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雲林縣海岸沙洲變遷之探討 摘要 衛星影像等遙測技術，將有助於探討地球現象的變遷與監測，我們利用1972、1990、2001和 2006年的衛星影像，進行影像的判釋，並進行各圖層的套疊，結果發現雲林縣海岸線歷年變化不大，但可觀察到台西與麥寮地區工業區的開發。不過，雲林縣沿海沙洲面積和分布範圍變小，而且各障島沙洲逐漸朝南、朝陸移動，面積亦縮減。其中，外傘頂洲無論是南北端都往東南側，亦即往陸地方向移動，由1972年到1990年的移動量最大，1990年到2001年的移動量則呈現北緩南大的趨勢，到了2001年以後，則無論南北移動的狀況都趨緩；自1972~2006年北端約向南移動1.5~2 公里，南端則向南移動約3公里。若將外傘頂洲假設為一長方形，影像判釋顯示外傘頂洲歷年的長度變化不大，但寬度縮減，顯示外傘頂洲的外型確有明顯的變「瘦」，再以面積來看歷年面積有有縮小的趨勢。根據相關的文獻和資料，雲林縣海岸沙洲變遷的原因有河川輸沙量的減少、沿岸流與突堤效應、以及風力與海水的作用等。 壹、研究動機 去年我們在網路新聞中閱讀到一篇報導，根據該篇報導的內容，雲林縣海岸沙洲受到六輕的影響，在六輕北側海岸的變化較小，而在南側則有海岸沙洲後退與變小的現象，雲林縣政府在該報導中指出這是受到六輕設廠後突堤效應的影響，但台塑表示在六輕設廠前海岸地形即有南消北漲的趨勢，且六輕設廠後對南側有增補南側受侵蝕的沙灘，所以影響不大(劉力仁，2010)。 這樣的一篇報導引發我們的興趣，因為我們居住在雲林縣，我們有必要對所居住的家鄉能多增進一份認識，而且從地球科學的課程中，我們學到雲林所在的海岸屬於堆積型的海岸，本來會形成沙洲、潟湖等地形，但這類地形環境相當敏感，會受到人為不當開發或颱風的天然災害而產生變遷(王鑫等，2010)，例如集水區不當開墾、暴雨、河流侵蝕加劇會造成下游泥沙淤積，海岸線向西移動，使海埔地面積增加，不過上游盜採砂石、興建攔河堰和水庫、颱風暴雨、暴潮侵襲、海岸工業區開發或突堤效應等現象，則會造成海岸線侵蝕與後退(王鑫等，2010)。 因此，我們想要探討雲林縣海岸沙洲歷年變化的趨勢，是否與報導的內容一致？為了達到此一目的，我們打算利用歷年的衛星影像來進行分析，因為從上課的內容中，我們了解衛星影像等遙測技術，將有助於探討地球現象的變遷與監測；然後根據衛星影像分析的結果，進一步蒐集相關文獻，探討影響雲林縣海岸沙洲變遷的原因。 貳、研究目的 1.分析歷年衛星影像，了解歷年雲林縣海岸沙洲變化的趨勢。 2.探討影響雲林縣海岸沙洲變化的因素。 參、材料與方法 一、研究區 我們研究的範圍主要在於濁水溪以南、北港溪以北的雲林縣海岸地帶(圖1)；此一地區屬於堆積型的洲潟海岸(王鑫等，2010)，主要由源自於台灣麓山帶的河川，夾帶了豐沛的沉積物，堆積在各個河川的河口，以及鄰近的海岸地區，形成了一連串的沙灘、沙嘴、障島沙洲、和潟湖等海岸地形。其中，這些障島沙洲(又名為堰洲島，或叫濱外沙洲)，因其外形呈長條狀像大鯨魚般的濱外沙洲，所以又被稱為汕洲或鯤鯓，給台灣西部的海岸線提供了天然的屏障，使其不直接受波浪、潮流與颱風暴浪的侵蝕(洪奕星等，2006)。然而，障島沙洲本身卻很脆弱，易受到人為以及自然作用力的影響而被破壞。若是失去障島沙洲的保護，對於人口密集與開發密度高的海岸地區是一大威脅。 