該自然之河川棲地如下課件

1、河川型態(tài)對溪流棲地及河防工程之影響Influence of River Habitats and Engineering by River Morphology授課教授：林俐玲 鄭皆達(dá)陳鴻烈 林德貴報告學(xué)生：安軒霈 89442003PlaneLineReachLocalLevel 1BasinLevel 2Main RiverLevel 3Bed ProfileLevel 4HabitatsForceGeologyPropertyBed MaterialDistributionBed MaterialCompositionSedimentTransportDrainagePatternMain

2、 RiverPatternBasinGeometricTopographyPropertyChannelShapeArtificial ConstructionArtificial Control PointGeologyWaterTopographyHumanVegetationVegetationDistributionLevel 5UnitHydraulicDistributionFlowConditionBed FormSedimentWaterPropertiesBed FormUnitHumanActivityVegetationAssociationPointSpatial an

3、d Time ScaleClassification of Taiwan River Morphology2河相ALevel 1BasinLevel 2Main RiverLevel 3Bed ProfileGeologyPropertyBed MaterialDistributionSedimentTransportDrainagePatternMain RiverPatternArtificial Control PointHydraulicDistribution由流域、主流及河道之縱橫剖面特性，組成一個河段特有之河相特性Classification of Taiwan River Mo

4、rphology3棲地Level 1BasinLevel 2Main RiverLevel 3Bed ProfileGeologyPropertyBed MaterialDistributionSedimentTransportDrainagePatternMain RiverPatternArtificial Control PointHydraulicDistributionLevel 4HabitatsBed MaterialCompositionArtificial ConstructionVegetationDistributionLevel 5UnitFlowConditionSe

5、dimentWaterPropertiesHumanActivityVegetationAssociation河相河段之河相特性影響棲地中之物理組成結(jié)構(gòu)，形成該河相下之特有棲地特性。Classification of Taiwan River Morphology4Earthquake, Flood with Hundred Years Return Period, Weathering Basin GeometricPropertyDrainage Pattern Geology PropertyBasin EvolutionOriginForceBasin Initial Conditio

6、nBasin Explicit Property水流侵蝕地震斷層原始地質(zhì)地形流域現(xiàn)貌Level 1 Basin Property Classification of Taiwan River Morphology5集水區(qū)幾何型態(tài)1.流域面積A2.流域最大長度Lb3.流域最大寬度Bb4.平均寬度A /主流長5.流域周長P6.流域圓度Rc =A /(具同一周長的圓面積)7.流域狹長度Re =(具有同一面積的圓直徑) / Lb8.型態(tài)要素Rf =A / Lb29.流域密度C=同面積圓周長/流域周長水系特性1.河流級別u(用作下標(biāo))2.平均分歧比Rb= Nu / Nu+13.平均流長比Rl= 4.平均

7、河流凹度Rs=Su / Su+15.主流河長LQ6.河川碎形維度Db= logRb / logRl7.計盒碎形維度流域特性由集水區(qū)之幾何、水係及地質(zhì)等元素所組成，控制了集水區(qū)中之洪水型態(tài)、土砂生產(chǎn)量及遞移率等。其將直接影響第二層主流特性，成為河川中泥砂、水流及動力之來源。Level 1 Basin Property Classification of Taiwan River Morphology6流域切割程度1.河網(wǎng)密度Du = (Lu) / A2.河流補(bǔ)給常量c=1 / Du3.河流頻度Fu = (Nu) / A高差1.河床比降Sbed2.流域高差H=流域內(nèi)最高點(diǎn)高程與流域出口高程差3.地

8、面平均坡度 =H / Lb4.流域平均坡度 =H / LQ流域特性由集水區(qū)之幾何、水係及地質(zhì)等元素所組成，控制了集水區(qū)中之洪水型態(tài)、土砂生產(chǎn)量及遞移率等。其將直接影響第二層主流特性，成為河川中泥砂、水流及動力之來源。Level 1 Basin Property Classification of Taiwan River Morphology7Sediment, Hydraulic ConditionErosion Base LevelBed BoundaryGeology, TopographyFlood with Several Decades Return Period Topograp

