河流廊道復育 www.epa.url.tw
Stream Corridor Restoration Handbook 林雨莊編譯
United
States Department of Agriculture
The Federal Interagency Stream Restoration
Working Group
概述
第1部分 河流環境背景
第一章 河流廊道概況
1A 多尺度的物理結構和時間因子
1B 河流廊道的橫向斷面
1C 沿河流廊道的縱向斷面
第二章：廊道過程、特徵和功能
2A 水文和水力過程
2B 地貌過程
2C 物理及化學特性
2D 生物群落特徵
2E 河流廊道
2F 河流功能與動態平衡
第三章：影響河流廊道的干擾
3A 自然干擾。
3B 人為干擾
第2部分 制定修復計畫
第四章：復育工作組織和問題識別
4A 組織復育工作團隊
4B 問題和機會識別
第五章：制定目標和恢復方案
5.A 制定修復目標
5.B 備選方案的選擇和設計
第六章：實施、監控、評估和適應
6A 恢復實施
6B 恢復監測、評估和適應性管理
步驟1：定義恢復願景、目標、目標
步驟2：開發概念模型
步驟3：選擇性能標準
步驟4：選擇監測參數和方法
步驟5：估算河流復育成本
步驟6：對資料類型進行分類
步驟7：確定努力程度和持續時間
第3部分 應用恢復原則
第七章：廊道條件分析
7A 水文過程
7B 地貌過程
7C 化學特性
7D 生物群特性。
第八章：修復設計
8A 山谷的形態、連通性和維度
8B 土壤特性
8C植物群落
8D棲息地措施
8E 河道恢復
8F河堤恢復
8G河流棲息地恢復
8H 土地利用情景
第九章：恢復實施、監測和管理
9A 恢復實施。
9B 適合評估修復的監測技術。
河流廊道復育
概述
為什麼恢復河流廊道很重要？
河流是大地輸送水與生命物質的網脈，河流以及與之緊密相連的洪氾
區和集水區，構成了具有重大經濟、社會、文化和環境價值的河流廊道。這些河流廊道是複雜的生態系統，包括土地、植物、動物以及其中的河流網絡。它們執行許
多生態功能，例如調節水流、存儲水資源，從水中去除有害物質以及為水生和陸生動植物提供棲息地。河流廊道的植被和土壤特徵與周圍的山地明顯不同，並支持更
高水平的生物多樣性，物種密度和生物生產力的比率高於大多數其他景觀要素。
河流和河流廊道隨著周圍生態系統的發展而變化
河流周圍生態系統(例如河流流域)內的變化將影響河流廊道內發生的物理、化學和生物過程。河流系統通常在河流量、泥砂運動，溫度和其他變量(稱為“動態平衡”)的自然範圍內運行。當這些變量的變化超出其自然範圍時，動態平衡可能會喪失，通常會導致生態系統的調整，可能會與社會、經濟需求發生衝突。在某些情況下，可能最終會形成新的動態平衡，但是發生這種動態平衡的時間範圍可能很長，而實現這種新平衡所必需的更改很重要。
多年來，人類活動改變了河流系統動態平衡的變化。這些活動集中於 為各種目的操控河流廊道系統，包括生活和工業用水、灌溉、運輸、水力發電、廢棄物處理、採礦、防洪、遊憩、美學等。魚類和野生動植物棲息地。人口的增加以 及工業、商業和住宅的發展都改變或干擾了河流廊道的自然功能。
這些活動的累積影響不僅對河流廊道，而且對它們所組成的生態系統 都產生了重大變化。這些變化包括水質下降，水存儲和輸送能力下降，魚類和野生動植物的棲息地喪失以及遊憩和美學價值的下降。根據許多河流的水質調查，過半 的河流喪失自淨功能，包括飲用水，魚類和野生動植物棲息地，遊憩和農業以及防洪和侵蝕控制都抑制了自然功能。超過4成是沉積物和營養過多的最主要原因。
圖I.1：河流廊道示例。河流廊道具有巨大的經濟，社會，文化和環境價值。