目前，雲林縣沿海地區有兩大沙洲，一是外傘頂洲，一是海豐洲，前者目前向南飄移至嘉義縣外，而後者則現於雲林縣四湖鄉箔仔寮港口外(洪奕星等，2006)。另在靠近濁水溪口附近則設有台塑的六輕工業區，主要為填海造陸所形成之離島工業區(圖1)。 三、研究工具 我們利用ERDAS 8.X軟體進行衛星影像的分析處理，然後再利用地理資訊系統軟體Quantum GIS 1.5.0進行各年度影像上的海岸線和沙洲的繪製，以及疊圖分析，最後利用Microsoft Office Word進行報告撰寫。 四、研究方法 (一)衛星影像處理 由於影像下載回來後，每個波段影像均為一張圖檔，因此需要利用ERDAS軟體來進行簡單的影像處理，以利後續的分析，處理項目如下所述，影像處理方法按照楊昕等(2010)所撰寫的工具書所載之步驟，操作示意圖如圖2各項所示。 各波段影像輸入：利用ERDAS軟體的Import的功能，將每年度的各波段影像轉為ERDAS可處理之img檔案格式(圖2-a)。 影像座標設定：因各年度影像所採用的座標格式不盡相同，因此為了後續在GIS軟體中可順利套疊分析，因此在ERDAS軟體中將各年份影像的座標統一；由於後來的ETM影像座標為WGS84，此為橫麥卡脫投影法所製作的地圖，與台灣現行的TM二度分帶座標系統大致相符，因此我們保留並採用這一投影法，然後將各年份影像座標設定為WGS 84 (圖2-b)。 影像接合：由於部分年段影像無法完全涵蓋到我們所研究的區域，因此我們利用ERDAS的Mosaic功能，將不同地區的影像融合成一張影像。 影像裁切：將我們所需要的雲林縣海岸區域的影像，透過ERDAS AOI工具建立要裁切的區域，然後將該區域另存影像(圖2-c)。 影像轉檔：由於Quantum 1.5.0 GIS軟體在處理ERDAS img影像上有不足之處，所以需將img檔案轉為Geo TIFF檔案格式，此透過ERDAS的export功能可快速並簡便地轉換檔案格式(圖2-a)。 (二)GIS軟體分析 將ERDAS處理之後的各年段衛星影像，透過Quantum 1.5.0 GIS軟體進行海岸線和濱海沙洲的判釋與繪圖(圖3)，然後利用GIS圖層套疊的功能，將各年度的海岸線和沙洲範圍進行套疊，並輸出地圖，作為探討海岸地形變遷的依據；最後再依據Quantum 1.5.0內建的距離和面積測量功能，量測各年度外傘頂洲的長軸和寬軸長，與面積的變化狀況。 二、研究材料 為了達成我們的研究目標，我們需要數個年份的衛星影像，但是這需要一筆經費購買，負擔較大。因此，我們希望能透過網路資源，尋找一較為簡便經濟的管道，來獲得衛星影像，且可滿足我們此一研究的需求。 透過Google的強大搜尋功能，我們找到設於美國馬里蘭大學的the Earth Science Data Interface (ESDI) at the Global Land Cover Facility網站(The Earth Science Data Interface, 2010; http://glcfapp.glcf.umd.edu:8080/esdi/index.jsp)，在該網站中可下載1972、1990、2001、2006等年份，台灣地區的MSS、TM和ETM(+)影像。 