前言: 

  河流的研究屬水文學(hydrology)的一支,(river)一詞來自法文(rivere)及拉丁文(Riparia),是岸邊的意思。大家所熟悉的密士西比河其有一支由左岸注入的支流叫俄亥俄河(R.Chio),而俄亥俄河從北美印第安語講,就是「丘與丘」間的川,亦即河谷的意思。而我國的川學,見說文「貫穿通流水也」;考工記匠人「兩山之間必有川焉」,其意義與俄亥俄同。

  如同其他的自然現象,河流也同樣具有其獨特的發育過程及有限的生命週期,而老年期的河流藉著回春作用(rejunenation)可以重複其發育過程形成侵蝕輪迴(cyclone erosion)。河流對人類非常重要,曾是主要的交通幹線。今日的河流如果夠寬夠深,能行使大船隻,則仍是主要的交通幹線。許多河流都築有水壩,可以用來發電、灌溉,瀑布也可以利用落差來發電。現在即位來河流之利用著重於綜合開發,以避免由於某一種產業的開發,導致其他的產業與資源荒廢或受損。以下將由介紹各部分河流的名稱開始,在逐次說明形成河流的各種營力及發育過程,最後講述河流對人類的重要性及利用開發之方式。

 

A.河流之各部分名稱

  河流的源頭通常在山裡,匯集了小的泉源,漸漸的有了流水加入了這行列或從地表滲透進河道。河流有其河道,河道底部稱為河床,兩側稱為岸。,當我們向下游看時河道的左邊稱為左岸,右邊稱為右岸。一條河流和其支流合而為一個河系,整個河系包括的區域稱做一個流域。河川的大小和流量,與整積水區的大小和雨量有關。分隔兩個河系的山嶺稱為分水嶺。

  河流的流路:

  大致可分為三段,及上游中游下游,這部份的長短各不相同,性質也不相同。

 上游

  上游的坡稱為坡降,坡度較陡,流速很急,坡的下降比例常超過每哩50呎,亦即每公里下降9.3公尺。坡在上游被侵蝕的很快,兩岸都很陡,有時幾乎達垂直的角度,河流的搬運能力較強能搬運多量的砂礫,有時還能搬運相當大且重的岩石,並且不斷的磨蝕河床,同時也因為流速較快,容易把河道侵蝕成小溝或峽谷。

 中游

  中游部分河流以流至較低處,坡度也較平緩,大致每公里下降0.41.9公尺(每哩下降210呎),流速減慢,漸漸的無法搬運重的東西,只好堆積在河道上,因此在中游部分的河床上常有礫石堆積的河床。河流的磨蝕力量也減少許多,兩岸較平緩,河谷漸寬廣。

 下游

  下游和中游部分情形相似,只是流速更慢,堆積的淤泥漸漸提高河床高度,坡降每公里下降不到20公分(每哩下降一呎),河水常溢出河道造成洪患平原。

 

.河流的各種作用及地形

 一般而言無論大江或小河中的流水都有「侵蝕(erosion)、搬運(transportation)、沈積(deposition)」這三種現象在進行。分述如下:

 流水侵蝕與地形:

.衝擊作用(impcut

  陡坡至漩渦狀亂流,流速強大,所生動能會產生衝擊力量,河床底部或兩旁軟鬆的岩石,或岩石上多裂縫的層理面、節理等,因衝擊作用而成碎塊,由流水江其挾帶前進至下游堆積。此作用多發生在河流上游。

.磨蝕作用(corrasion

  流水挾帶砂礫或岩塊併進,並以其為工具磨蝕河床岩基,發生侵蝕作用,是最有效且最具威力的侵蝕方式。砂礫本身相互摩擦或與河床磨撞,結果使尖銳多角的顆粒漸變成圓礫,搬運距離越長,其圓度越增加。所以河流搬運的石礫多屬圓礫。