恢復意味著什麼？
河流廊道恢復是一項複雜的工作，首先要認識到破壞生態系統結構和功能的原因，或妨礙河流自然恢復的自然或人為干擾。它需要了解河流廊道生態系統的結構和功能，或者協助河流系統重新調整它們的物理，化學和生物過程。
恢復的意義包含：(1)使河流自然恢復動態平衡，發揮作用的措施。(2)實施恢復的第一步，也是最關鍵的一步是-停止造成生態系統退化的干擾活動。恢復活動的策略，包含消除或減弱慢性干擾活動的被動方案到積極干預和改善措施以修復河流自然機制。
涉及河流廊道的三種基本恢復方法：
■ 干預和不受干擾的恢復：河流廊道迅速恢復，沒有必要進行積極修復，甚至有害。
■ 為輔助恢復而進行的部分干預：在河流廊道中試圖恢復，但恢復緩慢或不確定的地方。在這種情況下，行動可以促進已經發生的自然過程。
■ 對恢復進行有力干預：對所需功能的恢復超出了生態系統的修復能力，需要採取積極的恢復措施。
任何特定修復的具體目標都應在河流流域，河流廊道和河流的河流狀況和擾動範圍內進行定義。恢復極有可能不涉及將系統恢復到其原始狀態或原始狀態。目標應該是建立自我維持的河流功能。
因為本書對於許多讀者而言可能是有關生態恢復的主要參考資料，所以應該包含一個以上的恢復定義。生態恢復協會(SER)已採用以下恢復定義。“生態恢復是協助恢復和管理生態完整性的過程。生態完整性包括生物多樣性，生態過程和結構，區域和歷史背景以及可持續文化實踐的關鍵範圍的可變性。”
恢復，修復和再發展
■ 恢復(Restoration)就是重新建立生態系統的結構和功能(國家研究理事會，1992年)。生態恢復是使生態系統盡可能恢復到干擾前的條件和功能的過程。該定義暗含著生態系統是自然動態的。因此，不可能精確地重新創建系統。恢復過程將重新建立生態系統的總體結構，功能和動態但自我維持的行為。
■ 復育(Rehabilitation)是一個擾動後再使得土地有用。它涉及在退化的棲息地中恢復生態系統功能和過程(Dunster和Dunster 1996)。修復並不一定會重建干擾前的狀況，但確實需要建立支持自然生態系統鑲嵌圖的地質和水文穩定景觀。
■ 再發展(Reclamation)是旨在改變生態系統生物物理能力的一系列活動。由此產生的生態系統不同於恢復之前已存在的生態系統(Dunster and Dunster 1996)。該術語暗示了適應野生或自然資源以達到功利人類目的的過程，例如將河岸或濕地生態系統轉化為農業，工業或城市用途。
■ 恢復與復育和再發展，恢復是一個整體過程，無法通過單獨操作單個元素來實現。恢復的目的是使生態系統恢復到以前的自然狀態，而復育和再發展(則意味著將景觀用於新的或更改的用途，以達到特定的人類目的(National Research Council 1992)。
河流具有恢復自身的能力- 我們必須能夠識別這些情況。
克里斯托弗(Christopher Hunter)說：“ 每個河流，是一個整體大於它的地質，氣候，水文和生物部分的總和。“ 那些誰也救河流首先要看清每一條河流的整體，作為元素和能量的單獨的，重要的，和獨特的組不斷尋求自身的動態平衡。
《改善鱒魚棲息地的序言》：河流恢復和管理指南；Hunter(1991)。該書傳達給讀者，河流具有的生命質量，以及在消除干擾後能夠自我修復和維持的能力。該書滿足了機構內部對全面恢復環境的需求，認識到消除關鍵干擾以使河流得以恢復自身的重要性，並更好地確定了積極干預恢復過程的情況，從而更好地確定了這些情況。
理所當然的是，任何修復都不可能是完美的。不可能在地質時期內復制事件的生物地球化學和氣候序列，從而導致甚至一個土壤顆粒的產生和放置，更不用說精確地複制整個生態系統了。因此，所有的修復工作都是近似的，並且是在自然環境下動植物的自然主義而不是自然的組裝。