MSS影像全名為多光譜掃描儀(Multispectral Scanner, MSS)影像，是美國先後於1972、1975和1978年發射的Landsat 1~3號衛星所搭載的感應器，具有4個光譜波段，但在1983年後停止運轉(楊龍士等，2006)；而在1982和1984年發射的Landsat系列衛星，則搭載了主題圖(Thematic Mapper, TM)掃描儀，可掃描7個光波波段，自1999年起再發射的Landsat-7衛星則搭載增揚主題地圖掃描儀(Enhanced Thematic Mapper Plus, ETM+)，則能掃描8個波段，有關各影像的波段和基本資訊如表1所示。 不過，Landsat-7 ETM+掃描儀在2003年5月出現故障，無法拍攝出正常的衛星影像，因此2006年份的ETM+影像分析將僅做參考，無法提供較為精確的研究結果。
二、沙洲變遷 由各年度的影像判釋結果來看，在1972年的影像中，沿岸的沙洲或潮埔地分布面積均廣，在各河川的出海口均有大範圍的潮埔地分布，特別在濁水溪出海口兩側，潮埔地分布最廣，而障島沙洲如外傘頂洲和海豐洲，其面積亦較大，而且較為遠離陸地。 其次，在1990年的影像中，此時六輕尚未動工，因此濁水溪口南北側均還有較廣泛的沙洲分布，不過各障島沙洲的形狀均變得較為瘦長，由目測來看，面積亦較小。而在2001年份的影像中，可明顯看到六輕已完工運轉，六輕北側的濁水溪口還有沙洲分布，但是南側的沙洲範圍明顯縮小，甚至有消失的現象，而障島沙洲似乎有面積縮小，且逐漸朝向陸地移動的趨勢，離陸地的距離更近；到了2006年，海豐洲又更靠近陸地。 我們將各年度沙洲範圍判釋的結果套疊成圖，如圖6所示，整體來看，我們歸納出兩項變遷特徵： 研究限制 我們進行此一研究時，有數個限制影響到研究結果的準確性。 首先是衛星影像的拍攝時間，由於我們是藉由網路免費資源來進行研究，因此無法選擇適當時間所拍攝的影像，因此所下載的影像若受到潮汐的漲跌影響，將會造成我們在判釋的誤差。 其次，我們在判釋沙洲和海岸線範圍時，是透過肉眼的觀察，因此可能會有主觀判斷上的誤差，因此所得的數據無法十分精確，僅能作為變遷趨勢的參考，可能無法代表真正的面積和長度的變化量。 再者，自2003年後ETM+掃描儀故障，所以我們所獲得的2006年影像並無法良好的呈現，在研究上所能提供的資訊有限，因此該年份的影像分析結果可能會有較大的誤差。 (1.) 整體沙洲面積和分布範圍變小：若以1972年為基準點來看，1990、2001、2006雲林縣海岸地區的沙洲分布面積和範圍正在縮小，河口沙洲範圍縮小，濁水溪口的沙洲也逐漸北限於六輕北側，其他河口沙洲的面積亦縮小，甚至消失。 (2.) 各障島沙洲逐漸朝南、朝陸移動，面積亦縮減：4個年度的影像判釋結果，可發現1972年的海豐洲和外傘頂洲面積最大，其後便不斷的往南遷移，並逐漸靠近陸地。 三、外傘頂洲的變遷 由於外傘頂洲為台灣最大的障島沙洲，其變遷與台灣西部海岸作用有密切的關係，因此相當受到關注，許多研究者紛紛探討其變遷的特徵，我們透過google學術搜尋，蒐集到不少近年有關於外傘頂洲的期刊或是研討會論文，例如洪奕星等(2006)指出外傘頂洲自2000年南移至北港溪口以南後，受北港溪泥沙補助的影響，其面積縮小的情況已減緩，未來可能有增大的趨勢；其次，林宗儀等(2007)亦指出外傘頂洲近數十年來有逐漸向東南方移動的趨勢，而其主要營力機制為：(1)往南的優勢沿岸流，(2)向內陸方向的波浪越洗輸砂作用，和(三)向南或西南的風砂搬運作用。 