.挖掘作用,(gurrying

  流水挾帶砂礫或石塊衝入河床岩層裂虩中,又立即急旋而出,互撞摩擦,裂隙日漸擴大,最後終於崩解的現象稱為挖掘作用。

.溶解作用(solution

  河溶解可溶性礦物質,使河床被溶蝕及破壞,這種作用在石灰岩地區及其他可溶性岩石所成河道地區較為常見,多沿著岩石節理和其他裂面產生。

  通常一條河谷地形的發育受下列三種侵蝕現象所影響:

.加深作用(deeping

  一般河床的上游或新生的支流,坡度陡峻水流湍急,下切力強,使河床向下蝕低的現象,又叫下切作用(downcutting),使河谷地形多成V字形。

.加寬作用(widening

  河川因河水流量增加會發生側蝕作用(lateral erosion)。流水側蝕可使兩岸後退變寬,故側蝕作用又叫「加寬作用」

.加長作用(valley lengthning

  在發育的小河上游,或是新收的支流最顯著,往往因谷頭岩壁陡峻,岩層崩解,土石滑落,致使源頭向上伸展,長度向上游增加,故稱為「加長作用」。這種現象又叫向源侵蝕(headward erosion),簡稱「源蝕」。

  日常最容易見到的侵蝕地形有下列幾種:

.激流和瀑布(rapids or waterfalls

  河床縱剖面急傾,高低不平,或岩石抗蝕力強弱不同,堅岩凸出橫阻河道,或是斷崖陡落,上下落差很大,可成激流或瀑布,如我國晉陝間黃河,有龍門激流和壺口瀑布。美加之間的泥加拉瀑布,落差達60公尺,水力極富。

.潭坑或壺穴(potholes

  在瀑布下方,流水挾沙石俱下,重擊谷底,產生窪穴,積水成潭,稱為「潭坑」,潭水常有渦流,礫石隨水旋轉,撞擊坑壁,在潭坑壁面產生凹槽,可使潭坑擴大。大瀑布的下方可形成積水甚深支圓形大坑,稱為「跳水池」。台灣北部基隆河谷上游的壺穴地形甚為發達。

.曲流(meander

  河水是流體,當流動中偶受到阻力時,則有向外側遠離流去的現象。當河水衝向右岸時,岸壁受流水沖蝕,遂逐漸成為凹岸;反之相對的左岸因流速較慢,衝力減少,乃生沈積,遂成凸岸。凹凸兩岸合成的河彎,迴曲如蛇行的河川,是為「曲流」,又稱「蛇行河」。

曲流發育過程中會形成下列各種地形:

(1)刻蝕曲流(incised mannder)

  河川上游群山交錯谷迴峰轉,河水繞行成為曲流,因坡陡流急,流水下切刻蝕劇烈,使谷地深陷,兩側谷壁陡峭如V字形,則此河川稱為「刻蝕曲流」。

(2)自由曲流(free mannder)

  河川一但進入平原,河床坡度減低,水流緩慢,向兩側搖擺 ,兩側谷壁久經侵蝕的結果,河谷加寬(大於谷的加深),遂成谷底寬平,水流成S狀的「自由曲流」。

(3)切割坡(undercut slope)

  曲流中受流水侵蝕後退的凹岸,河岸高陡,稱為「切割坡」,因岩石基部被侵蝕甚顯,故又稱「蝕基坡」。

(4)滑走坡(slip-off slope)

  凹岸的對面盛行沈積,岸邊低平寬展流水輕柔,沿岸滑洩,稱「滑走坡」。

(5)曲流頸 (meander neck)

  如曲流的半徑逐漸擴大,使曲流外徙,所成曲流與曲流之間地面亦逐漸縮小,這狹窄的分水嶺稱,「曲流頸」。

(6)牛軛湖(oxbow lake

  由於曲流頸日窄,如一但被切穿,河水截彎取直,通過曲流捷徑(neck cutoff),行成新河道,則被放棄的曲流舊道積水成湖,稱為「牛軛湖」,又稱馬蹄湖(horseshoe-shaped lake),曲流遺跡稱曲流痕(mander scerrs)。