9、hyPropertyMain RiverPatternBed MaterialDistributionMountain, HillTablelandPlain, EstuaryMeanderingBraided, StraightCoarse, FineBed MaterialForceMain River Boundary ConditionMain River Explicit PropertyLevel 2 Main River Property Classification of Taiwan River Morphology8在第一層流域特性之限制之下，河川有其流經(jīng)之地形區(qū)位、河川之

10、平面型態(tài)及河床底質(zhì)組成之特性，一條河川自上至下游可劃分為數(shù)個具有相同第二層河相特性之河段，並擁有其獨(dú)特之工程特性。地形高程平均坡度山地1000公尺丘陵1001000公尺5臺地1001000公尺5平原100公尺河口區(qū)主流受到潮汐影響之河段平面型態(tài)判斷原則辮狀12 且 312蜿蜒12 且 312順直112地型區(qū)位平面型態(tài)Level 2 Main River Property Classification of Taiwan River Morphology9河床質(zhì)特性河床質(zhì)分類河床質(zhì)類型D50粒徑範(fàn)圍(mm)細(xì)顆粒砏土/粘土(silt/clay)0.0622-4砂粒(sand)0.062 22-4

11、 2粗顆粒礫石(gravel)2 642 26卵石(cobble)64 25626 28塊石(boulder)256 409628 212巖床巖床(bedrock)在第一層流域特性之限制之下，河川有其流經(jīng)之地形區(qū)位、河川之平面型態(tài)及河床底質(zhì)組成之特性，一條河川自上至下游可劃分為數(shù)個具有相同第二層河相特性之河段，並擁有其獨(dú)特之工程特性。Level 2 Main River Property Classification of Taiwan River Morphology10Engineering Properties in Level 2由三種主流平面特性、五種地形區(qū)位及兩種床砂特性，可將第二

12、層之區(qū)分出三十種之河相特性。唯並非每種主流特性之組合皆存在，如細(xì)顆粒山區(qū)辮狀河川等。為探討第二層及第三層下之河相工程特性，本研究玆將第二層中之各種主流特性及其概述列於下表。Classification of Taiwan River Morphology11Engineering Properties in Level 2Classification of Taiwan River Morphology12Engineering Properties in Level 2Classification of Taiwan River Morphology13第二層主流特性之空間尺度在數(shù)十公里，為

13、數(shù)個約十公里左右之河相單元所組成。工程構(gòu)物上之尺寸或影響範(fàn)圍與該空間尺度相符者為水庫、防砂壩、堤防及護(hù)岸。以貓羅溪下游為例，其第二層之河相特性為粗顆粒平原辮狀河川，該自然之河川棲地如下。具有相同第二層河相特性之河川尚有大里溪及旱溪，唯河川中工程介入致使河相特性產(chǎn)生變化。The Influence of Level 2 from River Structure20070214Classification of Taiwan River Morphology14潛壩上游土砂淤積，下游河道無泥砂補(bǔ)充，造成潛壩基腳掏刷 潛壩下游刷深之河道。河道中放置大量鼎形塊欲穩(wěn)固河床，但成效不佳 大里溪為防止河道刷

14、深需設(shè)置多道固床工，進(jìn)而阻斷棲地縱向連續(xù)性 旱溪固床工下游無再設(shè)置其他固床工時，河道呈現(xiàn)下刷之趨勢，需於邊灘設(shè)置水泥塊以保護(hù)堤防，破壞棲地橫向連結(jié) 大里溪及旱溪流經(jīng)都市之河段，堤防間距束縮，壓迫原應(yīng)於寬廣之辮狀河川。水路集中致使河道下刷能力增強(qiáng)。為控制河道下刷，則設(shè)置橫向之潛壩或固床工。潛壩或固床工阻斷土砂下移，使下游河床無泥砂補(bǔ)充，加劇河道下切之速度。增設(shè)設(shè)置護(hù)岸保護(hù)工及多道固床工以穩(wěn)固河床。大量增加人為之介入程度，大幅阻斷溪流棲地環(huán)境縱向與橫向上之連續(xù)性 The Influence of Level 2 from River StructureClassification of Taiwa

15、n River Morphology15U, V Type Valley, Terraces, CompoundAnd Single ChannelsValleyTopographyVerticalAggradation, DegradationLateralCondense or WidenSediment, Hydraulic ConditionErosion Base LevelBed BoundaryBank ErosionConvex Bend DepositionConcave Bend ErosionChannel AggradationOr Degradation, Local