另外，蕭國鑫等(2007) 則透過多年段的衛星影像和空照雷達影像，進行自動判釋，指出外傘頂洲本體北段較為穩定，南段則呈逆時鐘方向後退中，在1973~1996 年間之沙洲南端向陸地移動約2.5 km，而在2000~2005年則移動約300 m，移動速率在2000~2005年較2000年之前為緩，沙洲的面積亦有縮小的趨勢；而林宏仁等(2003)等則蒐集相關的河川輸沙和海洋資料，歸納出外傘頂洲變遷的機制主要為自然力影響以及人為的開發利用等，前者包括季風、颱風、波潮流作用以及河川輸沙等因素，後者包括海埔地開發、港灣興建、水庫與河川水土保持工程之設置以及超抽地下水造成地層下陷等。 有鑑於此，我們亦嘗試地判斷外傘頂洲分布的狀況，我們在每個年份的影像上，於外傘頂洲的北端和南端各設一控制點(圖5-a為1972年影像)，然後將每年份的控制點位置套疊，此將能看出外傘頂洲遷移的趨勢(圖5-b)。由圖5-b來看外傘頂洲無論是南北端都往東南側，亦即往陸地方向移動，由1972年到1990年的移動量最大，1990年到2001年的移動量則呈現北緩南大的趨勢，到了2001年以後，則無論南北移動的狀況都趨緩；自1972~2006年北端約向南移動1.5~2 公里，南端則向南移動約3公里。此一現象約略與前述之蕭國鑫等(2007)等前人研究的結果相符合。 另外，我們透過Quantum 1.5.0 GIS軟體中計算面積與長度的工具功能，來簡易的估算外傘頂洲的變化趨勢，若將外傘頂洲假設為一長方形，則以外傘頂洲南北端的控制點連線作為長軸，則長軸長度自1972、1990、2001和2006等年分別約為17.5、17、18.8、18等公里，顯示外傘頂洲歷年的長度變化不大，但是若以外傘頂洲中段最寬的地區為短軸，則從1972、1990、2001和2006等年長度分別為4、1.5、2、1等公里，顯示外傘頂洲的外型確有明顯的變「瘦」，再以面積來看從1972~2006各年段的面積則約為42、19、20、15等平方公里，顯示外傘頂洲面積受到侵蝕等影響明顯有縮小的趨勢。不過，因我們所蒐集到的影像有限，無法排除漲潮對沙洲面積的影響，因此所計算出的面積和長度變化趨勢無法像前人研究一樣精確，但是我們的判釋結果也大致符合相關研究的看法，此明確的表示外傘頂洲確實有縮小，且朝向陸地移動。 圖4：各年度海岸線變遷 肆、結果與討論 一、海岸線判釋 我們將各年份的衛星影像的海岸線描繪之後，然後進行各圖層的套疊，可得到圖4的結果。結果顯示，就雲林縣大部分的海岸線來看，其實變化不大，此可能與政府早年進行海岸防護工程，建設海堤、防風林有關，因此由衛星影像上判讀時，堤防界線較為清楚可見；但是，值得注意的是，在1990年的海岸線中，麥寮與台西一帶已有海埔地的開發，故可發現海岸線向海突出，至2001和2006年，則可明顯的觀察到六輕廠區的範圍，突出於濁水溪的南側。
伍、結論 根據前述的研究與討論結果，我們可以獲得以下的結論：(1.)我們將各年份的衛星影像的海岸線描繪之後，然後進行各圖層的套疊，結果發現海岸線變化不大。僅在1990年的海岸線中，可見麥寮與台西一帶已有海埔地的開發，至2001和2006年，則可明顯的觀察到六輕廠區的範圍，突出於濁水溪的南側。(2.)由各年度的影像判釋結果來看，整體沙洲面積和分布範圍變小，而且各障島沙洲逐漸朝南、朝陸移動，面積亦縮減，如1972年的海豐洲和外傘頂洲面積最大，其後便不斷的往南遷移，並逐漸靠近陸地。(3.)外傘頂洲無論是南北端都往東南側，亦即往陸地方向移動，由1972年到1990年的移動量最大，1990年到2001年的移動量則呈現北緩南大的趨勢，到了2001年以後，則無論南北移動的狀況都趨緩；自1972~2006年北端約向南移動1.5~2 公里，南端則向南移動約3公里。