四、河階(river terrace

  河流兩岸高出河面,上下連續如階狀般的台地,稱為「河階」。河階的形成有下列各項因素:

1.)河水流量突然增加

2.)泥沙含量的銳減

3.)地盤隆起

4.)侵蝕基準面降低

  上述各因素的影響是使流水向下切蝕力由弱轉強,侵蝕復活,使原有的河流兩岸沖積平原再受切割,一部份被蝕去產生V形谷,兩岸所遺部分平地成為高出河面的台地;類似情形如間歇發生多次,則形成階梯狀台地,稱河濱台地,即河階。依河階的性質分,可將河階分為

1.)岩床河階(bedrock terrace

  流水切入岩床,河谷深陷使岩床上部露出水面所形成河谷台地(starth terrace)即岩床河階。岩石間雖不透水,但亦受風化,反不易持久。

2.)沖積河階(alluvial terrace

  河流在沖積層上,或氾濫平原上重新下切後,河流兩岸餘蝕之沖積會高出河面成階狀,故名。沖積河階之下,如有堅硬岩層出現,可阻流水向前侵蝕,故稱保護河階(protected terrace)。

五、河川襲奪

  相臨兩河因差別侵蝕,低水位的河川把高水位的河川上游,佔為己有的搶水現象叫做「河川襲奪」。

(一)、河川襲奪的原因

1)岩層抗蝕力的強弱不同

  在雨量大致相同的氣候狀況下,如河流所經岩層較為鬆軟,抗蝕力弱則河谷低陷,久經源蝕與側蝕的結果,分水嶺被切穿,侵入高水位的乙河,於是乙河上游成為甲河的支流或新的上源,因此甲河叫做襲奪河川。乙河的上游叫做被掠奪河乙河下游被襲奪成為截頭河。

2)由於坡度和雨量的不同

  在分水嶺兩側,坡度不同,氣候也異,且相背而流的兩河,如甲河坡度較大,雨量較多,其侵蝕較強烈,向源侵蝕必較速,如乙河坡度較小,流量很少,侵蝕力較弱,河道向上源侵蝕較緩。因此兩河分水嶺必先為甲河所穿越,侵入乙河,使乙河上游流水注入甲河。乙河上游成為甲河的支流。如我國東北嫩江原為遼河的上游,由於松花江的侵蝕力強速遂奪嫩江為支流東洩,嫩江遂成為改向河遼河成為截頭河。

(二)、河川襲奪地形

1)襲奪彎

  被襲奪河川在轉折改向下注入襲奪河所成的彎曲處,即所謂的襲奪彎,如雲南石鼓附近金沙江之東折處屬之。

2)河階及峽谷

  襲奪河川因流量突增,侵蝕力增強,重新下切,沿河谷產生河階或峽谷。

 流水的搬運作用

  河中流水沿河床斜坡流動,其流速和流量會產生動能,可將流水侵蝕而來的泥土、砂石搬運而下,這種河流把侵蝕物質攜帶到它地的作用稱為搬運作用。這些物質稱為河流負荷,搬運時因搬運物質重量與搬運力大小,有下列三種方式

I懸浮作用

  細泥較輕可懸浮水中,隨波逐流往下搬運,這些物質稱為「懸浮負荷」。

II跳躍作用

  較大的沙石和礫石因重量大,受流水的激揚作短距離跳躍前進的現象。

III滾轉或平移作用

  砂石或礫石受流水力量推動,沿河床滾動或平移的現象。這種搬運物質稱為『河床負荷』。而部份物質溶解水中隨流水而下,稱為「溶解負荷」。

 

C.河川沖積地形

 河川的沖積作用

  如果河川上游和支流所挾帶泥沙過多或搬運力一旦減弱則容易發生沉積現象,此時河川流水沿河床斜坡流動,可將流水侵蝕而來的泥土砂礫搬運向下游,這其中的河流作用討論如下:

一.影響泥沙含量增加,導至搬運力減弱的原因:

