¶ 水利工程技術規範－河川治理篇（上冊）－第一章 自然河川物理特性（7／9）
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水利工程技術規範-河川治理篇（上冊） 第一篇 總則
七、 依周邊土地利用分類
河川周邊土地利用為河川環境營造必須考量的因素，河川依周
邊土地利用情形區分為鄉野型，村鎮型及都市型河段，其特性示如
圖1.1-10，並說明如下：
¾ 鄉野型河段 ¾村鎮型河段 ¾都市型河段
開發程度較低 中密度開發 高密度開發
住宅農舍零星散佈 中小型密集式居住型態 住宅工商密集
具田野景觀 具農地村莊風貌 具都市風貌
偏向自然之環境 自然人文結合之環境 偏重人文特質之環境
圖1.1-10 周邊土地利用特性
(一) 鄉野型河段
一般位於人口稀疏之河段，河川周邊土地利用以農牧為主，
住宅農舍零星散佈，屬低度開發地區。因人為活動較少，環境大
部分維持自然狀態，生物棲憩環境佳且具田野景觀。
(二) 村鎮型河段
一般位於人口較密集之地區，河川周邊村鎮零星分佈，土地
利用以農耕與住宅為主，屬中度開發地區。因人為活動較為頻
繁，部分自然環境遭受人為構造物破壞，兼具城鎮與農村風貌，
水域環境因河防構造物之興建及人為活動頻繁而受干擾。
(三) 都市型河段
一般位於周邊土地高密度開發之河段，建築物與人口密集，
自然環境已不復存在，因人為活動甚為頻繁，已偏重於人文特質
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之環境，具都市風貌，水域環境亦因河防構造物之興建及人為活
動頻繁而受干擾。
1.1.2 河川輸砂特性
集水區的地表逕流會挾帶地表泥砂進入河川，若集水區的地表
產生自然崩塌或遭受人為干擾(農地開墾、道路開闢、社區開發等)，
則逕流挾帶的泥砂量增加，如遇豪雨則可能產生土石流。由集水區流
入河川泥砂量的多寡，視河川輸砂能力而會造成河床淤積或沖刷之現
象。水中挾帶的泥砂常成為地表水利用及河川治理的諸多問題，例如
灌溉排水渠道設計、公共給水淨水設施設計及集水區沖蝕防治等，皆
需考量泥砂問題，本節重點係敘述與河川治理有關的河川輸砂特性。
一、 河川輸砂機制
集水區的地表沖蝕係由雨滴對地表衝擊而使表土濺出，及地表
逕流所形成的裂溝(Rills)與蝕溝(Gullies)的沖刷，地表沖蝕與泥砂運
移量視水深、流速、土壤顆粒大小及形狀而異。裂溝係地表逕流集
中所形成，在持續沖蝕的情況下形成蝕溝，而河川則承受大的流量
與泥砂量。
泥砂在河川中運移包括在河床表面移動(或滾動)、間歇性與床
接觸的跳動、懸浮於水中的流動三種方式，沿河床表面移動、滾動
或跳動之泥砂稱為河床載(Bed Load)，而懸浮於水中流動的泥砂稱
為懸移載(Suspended Load)，而河床質載(Bed Material Load)則包括
河床載與懸移的河床質(Bed Material)。懸移載中的一部份為沖洗載
(Wash Load)，Simons and Senturk (1977)將沖洗載定義為河床上僅有
少量沉積之細顆粒泥砂，因此沖洗載並無一定的粒徑規範，一般以
粒徑0.0625 mm (砂與砏土之分界)為河床質載與沖洗載的分界。河
川水流極易帶動沖洗載，但其運移量受集水區沖洗載入流量之限
制；河床質載較不易被水流帶動，因此其運移量受限於河川的輸砂
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能力。
於大型河川之懸移載中河床質約佔5~25%，其餘則為不易沉積
的沖洗載，河床上所發現的沖洗載係於退水期間，附著於大顆粒砂
石而隨之沉降者，其量甚微，一般不影響河川型態的變化，但沖洗
載可增加河岸穩定、減少滲流量及增加河床質的運移量；而河床質
雖佔河川運移量的小部份，但對河川型態的影響甚鉅，因其構成河
床型態、改變河床粗糙度及穩定度，為河道穩定設計必須考量的重
要因素。
當河川流量較低而無法移動河床質時，可視為定床的流況，而
當流量增加以致河床質受水流作用力開始移動時，則成為動床流
況，此時水流的阻力則需考慮泥砂運移所產生的河床型態。河床質
的啟動係作用於河床質的水流力量與河床質本身抗力間的平衡關
係，其中水流的作用力為其剪力，而河床質的抗力則為其在水中的
重量。當水流的作用力大於河床質的抗力時，河床質開始移動，當