河流廊道需要還原自然原始嗎？
恢復河流廊道生態系統的興趣正在各國受到關注，並且有了豐富的研究，也有制定公共和私營部門的河道修復指南。有關河道修復技術和過程方面的案例研究，已發表的論文，技術交河流，研究項目和專題討論會的數量正在增加。
多年來，許多聯邦機構為不斷增長的知識做出了貢獻，並發布了以某 種方式涉及河流修復的手冊和手冊。但是，許多較舊的文獻在哲學和技術方面與本書有很大不同。範圍狹窄，僅關注特定的方面，區域，目標或治理，它可能已過 時，不能反映新的修復技術和哲學。結果是政府機構和公眾都對如何評估開發計劃和實施恢復計劃的需求感到困惑和擔憂。
作為回應，該書代表了參與聯邦機構前所未有的合作努力，以就河流廊道的修復提供共同的技術參考。
本書認識到沒有兩個河流恢復方案或集水區保育治理是相同的，因此廣泛地提供了在大多數情況下都適用的概念方法。本書不能涵蓋所有可能恢復情況的一套準則，但確實提供了計劃恢復措施和替代方案的框架。
圖I.3：河流廊道的修復可以在(a)城鎮和(b)農村環境中進行。無論河流廊道的環境，植被和土壤特徵如何，都與周圍的高地明顯不同。
圖I.4：一條小河流的廊道
表I.1
第1章：河流廊道概述
1.A多尺度的物理結構和時間
• 河流廊道的結構成分是什麼？
• 為什麼小溪流廊道具有特殊意義，為什麼它們應該成為恢復工作的重點？
• 在更廣泛的地域尺度上，河流廊道與其他景觀單元之間是什麼關係？
• 河流廊道的修復應考慮什麼規模？
1.B河流廊道的橫向斷面
• 河流廊道的橫向斷面構造如何？
• 這些要素如何促進河流廊道功能？
• 這些元素在信息河流的生命中起什麼作用？
• 我們需要了解有關河流廊道的橫向斷面特性，以進行修復的哪些知識？
• 河流廊道的側向元素如何用於定義河流的類型？
1.C河流廊道的縱向剖面
• 河流廊道的縱向剖面要素是什麼？
• 這些元素如何用於表徵河流廊道？
•有哪些基本的生態學概念可以應用到河流中，以縱向了解河流的功能和特徵？
• 我們需要了解哪些對河流廊道恢復很重要的縱向要素？
第2章：河流廊道的過程，特徵和功能
2.A水文和水力過程
• 河流從何而來？
• 哪些過程影響或涉及河流？
• 水流動的速度，速度，深度，頻率和時間？
• 城鎮河流廊道的水文學有何不同？
2.B地貌過程
• 哪些因素會影響河道橫截面和河道輪廓？
• 河水和沉積物有何關係？
• 沉積物來自哪裡，如何向下游輸送？
• 什麼是均衡渠道？
• 河道的橫截面和輪廓應為什麼樣？
• 如何進行河道調整？
• 什麼是洪氾區？
• 河流與其河灘地之間是否存在重要關係？
2.C物理化學特性
• 河流水的主要化學成分是什麼？
• 物理棲息地和關鍵化學參數之間有哪些重要關係？
• 化學和物理參數對河流廊道的水生生物至關重要嗎？
• 河流廊道和水體中的自然化學過程是什麼？
• 河流廊道的擾動如何影響河水的化學特性？
2.D生物群落特徵
• 河流廊道的重要生物組成是什麼？
• 在河流廊道中可以發現哪些生物活動和生物？
• 河流廊道的結構如何支持各種生物？
• 有助於河流廊道生物多樣性的水生系統的結構特徵是什麼？
• 河流廊道中發生了哪些重要的生物過程？
• 魚類在河道恢復中起什麼作用？
2.E功能與動態平衡
• 河流廊道的主要生態功能是什麼？
• 這些生態功能如何隨著時間的推移而得以維持？
• 河流廊道是否穩定？
• 這些功能相關嗎？
• 河流廊道如何響應作用在其上的所有自然力(即動態平衡)？
第3章：河流廊道的干擾
3.A自然干擾
• 自然干擾如何影響當地生態？