此一現象約略與前人研究的結果相符合。(4.)若將外傘頂洲假設為一長方形，影像判釋顯示外傘頂洲歷年的長度變化不大，但寬度縮減，顯示外傘頂洲的外型確有明顯的變「瘦」，再以面積來看歷年面積有有縮小的趨勢。雖我們計算出的面積和長度變化趨勢無法像前人研究一樣精確，但是我們的判釋結果也大致符合相關研究的看法。 (5.)根據相關的文獻和資料，雲林縣海岸沙洲變遷的原因有：河川輸沙量的減少、沿岸流與突堤效應、以及風力與海水的作用等。由於海岸沙洲具有保護海岸並且增加陸地面積的功能，對於國土保安有不可取代的重要性(王鑫等，2010)，我們藉由此一研究發現，雲林縣的海岸沙洲誠如報紙的報導，的確有逐漸縮小的趨勢，若我們還不積極正視這個問題，將對我們的海岸環境有很大的衝擊。 四、海岸變遷的原因 根據我們在課本所學到的內容，台灣西部沙岸潮埔地與沙洲的形成，與沿岸流、河口輸沙、降雨量變化、河川上游人為開發導致泥沙量增多等諸多因素有關(王鑫等，2010)，而海岸的變遷則相當複雜，可能與河川集水區的管理，如水庫興建、水土保持狀況等導致輸沙量減少，或是海岸地區不當開發，如離島工業區設置、突堤效應等因素有關(王鑫等，2010)。 綜合前述的研究結果，我們蒐集了相關的文獻和資料，約可歸納出數項影響海岸變遷的原因(林宏仁等，2003；洪奕星等，2006；林宗儀等，2007；蕭國鑫等，2007)： (1)河川輸沙量的減少：1912 年實施濁水溪整治計畫，林內一、二號堤防完成後，原濁水溪河系上游洪水已由隨機宣洩轉為全由北端之西螺溪(今之濁水溪)輸送入海，而南端之北港溪、新虎尾溪及舊虎尾溪等河川則成為內陸排水道，其流域面積及輸沙量均大幅減少。此造成濁水溪口南側沙洲向南移動，而北港溪口之外傘頂洲持續侵蝕後退(林宏仁等，2003)。又近年來河川上游水庫如集集攔河堰之興建、流域水土保持工程、河沙濫採以及大型海埔地開發等因素，減少輸沙來源。因此，我們可以判釋出沿海的潮埔地和沙洲面積不停縮減，甚至有消失的狀況。 (2)沿岸流與突堤效應：本區冬季之東北季風強勁，風速可達10m/sec以上，風向以NNE 為主，夏季季風較弱，平均風速約4~5 m/sec，風向以NNE 及SSW 為主，全年風向以NNE為優勢，所以沿岸地區因波浪碎波及風驅流將產生SW 方向之沿岸流，造成大部分漂沙沿著海岸往西南方向輸送(林宏仁等，2003)。但是雲林縣沿海於1973 年以後陸續開發離島工業區，例如台西區海埔地開發期為1973~1975 年，以及往後的新興區海埔地開發期為1984~1987 年、麥寮工業區開發期為1991~1997 年)、新興工業區開發時期為1997 至今等，此大面積之開發阻擋濁水溪南向之輸沙(林宏仁等，2003)。所以在2001年的影像中可發現，六輕廠區的北側仍有沙洲堆積，但是南側部分已無明顯的沙洲分布，而在尚未大規模開發的1990年影像，仍可見到有較大範圍的潮埔地分布，此明顯受到工業區設立後所形成之突堤效應的影響，受到沙源的減少，更南方的障島沙洲如海豐洲和外傘頂洲，即受的侵蝕力大於堆積力，面積縮減，且逐漸朝向陸地移動。 (3)風力與海水的作用：由於沿海地區風力強勁，風力對沙洲表面的吹蝕作用，且受到海水周期性漲落潮流的侵蝕，以及波浪對於沙洲的拍擊等作用，都會造成沙洲沙源的流失(陳文俊，2002)，這也造成了雲林縣外傘頂洲等沙洲侵蝕的原因，若再配合前述的沙源減少等因素，則會加劇了沙洲流失的現象。
