暴潮位 +3.64m +6.292m

最高潮位(H.H.W.L.) +2.64m +5.292m 大潮平均高潮位(H.W.O.S.T.) +2.16m +4.182m 小潮平均高潮位(H.W.O.N.T) +1.24m +3.892m 平均潮位(M.W.L.) +0.06m +1.721m 小潮平均低潮位(L.W.O.N.T.) -1.13m +1.522m 大潮位(L.W.O.S.T.) -2.25m +0.402m 最低潮位(L.L.W.L.) -2.75m -0.098m

表 3.4 各土壤分類之

ϕ

值與粒徑(

mm

)對照表(郭金棟,1988)

分類 粒徑 (

mm

)

ϕ

值 分類 粒徑

(

mm

)

ϕ

值 8.0 -3.0 0.250 2.00 4.0 -2.0 0.210 2.25 3.360 -1.75 0.177 2.50 中礫石

2.380 -1.25

細沙

0.149 2.75 2.000 -1.00 0.125 3.00 1.680 -0.75 0.105 3.25 1.410 -0.50 0.088 3.50 細礫石

1.190 -0.20

極細沙

0.074 3.75 1.000 0.00 0.0625 4.00 0.840 0.25 0.053 4.25 0.710 0.50 0.044 4.50 粗沙

0.590 0.75

淤泥

0.500 1.00 0.420 1.25 0.350 1.50 中沙

0.299 1.75

備註:依據美國土壤局分 級法分類之。

參考文獻

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