• 自然干擾是否有害？
• 您如何描述或定義自然干擾的頻率和幅度？
• 生態系統如何應對自然干擾？
• 在河流廊道修復中應該預期哪些自然干擾類型？
3.B人為干擾
• 在幾個陸地尺度上有哪些人為干擾的例子？
• 一些常見的人為干擾(例如水壩，渠道化和引進外來物種)會產生什麼影響？
• 土地使用活動(如農業、林業、採礦、畜牧、遊憩和都市化)有哪些影響？
第4章：組織和發現問題以及商機
4.A組織團隊
• 規劃為什麼重要？
• 是否需要一個諮詢小組？
• 諮詢小組如何組成？
• 誰應該參加諮詢小組？
• 如何確定和獲取資金？
• 如何建立技術團隊，其作用是什麼？
• 諮詢小組應遵循哪些程序？
• 如何促進受影響的利益相關者之間的溝通？
4.B問題與機會識別
• 在問題上花費資源為什麼很重要(“當每個人都知道問題出在哪裡時”)？
• 如何改變或消除導致需要恢復計劃的人為變化？
• 如何組織數據收集和分析程序？
• 如何確定影響河流廊道的問題？
• 如何確定河流廊道的參考條件？
• 為什麼需要參考條件？
• 現有管理活動如何影響河流廊道？
• 如何描述影響河流廊道的問題？
第5章：制定目標，目的和恢復方案
5.A制定恢復目標
• 如何定義恢復目標？
• 您如何描述河流廊道和周圍自然系統的理想未來條件？
• 河流廊道恢復的合適空間比例是多少？
• 恢復期間可能會遇到哪些體制或法律問題？
•有哪些方法可以改變或消除導致需要恢復(即被動恢復)的人為變化？
5.B替代選擇和設計
• 修復工作如何針對解決損傷原因，而不僅僅是症狀的解決方案？
• 在各種修復方案中進行選擇時應考慮哪些重要因素？
• 空間規模，經濟和風險在幫助選擇最佳修復方案中起什麼作用？
•由 誰做決定？
• 什麼時候需要主動恢復？
• 被動恢復方法何時合適？
第6章：實施，監測，評估和調整
6.A 恢復實施
• 成功實施應遵循哪些步驟？
• 如何定義修復的範圍？
• 在項目進行期間如何獲得足夠的資金？
• 哪些工具有助於實施？
•開始實施後，為什麼以及如何對恢復計劃進行更改？
• 如何組織實施活動？
• 恢復參與者之間的角色和責任如何分配？
• 如何制定恢復施工措施的時間表？
• 在採取恢復措施之前，需要哪些許可和規定？
6.B恢復監控，評估和自適應管理
• 監測在河道恢復中的作用是什麼？
• 什麼時候開始監測？
• 如何根據恢復計劃的特定目標制定監測計劃？
• 為什麼以及如何評估恢復工作的成功或失敗？
• 在制定評估恢復工作的監測計劃時有哪些重要考慮因素？
第7章：河流廊道條件分析
7.A水文過程
• 河流如何河流動，為什麼這種理解很重要？
• 河流量是常年的，還是間歇的？
• 極高和極低的河流量，頻率和持續時間是多少？
• 河流多久泛洪一次？
•河床 粗糙度如何影響河流量水平？
• 在平衡條件下保持河槽最有效的排放是什麼？
• 如何確定平衡條件是否存在？
• 需要哪些現場測量？
7.B地貌過程
• 如何在河流上盤點地貌信息，並使用它來理解和制定物理上合適的恢復計劃？
• 如何解釋活躍的主要渠道調整過程？
• 河槽應該有多深和多寬？
• 河槽穩定嗎？
• 是否正在進行河流流域範圍的調整，或者這是本地問題？
• 渠道邊岸是否穩定，處於風險或不穩定？
• 哪些測量是必需的？
7.C化學特性
• 如何測量河流廊道內的物理和化學條件？
• 為什麼質量保證是河流廊道分析活動的重要組成部分？
• 可用於評估河水化學數據的水質模型有哪些？
7.D生物學特性
• 在使用生物指標分析河流廊道狀況時有哪些重要考慮因素？
• 哪些生物指標已成功使用？
• 棲地調查在分析河流廊道的生物狀況中起什麼作用？
• 您如何測量河流廊道中的生物多樣性？
