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應用數值地形模型分析上游森林集水區河川網路

農業委員會林業試驗所集水區經營系主任 黃瓊琥

一、前言

  數值地形模型(Digital Terrain Model, DTM)是由一連串已知其XYZ座標的點所組合而成,可表示連續地表特性,提供地形分析與評估之用。近年來,數值地形模型發展快速,並普遍應用於工程、農業、地理及自然資源上,尤其對河川網路粹取助益甚多。以往河川網路概由地形圖中測得,但常隨不同人員量測而得不同結果,故若非經過專業訓練,河川網路區劃實不易也。目前透過數值地形模型,河川網路區劃比以前傳統人工測繪方式較為客觀,尤其地理資訊系統與數值地形模型結合應用後,河川網路區劃已是容易許多。河川網路對集水區地形分析甚為重要,舉凡集水區排水密度、河川頻率及流域細長比(Elongation ratio)等,均與此密切相關,另河川網路亦會影響集水區水文特性如洪峰到達時間及洪峰流量等。

  應用數值地形模型粹取河川網路時,需選定面積門檻值(Threshold area),任意點之排水匯集面積(Flow accumulation area)若大於此面積門檻值,即被視為河川。面積門檻值大小常是影響河川網路粹取之關鍵所在,當面積門檻值較小時,河川網路將較密集,反之,河川網路則將較為疏鬆。

  故本文選取台灣南部兩上游乾濕季分明之森林集水區,探討不同面積門檻值對其河川網路及地文參數如河溪數目比、河溪長度比、河溪面積比、排水密度及河川頻率等之影響,並經由野外實地調查,探討在乾濕季時何種面積門檻值所粹取出之河川網路與現場較吻合。

二、適當面積門檻值

  不同面積門檻值對河川網路粹取及地文參數之影響已如上述,但何種面積門檻值較為適當?一般而言,將粹取出之河川網路與地形圖上藍色水系做一比較,若相接近,則可考慮此粹取面積門檻值為適當值,此法雖快速便捷,但需注意用來判釋的地形圖比例大小。Leopold (1994)曾指出,實際水系常比地形圖上水系較多且密,主要是地圖比例問題,例如1:24,000地形圖上之二級河序集水區,其實際河序可能高於二級河序。因此,若據此用來判釋粹取出之河川網路將有所偏差。

  研究區域內目前尚無較精細之地形圖可供比較,在現有1:10,000地形圖上,中寮溪及扇平溪集水區分別為二級及一級河序。由於研究區域內植生密佈、雨量充沛,其河川網路應較綿密複雜。本研究自1998年8月至1999年2月止(含豐水期及枯水期),沿中寮溪北側及扇平溪南側流域進行六次現場調查後得知,此二集水區河系比1:10,000地形圖上之河系較密且長,在豐水期時,中寮溪為三級河系,扇平溪亦為三級河系,但在枯水期時,中寮溪則為二級河系,扇平溪仍為三級河系,此與集水區形狀密切相關。若與數值地形模型中所粹取出之河川網路相互比對,在豐水期時,則以面積門檻值12.8 ha左右所粹取之河川網路與現場較吻合,但在枯水期時,則以面積門檻值25.6 ha左右所粹取出之河川網路為佳。枯水期時之河川可視為常流河(Perennial stream),豐水期時比枯水期時多出之部份河川則可視為間歇溪(Intermittent stream),共長3.41 km(中寮溪)及2.60 km(扇平溪),由於研究區域內乾濕季差異大,河川網系變化明顯。至於較小面積門檻值所粹取出之額外支流,則應以谷系稱之為宜。

三、結論

  應用數值地形模型粹取河川網路雖是快速便捷,但不同的面積門檻值將產生不同的河川網路,並衍生不同的地文參數,故深入探討面積門檻值大小對河川網路粹取之影響是有其必要。此外,在乾濕季分明地區,河川網系隨豐水期及枯水期之不同而略有差異,故何種面積門檻值所粹取出之河川網路與現場較接近,亦值得探討。綜觀全文,結論如下:

  1. 中寮溪及扇平溪集水區的河流級序、支數及長度,均隨面積門檻值增加而減少。RB、RL及RA隨面積門檻值而變化,但無明確趨勢可循,中寮溪變動較為劇烈,扇平溪則較和緩。排水密度與河川頻率隨面積門檻值增加而減少,並成乘冪關係遞減,其R2高達0.96~0.99。

  2. 經由現場調查得知,中寮溪及扇平溪河川網路隨豐水期及枯水期而有不同。豐水期時,本文建議以面積門檻值12.8 ha左右粹取研究區域之河川網路,但枯水期時,則以面積門檻值25.6 ha左右為佳。此結果可應用於鄰近相似自然條件地區研究河川網路及水文特性之參考。

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