16、 ErosionReach Explicit PropertyReach Boundary ConditionForceForceForceReach Explicit PropertyReach Explicit PropertyForce:Flood with Several Years Return Period, Human ActivitiesLevel 3 - River Bed Profile PropertyClassification of Taiwan River Morphology16縱剖面型態(tài)坡型分類原則河段概述凹形坡0形成在溝谷中，屬大多數(shù)溼潤地區(qū)的河流縱剖面。直形

17、坡=0形成在溝谷中，屬大多數(shù)溼潤地區(qū)的河流縱剖面。凸形坡0形成在強(qiáng)烈沉積與增強(qiáng)侵蝕的河床，常出現(xiàn)在乾旱和半乾旱地區(qū)。動態(tài)平衡剖面： 理論剖面： 縱剖面穩(wěn)定分析： 一河段具有向縱剖面、橫剖面及主深槽擺盪之特性，進(jìn)一步細(xì)緻地劃分第二層中之主流河相。縱橫剖面變遷之時間尺度約為數(shù)年，可明顯地且快速地反應(yīng)工程介入對河相之影響。Level 3 - River Bed Profile PropertyClassification of Taiwan River Morphology17分類原則河道型態(tài)河段概述W/H 40寬淺河型多汊型或杓型的外貌。山區(qū)河段橫斷面型態(tài) V型河道斷面：U型河道斷面： 河道型態(tài)河

18、段概述V型河道以發(fā)育史來說比較年輕，且河槽狹窄，在枯水期時無依附一岸的邊灘。U型河道以發(fā)育史來說比較成熟，河槽相對寬廣，枯水期時會有基巖或卵石形成的邊灘露出。平原河段橫斷面型態(tài) Level 3 - River Bed Profile PropertyClassification of Taiwan River Morphology18橫向穩(wěn)定指標(biāo)指標(biāo)定義符號說明指標(biāo)之物理意義勞哈金Dm=泥砂平均粒徑(mm)Sw=水面比降()f1 =25時，河流整年都會經(jīng)常發(fā)生推移載運(yùn)動，枯水季節(jié)只是少量的推移載運(yùn)動。f1 1時，河床泥砂比較細(xì)，經(jīng)常發(fā)生泥砂運(yùn)動，河床的演變速度也較快。阿爾圖寧Wb =滿槽流量之

19、河寬(m)S =坡降Qb =滿槽流量(cms)K1值愈大表示河岸愈不穩(wěn)定，河床橫向穩(wěn)定性愈差。斷面橫向穩(wěn)定分析 Level 3 - River Bed Profile PropertyClassification of Taiwan River Morphology19粗顆粒丘陵順直河川 河相屬性： 河段縱剖面呈現(xiàn)下刷趨勢，橫斷面呈現(xiàn)V型河谷 第二層 第三層 河相特性： 屬於河川最上游處，河段坡度較陡，水流強(qiáng)度大，河道呈現(xiàn)下刷之趨勢，有沖蝕、巖床或沈滓特徵，在地質(zhì)脆弱區(qū)則有發(fā)生土石流之潛勢。 北港溪上游水常溪溪上游The Influence of Level 2 from River Stru

20、ctureClassification of Taiwan River Morphology20粗顆粒丘陵順直河川 河相屬性： 河段縱剖面呈現(xiàn)下刷趨勢，橫斷面呈現(xiàn)V型河谷 第二層 第三層 工程特性： 優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)水泥護(hù)岸可提供較高之防護(hù)強(qiáng)度。 阻隔水陸域之橫向連結(jié) 局限河道之?dāng)U展 易造成基腳掏刷之現(xiàn)象 砌石或箱籠護(hù)岸 提供較多孔隙以營造棲地多樣性 柔性之構(gòu)造可提供護(hù)岸自行調(diào)整之能力 強(qiáng)度較弱，較不適用於土石流潛勢溪流 梳子壩防治土石流降低人為工程對生態(tài)棲地之破壞與阻隔 防砂壩 可提供較高之防護(hù)強(qiáng)度嚴(yán)重阻隔棲地縱向連續(xù)性 降低水流及水域地形之多樣性 防砂壩下游則因無土砂補(bǔ)充而易造成基礎(chǔ)掏刷The I