河川流量持續增加，則開始移動的河床質粒徑加大，且輸砂量亦增
多，甚至部份較細顆粒的河床質因紊亂流而變成懸移載。當河川流
量減少時，則因水流作用力減小，而致懸移載恢復成推移載，乃至
河床質停止移動。
二、 影響河川輸砂的因素
影響河川輸砂(或河床沖淤)的兩大因素為上游河段的泥砂入
流量與計畫河段的輸砂能力，在兩者不平衡的狀況下，則產生河床
沖淤現象。集水區的泥砂產量或計畫河段的上游泥砂入流量，因影
響的因素甚多(如降雨量、地形起伏量、土壤、地表覆蓋度等)，除
非有長期的量測資料，否則甚難估算，目前國內外雖有許多經驗公
式(如萬用土壤沖蝕公式，USLE)，其適用性仍需驗證，但可提供
推估集水區泥砂產量之參考。較可靠的推估方式，係於計畫河段的
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上游由歷史的平面與縱剖面變化資料中，尋找變化較小且未受人為
干擾的河段，推估其輸砂能力，在假設該河段沖淤平衡的情況下，
將推估所得之輸砂能力視為其下游段的泥砂入流量，藉以推估下游
河段的沖淤情況。
河川輸砂能力的推估可藉數值分析的方式進行，一般而言，河
川輸砂能力的分析結果，除沖刷深度已達岩盤或河床已形成護甲作
用(Armoring)外，可將其視為該河段的輸砂量。影響河川輸砂能力
的因素主要為運移泥砂的水理條件，而該水理條件則因河床型態、
河床糙度及水流阻力而異。河川輸砂能力一般採用輸砂公式計算，
而輸砂公式僅能推估河床質載的運移量，沖洗載則受限於集水區的
地表沖蝕量，不受水力條件的影響，且對河床型態不產生改變的作
用，在河床沖淤變化分析時，不予考量。
三、 河川泥砂運移公式
河川泥砂運移公式係用以推估特定流況下的河川輸砂能力，而
常用泥砂運移公式中可分為三類，包括河床載運移公式、懸移載運
移公式及河床質載運移公式。因各運移公式係依據理論配合不同現
場實測資料所整理而得，其推估成果可能差異甚大。河川輸砂能力
的推估一般在既有的運移公式中，選用條件與計畫河段特性相近的
公式，茲將常用的泥砂運移公式列舉如下：
(一) 河床載運移公式
河床載運移公式一般係依據河床剪力啟動河床質的理論所
發展者，只適用於定量流情況，河床載運移公式經Simons, Li &
Associates, inc. (1983)整理如表1.1-5 所示。
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表1.1-5 河床載運移公式彙整
出處 運移公式 說明
1、 DuBoys (1879)
qb = At1 0 ( t0 - tc )
2、 Schoklitsch (1934) A2 3/ 2 qb=單位河寬輸砂量
qb = 1/ 2 S ( q - qc )
d qc=臨界流量
3/2 q=單位河寬流量3、 Meyer-Peter et.al. 2/3
bq = ( A3 q S - A4 d )
(1934) τ0=河床剪力
4、 U.S. Waterway A5 m τc=臨界剪力 qb = ( t0 - tc )
Experimental Station n n=曼寧粗糙係數
(1935) d=河床質粒徑
5、 Shields (1936) A6 S=河床坡度 qb = qs ( t 0 - tc ) n ρ=水的密度
6、 Brown-Einstein (1950) A7 3 γ=水單位重
qb = 3/ 2 t0 d m、A1～A7=係數
7、 USBR (1960) 12.85 1.5
qb = ( t0 - tc )
rgs
(二) 懸移載運移公式
泥砂的重量因與紊亂流的交互作用，使其在水流中的運移呈
懸浮狀態，而懸移載運移量實為流量與其泥砂濃度的乘積，其中
泥砂濃度與紊亂流速(Turbulent Velocity)有密切的關係。常用的懸
移載運移公式係Einstein(1950)所發展，水流中的泥砂濃度採用
Rouse(1937)的濃度公式。
1 C ⎛ d − y a ⎞ Z
= ⎜⎜ • ⎟⎟ .............................................................. (1.1-1) C a ⎝ y d − a ⎠
w
