水域生態及水利工程設計原則

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1、水域生態及水利工程設計原則梁文盛京華工程顧問股份有限公司副董事長壹、自然河川物理特性1.1河川型態分類河川的治理策略常為達到人類預定的目標，而將河川的平面型態、斷面形式及縱向坡度設計成均勻一致的河道，卻忽視河川的自然型態及河川因人為干擾所產生的應變，導致河川治理工程的龐大投資，施建違反河川自然特性的結構物，但仍無法消減河川洪流所造成的災害損失。河川的流量變化、泥砂運移及河岸植生等自然因素，控制河川的自然型態、河道的穩定及河川對人為干擾所產生的應變，因此河川治理應先瞭解河川的自然物理特性及水、土、植生相互影響下的河川型態。河川型態分類的目的為確認河川現況型態及其自然特性；由現況河川呈現

2、的型態，預測其未來受外力影響的演變；建立各類型河川水理與輸砂之關係及由類似河段特性，提供推演河川變化的機制。影響河川系統之因素甚多，主要包括天然的氣候、地形、地質、土壤、植生、水文及人為的干擾等，其中各種天然因素間的相互影響，使河川系統產生不同的型態，又河川系統對各種人為的干擾亦會產生自然的應變，因此河川系統屬一複雜的動態系統。而影響河道的主要因素包括流量、河道斷面形狀、縱向坡度、河床質粒徑組成、泥砂運移、岸邊植生及人為的干擾，其中流量的變化與河床質粒徑組成會影響河道斷面形狀與坡度及泥砂運移量，使河道維持一種長期性的動態平衡；而人為的干擾則常會破壞河道的平衡，使河道尋求另一個長期動態

3、平衡的狀態。茲將河川型態分類概述如下。註：本文內容係取自下列文獻再經整理。1.水利工程技術規範(河川治理篇)第一階段研擬(1/2)附錄一，經濟部水利署，95年12月。2.生態工法分析模式及設計要點研究(2/2)，經濟部水利署，94年12月。2-1一、依輸砂特性分類(一)河床質組成及運移特性河床質(BedMaterial)依其粒徑大小可區分為砏土、砂、礫石、卵石、塊石等類別，如表1.1-1所示。泥砂運移依其粒徑大小及運移方式可分為下列三類，其粒徑之分界視河川水理條件而異。1.推移載(BedLoad)：沿河床以移動、滾動或跳動的方式往下游運移，一般屬大顆粒之河床質。2.懸移載(Suspe

4、ndedLoad)：以懸浮於水流中的方式往下游運移，但偶會與河床接觸。3.沖洗載(WashLoad)：屬細顆粒而不易沉澱，一般在河床質中含量極少，其運移量取決於集水區之產量，因其甚易被水流帶走。表1.1-1河床質粒徑分類河床質分類粒徑(mm)說明砏土/粘土(Silt/Clay)<0.062砏粘土(S/C)極細砂(VeryFine)0.062-0.125細砂(Fine)0.125-0.25中砂(Medium)0.25-0.50砂(Sand)粗砂(Coarse)0.50-1.0極粗砂(VeryCoarse)1.0-2極細礫石(VeryFine)2-4細礫石(Fine)4-8中礫石(Med

5、ium)8-16礫石(Gravel)粗礫石(Coarse)16-32極粗礫石(VeryCoarse)32-64小卵石(Small)64-128卵石(Cobble)大卵石(Large)128-256小塊石(Small)256-512中塊石(Medium)512-1,0254塊石(Boulder)大塊石(Lrg)1,024-2,048巨大塊石(Very-Lrg)2,048-4,096岩床(Bedrock)>4,096岩床(Bdrk)(二)河川型態分類河川輸砂特性反映集水區泥砂產量、河川輸砂能力、河床質組成及其沖淤平衡狀況，河川依其輸砂特性可區分為懸移載、混合載與推移載河段，如表1.1-2

6、所示。一般而言，河川無法單屬一種輸砂特性，輸砂特性常因河段之水理因素及河床質組成而變化，河川型類分述如下：2-2表1.1-2河川之輸砂特性(Schumm,1963)河床質泥推移載佔河道穩定性輸砂特性砂百分比總輸砂量之穩定狀態淤積狀態沖刷狀態(%)百分比(%)(動態平衡)™W/D＜10™主要為河岸淤積使™主要為河床沖刷懸移載＞20＜3™蜿蜒度＞2河道變窄™河岸沖刷次之™坡度平緩™河床淤積次之™10＜W/D＜40™主要為河岸淤積，™主要為河床沖刷混合載5~203～11™1.3＜蜿蜒度＜2而後河床淤積而後河岸沖刷™坡度中等™W/D＞40™主要為河床淤積™主要為河岸沖刷推移載＜5＞11™蜿蜒

7、度＜1.3™形成河中島™河床沖刷次之™坡度陡峭註：W=河寬，D=水深，蜿蜒度=河流長度與河谷長度之比值。1.懸移載河段此類河段一般位於河溪下游段，因其坡度平緩流速較小，輸砂量中大部分為懸移載，在輸砂平衡之情況下，河寬與水深之比例較小(小於10)，且自然形成蜿蜒度高(大於2)之低水流路。此類河段在沖淤不平衡之狀況下，因沉積物均為細顆粒泥土，而致兩岸植生茂密，在河道輸砂量大而產生淤積時，主要由岸邊開始淤積，使河道變窄，但在沖刷之情況時，則因兩岸有植生保護，主要