1)河水流經軟岩地區

  會使河中泥沙含量增加,如我國黃河流域流經黃土高原中游含沙量大增,導致下游盛行沈積,造成黃淮平原。

2)氣候突變

  山洪爆發,帶下大量泥沙,如台灣夏秋多颱風,每次暴風雨之後,使河中含沙量大增,為搬運力所不及,遂發生沈澱。

3)人為因素

  人類河川上游伐木,濫墾等,水土保持不足,雨水侵蝕,表土流失,導致下游含沙量增加。

 

二.影響河川流速緩慢,搬運力隨之變弱的原因

1)河床坡度減低

  一般河川上游坡度較大,一但進入平原,坡度劇減,流速由急變慢,搬運力亦隨之變弱。所挾泥沙遂在山口處盛行沈積,造成山麓沖積扇,如我國天山兩麓的綠洲。

2)河川幅度變寬

  河流流經峽谷,流速甚大,一但出了峽谷,進入平原,流幅變寬,流速減慢,遂生沈積。如長江經三峽,在宜昌以東發生沈積,造成江漢平原。

3)河水流量減少

  河水的搬運與流量成正比。故河水流量減少時,其搬運力自然降低,過剩泥沙會發生沈積,因此大河分支後,沈積甚盛,如我國岷江在灌縣以下因有部分都江堰灌溉工程,將岷江分為內,外兩江,流量減少,搬運力分散,遂生沈澱。

4)河水流路受阻

  山崩或塌方,大量沙石阻塞河道使流速減慢,形成沈積現象。

 

 河川沖積地形

  因河水沖積而成的地形移動,重要的有:

 一.沈積錐(a l l u v i a l c o n e

  山中小河自高處下洩,所挾沙石在山路陡坡前緣堆積成坡度大而範圍小的錐狀地形屬之。

 二.沖積扇(a l l u v i a l fan

  山中河川坡陡流急,一但離開山谷流入平地,坡度陡降,流速銳減,大量泥沙在山口前面低闊處沖積,並做扇狀展開,形成扇狀平原,叫做 “沖積扇”,如四川的成都平原。

 三.氾濫平原(Flood plain

  大河兩岸在洪水期常有氾濫,在氾濫時,洪水把挾持的泥沙隨河水沈積於氾濫所及的地面,形成低平的沖稜層(a l l u v i m),是為“氾濫平原“。河川在氾濫平原上流動,因洪水氾濫使泥沙在河道兩側產生天然的堤防,叫做天然堤(n a t u r a l l e v e e s)

  

D.河流地形的循環作用

  美國地形學家戴維斯氏首先創立河流循環的概念,當河流開始切割原始地面(從未遭到侵蝕和破壞的地面)時,也就是河流循環的開始。一個循環從頭到尾的過程就形成了河流的歷史。且過程中的每一階段都有不同的地形特徵。戴氏將之劃分為三個階段,及幼年期,壯年期,和老年期。

 a幼年期:

  當原始地面開始破壞,幼年期的活動便開始孕育。這一階段的地形特徵為河谷的橫切面呈V字形,沿河兩岸沒有氾濫平原的發育,兩條河流之間的分水嶺也寬廣平坦,而且河流常常發生襲奪現象。在河道的硬岩區,有瀑布或急流發生。這種現象在早幼年期尤為常見,至壯年期前,即將消滅。幼年期這個階段是使原來平坦的地面增加起伏或擴大起伏的時期,在幼年期快要結束時,地形特徵為山高谷深,地面極為崎嶇。

 b壯年期

  壯年期階段,地形上仍是山高谷深的景象,河流開始進行加寬作用,河流間的分水嶺由於河階地的增加減至最小,乃是尖銳的山脊。河流兩側也開始有相當範圍的沖積平原出現,河流的曲流自由在氾濫平原蜿蜒流動。河床的寬度僅較曲流帶的寬度略寬,此時,河流也完全適應岩層的性質與構造,河流的分布,常在岩層抵抗力較弱的地區內。本期地形為整個循環中可能達到最具起伏性者,山邊和谷邊的坡度,常為地勢起伏的準則,而非由河谷底至高地上方的距離表示。另外,幼年其中原有的湖沼或瀑布等,至本期已消滅。