Z1 = ........................................................................ (1.1-2)
bKU *
式中，Ca=在距離河床a 處，具沉降速度w 的泥砂濃度
C=在距離河床y 處，具沉降速度w 的泥砂濃度
d=水深
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w=沉降速度
β=係數(通常為1.0)
K=Von Karman 常數(清水狀況，K=0.4)
U*=剪力流速
因水流之流量及泥砂濃度在水深方向並非均勻，流量與泥砂
濃度的積分甚難求解，Einstein 提供部份積分數值的圖解以協助
懸移載運移量的估算。
(三) 河床質載運移公式
河床質載包括河床載與懸移載，因此河床質載運移量的推估
可分別估算河床載與懸移載運移量後再加總，Simons, Li and
Fullton (1981)採用Meyer-Peter, Muller (MPM)河床載運移公式配
合Einstein 懸移載運移公式，在不同水深與流速的情況下，分別
求得運移量，並以統計方式求得河床質載運移量與水深及流速的
關係式，供推估河床質載運移量的參考式。在河床質載運移眾多
的影響因素及求解困難的情況下，雖然Colby 等曾發表一些經驗
公式，除計算程式繁複外，估計結果的準確性亦待驗證，分別推
估河床載與懸移運移量後再加總的方式，似較簡易。
1.1.3 沖積型河川特性
一、 沖積型河川系統
為便於說明沖積型河川系統及其特性，Schumm(1977)將其分
為三段如圖1.1-11 所示，茲分述如下：
(一) 上游段
又稱河源段，為河川流量與泥砂的源頭，集水區內蝕溝、支
流較多，因坡陡流急，常挾帶大量泥砂，為沖積型河川的泥砂供
給段。本河段因位處山區，河槽常呈V 字形，河床可見大卵石、
塊石、巨石或岩盤，常有急流或瀑布出現。
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河源段
•山區河川源頭 搬運段
•中低海拔河川 •坡陡流急
•坡度較緩 •V 形河槽 沉積段
•出現洪水平原 •砂石供給段 •低海拔河川
•河川呈現蜿蜒 •坡度平緩
•砂石輸送段 •洪水平原平坦寬廣
•常呈蜿蜒型態
•河口段呈分歧狀
圖1.1-11 典型的沖積河川系統(Schumm, 1977)
(二) 中游段
又稱運移段，主要係將上游段供給的泥砂輸送至下游段，在
河段處穩定狀態時，會輸送上游段輸入泥砂量，為沖積型河川的
運移段。本河段因位處中低海拔，坡度較緩、流速較低，依其流
量變化及河床質粒徑組成，河床沖淤互見。
(三) 下游段
又稱沉積段，因位處低海拔平原區，河道更為寬闊、坡度更
緩、流速更慢，使中游段輸送下來的泥砂淤積於本河段，常呈現
沖積扇、沖積平原、三角洲型態，或因感潮而河水較深。
二、 自然河川型態
(一) 河槽型態
自然河寬沿縱向呈不規則變化，而水深、河床坡度、河床質
分佈亦隨縱橫向變化，此種變化產生自然河道的不均勻性、速度
及河床質分佈型態的多樣性。自然河川大多以蜿蜒型態存在，蜿
蜒長度一般約為滿槽河寬的8~20 倍，若河岸無結構物之約束，
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則河道將會似蛇般向前蠕動變化。因受流速分佈影響，蜿蜒河段
的彎道凸岸產生淤積，河岸坡度較緩，而凹岸則呈現沖刷現象，
河岸坡度較陡，如圖1.1-12 所示，河槽呈現不對稱V 字型態，
銜接二個彎道間河段較順直，河槽型態近似梯型，河床較為平坦。
圖1.1-12 自然河溪河槽示意圖(FISRWG, 2001)
(二) 流速分佈
流速因受河床、河岸的阻抗效應及水流方向的影響，產生在
垂向及橫向之變化。蜿蜒河段因順直河段流入水流動量的驅使，
而造成水流集中於凹岸，復因離心力的作用，導致水流在橫向形
成螺旋流(Helical Flow)。圖1.1-13 顯示自然河槽由蜿蜒銜接順直
河段之流場分佈變化情形，順直河段則水流分佈較為對稱。
(三) 蜿蜒度(Sinuosity)
蜿蜒度定義為河流長度與河谷長度之比值，代表河流彎曲程
度，相同之距離河川坡降愈緩，蜿蜒度愈高，蜿蜒度大於1.2 之
河段始稱蜿蜒河段，而蜿蜒河段的長度一般為滿槽水位寬度的8
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