21、nfluence of Level 2 from River StructureClassification of Taiwan River Morphology21粗顆粒丘陵順直河川 河相屬性： 河段縱剖面呈現(xiàn)下刷趨勢，橫斷面呈現(xiàn)V型河谷 第二層 第三層 工程特性： 優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)固床工不適用 泥砂淤積增加且分散 大幅降低水域地地之多樣性 潛壩基腳掏空，縱橫向連續(xù)性阻隔。貓羅溪上游支流 潛壩基腳掏空，縱橫向連續(xù)性阻隔。貓羅溪上游支流 The Influence of Level 2 from River StructureClassification of Taiwan River Morphol

22、ogy22粗顆粒丘陵順直河川 河相屬性： 河段縱剖面呈現(xiàn)下刷趨勢，橫斷面呈現(xiàn)U型河谷 第二層 第三層 河相特性： 屬於河川之上游處，地勢已較為開闊，並呈現(xiàn)U型之河谷地形。河槽相對寬廣，故枯水期時會有基巖或卵石形成的邊灘露出。在陸域部份，邊灘往往與高灘地接壤，且由於河谷趨於開闊，故在河道兩岸亦常出現(xiàn)狹長且平坦之河階地。 貓羅溪上游貓羅溪上游The Influence of Level 2 from River StructureClassification of Taiwan River Morphology23粗顆粒丘陵順直河川 河相屬性： 第二層 第三層 工程特性： 優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)水泥護(hù)岸護(hù)岸對河

23、川水域棲地局限之影響程度降低 提供較大之穩(wěn)定性 常見垂直護(hù)岸，對橫向連續(xù)性之阻斷極大 砌石或箱籠護(hù)岸 具有自行調(diào)整之能力 對棲地多樣性衝擊較小 實(shí)地應(yīng)用上則有不錯之成效 強(qiáng)度較弱，但基腳淤砂後自行形成邊灘後即可增加護(hù)岸之穩(wěn)定性 防砂壩保護(hù)橋樑。唯河道寬度大，洪水期間邊灘及高灘地可分散水流，故無太大之需求 較不適用對河川棲地環(huán)境之破壞與介入程度將大幅提高 上游淤砂或迴水長度大，大幅降低溪床中地形及水流之多樣性 防砂壩下游河床下切趨勢加劇，增加下游護(hù)岸、防砂壩本身基腳之破壞，阻斷濱水區(qū)與水域間之連績性河段縱剖面呈現(xiàn)下刷趨勢，橫斷面呈現(xiàn)U型河谷 The Influence of Level 2 fr

24、om River StructureClassification of Taiwan River Morphology24粗顆粒丘陵順直河川 河相屬性： 第二層 第三層 工程特性： 優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)固床工提供較高之防護(hù)強(qiáng)度保護(hù)橋樑破壞自然階梯深潭、淺瀨、邊灘等自然棲地發(fā)展 河道地形單調(diào)，水流多樣性降低 固床工上游砂淤積程度提高降，低濱水區(qū)中之孔隙多樣性。 河段縱剖面呈現(xiàn)下刷趨勢，橫斷面呈現(xiàn)U型河谷 連續(xù)固床工分散水流，降低水流及地形多樣性。貓羅溪上游 橋樑下固床工之上游，形成深潭，降低水流及邊灘孔隙多樣性。貓羅溪上游 The Influence of Level 2 from River Struct

25、ureClassification of Taiwan River Morphology25粗顆粒丘陵蜿蜒河川 河相屬性： 河段縱剖面呈現(xiàn)下刷趨勢，橫斷面呈現(xiàn)V型河谷 第二層 第三層 河相特性： 河相特性類似於粗顆粒丘陵順直河川，唯蜿蜒河川具有明顯凹岸沖刷、凸岸淤積之現(xiàn)象 工程特性： 工程特性類似於粗顆粒丘陵順直河川，唯護(hù)岸部份沖蝕能力大，若需在凹岸設(shè)置護(hù)岸時，應(yīng)考量護(hù)岸基腳掏空所造成之破壞，沖刷深度可達(dá)一至二公尺。凹岸沖蝕較明顯，可加深護(hù)岸基礎(chǔ)。凸岸淤積易形成，可不於凸岸設(shè)置護(hù)岸，或是採用砌石等柔性護(hù)岸。凹岸沖沖深度約1至2公尺，凹岸處護(hù)岸破壞，凹岸大量土砂淤積。貓羅溪上游 上圖整治後之現(xiàn)況