 c 老年期

  經過幼年期與壯年期的侵蝕之後,隆起的原始面已經被侵蝕到接近海平面了,又因河水流到海裡便不在具有重力動能來侵蝕地面(因定海平面為侵蝕基準面)。在此一階段的河谷極為寬廣,縱橫兩方面的坡度均甚平緩。整個地面覆蓋著厚層的岩屑,這些岩屑已經風化成為顆粒極細的黏土或沙土。氾濫平原大為發展,河流在寬廣而曲折的河道中緩緩流動。河谷寬度數倍於曲流帶。河間分水嶺不如壯年期那樣尖銳。湖泊,沼澤和溼地(Marshes)出現在氾濫平原上,並非如幼年期存在於河間地區。由於岩層性質的差異,使河道發生改變的作用,在壯年其中甚顯,至本期已不明顯。到了老年期的最後階段時,地面已略似平原,稍準平原,此時地面已十分接近侵蝕基準面。

 d 回春作用

  從幼年期到老年期的一個循環,常因為外力的影響而改變,如海平面急遽上升或急遽下降,使侵蝕基準面突然改變,那麼河流侵蝕與沈積的效果,也跟著急遽改變,往往在壯年期或老年期的地形上,出現幼年期地形的特徵。這種現象的發生稱為回春作用,常常形成谷中谷,河接或掘鑿曲流等地形。

 

E、河川的利用與綜合開發

 a、河川的利用

  河水在地理學上視為重要資源之一,且視為各種資源開發的樞紐。河川的利用可分為下列各方面:

一、河川與飲水

  在電力工業尚未發達的地區上,均以河水為重要的飲料。故一般重要的鎮市及一個地方的發展中心,均分布於河畔。其分佈之主要原因除一般的航運外,且飲料與洗滌之用水均取自於河。即使是電力發達的大都市居民,所用之自來水其水源亦來自河水。

二、河川與農業用

  農產品在發芽生長的期間內,需要雨水的滋潤。若無雨水,則就有賴於灌溉。在大陸各省中,灌溉渠密度最高為長江三角洲與成都平原。因此人口也最稠密。台灣地區乾旱時則依賴水庫蓄水灌溉。

三、河川與工業用水

  大都市工廠發達的地區,對工業用水需要量甚多。因此工業區常是靠近河岸,或接近河岸者。

一般而言地理位置上:

1)近河岸

2)為河川之會合點

3)為河濱

常為工業設廠的重要條件。

四、河川與水力

  水力在地理上本認為是動力資源之一,就台灣而言,地勢起伏大,雨量多,故水力資源亦甚豐富。就水力容量而言,濁水溪最大,大甲溪次之。今日日月潭的水力發電工程就是利用濁水溪一部份的水力;天輪發電總廠是利用大甲溪一部份的水力。大甲溪集合桃山、中央尖山、畢綠、合歡等山南、北兩斜面的水,成一縱谷(Longitndital Valley)而其源流地又係台灣省三大多雨地之一,夏天多雨,冬天亦相當豐富,河川流量變化較小,流域面積又廣,成為水庫建設的適宜地區。故水力實是台灣山岳地區的一項重要資源。

 

 b、河川綜合開發

一、綜合開發的要旨為:

  考慮國土的自然條件,加之以經濟、社會、文化等決策上綜合的意見,使國土綜合的利用開發、保全並於各種產業施與區域的調整,而以社會福利為其目的。

二、綜合開發的內容:

  國土綜合開發是人口、食糧、生活安定問題的解決要素。換言之是為各種資源開發上互相關聯的計畫。工程費用少,而可完成高度的開發,是綜合開發的長處。關於綜合開發的計畫有各方面,而河川方面有下述種類:

