苗栗三義火炎山的沖蝕特性

林俊全

臺灣大學地理環境資源學系教授

一、前言
       火炎山自然保留區為現有的19個自然保留區之一，其特徵為蝕溝發達、地表沖刷作用強烈，邊坡垂直聳立礫石惡地地形。火炎山自然保留區雖然因為惡地地形聞名而受到保護。但其實除了南側的沖積扇及大蝕溝區，因常常遭受擾動而草木不生外，其餘地區覆蓋十分良好，少見裸露地及崩坍。

二、火炎山的岩石與土壤
　　火炎山地區的土壤分佈，主要受到崩塌與氣候因素所控制。根據苗栗縣山坡地土壤調查報告（1983）指出，火炎山地區主要的土壤有高溫多雨氣候區常見的黃棕色紅壤，及由邊坡上崩落之灰黃色崩積土。黃棕色紅壤區，土壤厚度極薄，礫石佔80%以上，排水良好。原因在於火炎山邊坡陡峭，無法留住風化後產生的土壤。由於土壤層太薄，植物無法順利生長產生穩定土石的效果，這應該也是讓火炎山區的邊坡崩塌現象持續進行著的原因之一。

三、火炎山的侵蝕與搬運作用
　　侵蝕特性上，侵蝕作用是伴隨降雨事件而發生。由於主要的地層都有膠結不良的情況，使得火炎山地區的邊坡十分容易發生侵蝕的現象。礫石層內大顆粒的礫石，彼此之間互相鑲嵌，使得剪力強度變大，坡面有足夠的支撐力避免崩落，形成峭壁景觀。但降雨時，顆粒之間的膠結空隙充滿水分潤滑，粗糙度降低，平面剪力強度小於發生破壞時的剪應力，在沒有足夠支撐之下，邊坡就發生崩落的現象。
火炎山由礫石組成的特性也影響到了河道的搬運。在未降雨前，由於礫石之間的孔隙率大，利於地表水下滲，使火炎山的河道只見有水通過的痕跡卻看不到水在河道上流動。降雨事件發生時，河道中才能見到水的流動。當河道中的水量足夠時，水分子充滿於礫石間的縫隙，將河道中的礫石用浮力或是礫石之間的碰撞而開始滾動，形成土石流。
因此火炎山自然保留區的礫石惡地地形變動非常大，當降雨量達到一定程度以上，就會產生邊坡沖蝕的現象，蝕溝發育，進而有許多礫石與細粒物質進入河道，並向下邊坡移動，再進入大安溪河岸前形成大規模的沖積扇。

圖1、研究區範圍（資料來源：林務局農林航空測量所）

四、火炎山的邊坡後退
        這些邊坡由於經常發生邊坡後退作用，植物無法生長，長年保持光禿狀態。這種邊坡演育的方式，在邊坡上半部以高角度的方式後退，在邊坡下方則產生由崩落物質堆積的崖錐。地形的變遷中，常常因為颱風造成地形大規模發生改變。火炎山邊坡後退的形式有兩種，一種為平行後退，多出現在搬運能力強的地方；另一種為減坡後退，多發生在順向坡的邊坡。
民國80年～91年的資料顯示，10年間平均的後退速率為每年

2.5公尺（以3號集水區的邊坡計算）、減坡後退邊坡每年1.5公尺（以4號集水區的邊坡計算）。在集水區源頭地區，明顯可以觀察到邊坡後退的情況。在上游隨處可見聳立的邊坡與蝕溝。

        由於礫石層膠結不佳，上述的地形發育現象變動非常劇烈。本區的邊坡後退，數年內可以累積達到數公尺（部分邊坡年平均後退1.7公尺）。相對於其他地區，這樣的後退速率是非常快的。

        集水區中段，河道兩側可見約3公尺高的河道側壁，河道中亦堆滿了大小不一的石塊。這些石塊部分來自於上游的坡腳搬運，一部份來自於對於河道兩側的侵蝕作用。這些礫石堆積於河道之中，由於孔隙大，下滲速度極快，平時地面上是處於無水的乾涸狀態。下雨時，從上游與邊坡匯入的雨水，開始對於河道兩側進行侵蝕作用。除了雨水直接侵蝕，河道中充足的水量亦使得堆積在河道中的物質達到飽和狀態，形成土石流往下游移動。在土石流運動的過程中，造成了河道地形的變化。

        在集水區源頭，侵蝕地貌的範圍不斷擴大，裸露地的後退速率以3號集水區最快，達每年3公尺，此結果比兩側邊坡後退的速率稍快。由剖面顯示河道高程變動中，河道的堆積及侵蝕都發生在接近源頭的區域，河道中段的高度沒有發生太多變動。顯示在降雨事件發生時，堆積在源頭的土石會被沖出河谷進入沖積扇。

五、結論
        火炎山自然保留區的礫石層惡地地形是非常動態而多變化的。整體而言，火炎山惡地的地形發育可以分為最上方的裸露邊坡、中央的谷地，以及最下方的沖積扇等三大部分。這三個部分都受到地表外營力的影響，呈現非常不穩定的狀態，當降雨達到某一個程度時，這三個部分會受到作用力的衝擊，產生相當大的變化，進而形成新的地貌。
在集水區源頭，侵蝕地貌的範圍不斷擴大，裸露地的後退速率以3號集水區最快，源頭處達每年3公尺。也因為如此，形成獨特的崎嶇裸露地貌。

圖2、民國59年火炎山航空照片（資料來源：中央研究院）