26、，工程並未考量凹、凸岸之河相特性，仍將流路控制於河道中心。原凸岸提防未沖毀。上圖同地點(diǎn) The Influence of Level 2 from River StructureClassification of Taiwan River Morphology26粗顆粒丘陵辮狀河川 河相屬性： 橫斷面呈現(xiàn)U型河谷 第二層 第三層 河相特性： 屬於中游之河段，河谷地形更為開闊，處於丘陵區(qū)靠近臺地或平原接攘處，河道坡度與泥砂運(yùn)移量大，河川之平面形成呈現(xiàn)辮狀型態(tài)豐枯季流量差異較大。豐水期期間河道水流量大，河道中淺流、淺瀨等構(gòu)造被淹沒，水流流況多屬於深流，造成棲地之水流多樣性降低?？菟诹髁枯^小，河床

27、裸露出大面移之邊灘及沙洲，淺瀨及淺流之頻度則相對增加。 眉溪中游北港溪下游The Influence of Level 2 from River StructureClassification of Taiwan River Morphology27粗顆粒丘陵辮狀河川 河相屬性： 橫斷面呈現(xiàn)U型河谷 第二層 第三層 工程特性： 優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)箱籠護(hù)岸 提供足夠之防護(hù)能力 有可沉陷之特性，可自行調(diào)整強(qiáng)度較弱，但以現(xiàn)地觀察來看，其功效可與水泥護(hù)岸相當(dāng) 防砂壩較不適用，少見於現(xiàn)地大幅破壞河川之棲地 用於保護(hù)橋樑之固床工等不常見工程特性橋樑 橫跨河道之所有橋墩皆需考量洪水掏刷之特性，而非僅考量現(xiàn)有主深槽之處

28、 取水堰枯水期水量較少，大量取用河水將使河川流量小於生態(tài)基流量或無水流之情形 應(yīng)設(shè)置相關(guān)放流口，以保持河道中基礎(chǔ)之生態(tài)基流量。The Influence of Level 2 from River StructureClassification of Taiwan River Morphology28ForceLocal Boundary ConditionLocal Explicit PropertySediment, Hydraulic ConditionArtificial ConstructionAnnual DischargeHuman ActivitiesAqueous Habit

29、ats WaterfrontStream Physical Habitats Habitats Diversity,Habitats longitudinal ContinuityNature Condition,Aqueous HabitatsContinuityLevel 4 Stream Physical Habitas PropertyClassification of Taiwan River Morphology29Seasonal DischargeDaily DischargeSeasonal DischargeDaily DischargeSedimentWater Prop

30、ertiesBed Form UnitHuman ActivityVegetationAssociationBoundary conditionExplicit PropertyBoundary ConditionExplicit PropertyLevel 5 Stream Physical Habitats PropertyClassification of Taiwan River Morphology30Component of Physical Habitats 泥砂特性水流特性河床型態(tài)人工構(gòu)造物植生分佈濱水區(qū)底床質(zhì)組成、分佈、多樣性地下水、伏流水河道斷面、沙洲、深潭淺瀨組成防砂壩、

31、水庫、取水堰等橫向構(gòu)造物沙洲植生分佈、多樣性、穩(wěn)定度河岸穩(wěn)定度邊灘組成堤防、護(hù)岸、丁壩濱水區(qū)植生長度、寬度、種類水域濱水區(qū)流速、水深、流量、流況分佈與多樣性水域底床質(zhì)組成、分佈、多樣性以第四層而言，棲地物理組成分為水域與濱水區(qū)兩大部份。配合第五層中棲地單元之組成，棲地環(huán)境劃分水域與濱水區(qū)中之河床質(zhì)、水流特性、河床型態(tài)、人工構(gòu)造物與植生特性，其棲地物理組成環(huán)境架構(gòu)如下：Classification of Taiwan River Morphology31棲地Level 1BasinLevel 2Main RiverLevel 3Bed ProfileGeologyPropertyBed MaterialDistributionSedimentTransportDrainagePatternMain RiverPatternArtificial Control PointHydraulicDistributionLevel 4HabitatsBed MaterialCompositionArtificial ConstructionVegetationDistributionLevel 5UnitFlowCondit