1)建築攔河壩(Dam)使成水庫

2)水力發電

3)便利航運

4)開鑿運河使河川與河川間通航

5)供給農業用水

6)供給工業用水

7)以上述水電動力發展工業

8)在水庫四周發展觀光業

9)利用水電發展硫氨的肥料工廠

  攔水壩的建設為河川開發計畫的中心。一個水壩完成後,發電與工業等便同時勃興,即可調節河水以防洪,又可用之為灌溉用水,從事高處原野之開墾。且可在水庫內養魚,加上水源豐富、林木茂盛,即可成為觀光之要素。因此就上述而言河川之綜合開發即河川的逐段設壩開發。

三、綜合開發的實例

  美國於1933年在羅斯福總統的新政(New deal)下,對於田納西河谷開始從事大規模的綜合開發計畫,即我國所謂的「田域安計畫」。

  《田域安計畫》-Tennesscc Valley Autharity

  未開發之前,田納西河水災頻發,致使農民生活水準甚低。當時計畫建三十個水壩,均有發電設備。自完成以後全部已有三百萬瓦的發電能力。田域安地區內因為有上述的水力發電,故鍊鋁等工業次第勃興,而硫氨的化學肥料工廠尤為最先發展,並以廉價的肥料售於農民,且其地之電費亦廉,在生活方面均有電氣設備同時在林業方面,亦有助於水源的涵養、風景的美化。因灌溉而使農業生產的增加,並在壩上裝置閘門,以便利航運。於是而完成綜合開發計畫。此地域居民的生活水準已往大概在美國平均水準45%以下,自計畫完成後,其地平均水準大概超過百分之五十以上。顯示了綜合開發計畫的斐然成效。

後記:

  河川是大自然賜與人類的一份厚禮,人類的發源、發展都得靠著河川而行。西方如幼發拉底河、底格里斯河流域;中國如黃河流域,皆是蘊育人類文化發展的搖籃。在整個水文循環中,河流至始至終都佔著重要的地位。陸地上的水,河水包括了絕大部份。因此人類的飲用水非倚賴河流不可,除了生理的不可缺少外,河流的船運,溝通了有無,連繫了族群,帶給人們莫大的方便。河流沖積而成的三角洲更是穀物、糧食賴以生長的主要土地。在中國的稻米主產地是長江三角洲,在泰國則是湄公河流域。古今人類對河流的利用方式雖有所不同,今日的人們對河流的利用更多元化。除了灌溉航運外,更多了發電及冶金等工業用途,真是不勝枚舉。

  隨著用途的增加所造成的隱憂亦相對的大增。例如河水的污染,是當今世上個個工業國家所必須要面對及解決的課題。然而面對這課題的有兩種類型的國家,一種是工業水準已很高的國家,如美國這些國家的人民與政府對環保皆有高度的共識與觀心,他們對生活品質的要求已不是單純的對自然界有多少控制利用的能力,而是能夠對自然界給與多少愛和關懷。換言之,即是與大自然能夠和諧到什麼程度。這是一種內在精神的需求;另一種國家就是仍然在開發中的工業國家,他們唯一的指標就是提升人民的生活水平,增加國民生產毛額及工業水準等等。對於環境如河川、森林等,欲取欲求,從不回報或者是從沒想到要回報。結果經濟成長了,國家也漸漸的富裕,但河川的污染,生態的破壞,這些慘痛的代價是汲汲於賺錢的人們無法看到的!對他們而言,求全體人民的溫飽,是當前最重要的,這也是國家政府與人民所關心及高度重視的焦點。

  然而綜合開發計畫,顧及了人民精神與物質生活的需求,對於每個國家而言,都須要這完美的理念。也許不是現在,但將來一定要!台灣在十大建設時,也是不要環保的,但是現在不得不變了。雖然如此,綜合開發計畫不是難在如何去規畫一個適地適時的完美藍圖,而是在執行這計畫時,所必須要割捨及犧牲的。那將是人們觀注的焦點!其實捨得兩個字,是謂有捨就有得,反之亦然。