• 河流分類系統在分析河流相關條件方面的作用是什麼？
• 如何使用模型評估河流廊道的生物狀況？
• 用於評估河流廊道狀況的模型的特徵是什麼？
第8章：恢復設計
8.A河谷形態，連通性和尺寸
• 您如何將景觀的所有空間維度納入河流廊道恢復設計中？
• 可以採用哪些標準來促進河流廊道恢復的良好設計決策？
8.B土壤性質
• 土壤特性如何影響恢復活動的設計？
• 河道中土壤的主要功能是什麼？
• 在設計過程中如何考慮重要的土壤特性，例如土壤微生物和土壤鹽分？
8.C植物群落
• 植物群落在河流廊道恢復中的作用是什麼？
• 植物群落在溪流河流廊道中發揮什麼作用？
• 在設計植物群落修復以確保解決所有景觀功能時有哪些考慮因素？
• 什麼是土壤生物工程及其在河道恢復中的作用？
8.D棲地
措施
•有哪些具體工具和技術可用於確保恢復河岸和陸域棲息地？
8.河道還原
• 何時重建河道是合適的恢復選擇？
• 如何描述要重建的河段？
• 如何設計和重構河流河道？
• 在河道重建設計中要考慮哪些重要因素(例如，路線和平均斜率、河道尺寸)？
• 是否有可以幫助設計河道重建的計算機模型？
8.F 河岸恢復
• 什麼時候應該在恢復工程中包括河堤穩定？
• 您如何確定河流流域處理的性能標準，包括要使用的方法和材料？
• 可以考慮使用哪些河流邊岸穩定技術？
8.G河流內棲地
恢復
• 控制河流內棲息地質量的主要因素是什麼？
• 您如何確定是否需要上游棲地結構，以及哪種結構最合適？
• 可以使用哪些程序來恢復河流棲息地？
• 河流內棲地 結構的一些例子是什麼？
• 在設計，選擇或安置溪流棲息地結構之前，需要解決哪些重要問題？
8.H土地使用方案
• 土地利用在河流廊道退化和恢復中起什麼作用？
• 可以使用哪些設計方法來解決各種土地利用(例如水壩、農業灌溉、林業、放牧、採礦、遊憩、都市化)的影響？
• 與特定土地用途通常有哪些干擾？
• 可以採取哪些恢復措施來減輕各種土地利用的影響？
• 恢復措施的潛在影響是什麼？
第9章：恢復實施，監測和管理
9.A恢復實施
• 什麼是被動恢復方式？如何“實施”？
• 決定採取主動而非被動的恢復方法後會發生什麼？
•恢復施工措施時涉及什麼類型的活動？
• 在恢復施工措施(例如水質、空氣質量、文化資源、噪音)時，如何最大程度地減小對河道和河流廊道的影響？
• 恢復施工措施需要什麼類型的設備？
• 關於溪流河流廊道的建築活動有哪些重要考慮因素？
• 您如何檢查和評估溪流河流廊道施工活動的質量和影響？
• 為了確保修復的持續成功，必須採取哪些類型的維護措施？
9.B適用於評估恢復的監測技術
•有哪些方法可以監測河流的生物學特性？
• 通過生物學特性評估可以告訴您河流恢復的狀態？
• 監測管理計劃應包括哪些物理參數？
• 如何評估河流廊道的物理方面？
• 如何制定恢復監測計劃，該計劃應解決哪些問題？
• 要充分檢測河流廊道狀況的趨勢，必須解決哪些採樣計劃設計問題？
• 您如何確保正確收集，分析和評估監測信息(即質量保證計劃)？
9.C恢復管理
• 在河流廊道內，正在進行的活動和資源使用有哪些重要的管理優先事項？
• 為了支持河流還原，可以做出哪些管理決策？
• 在溪流河流廊道內使用各種類型的資源(例如，森林管理，放牧，採礦，魚類和野生動植物，都市化)有哪些影響和管理選擇的例子？
• 恢復何時完成？
Part 1 河流環境背景
第1章：河流廊道概況
第2章：河流廊道過程、特徵和功能
第3章：影響河流廊道的干擾
第一部分的目的是提供規劃和設計河流廊道恢復所需的基本概念背景知識。沃德Ward 1989用四維框架描述了河流廊道中出現的關係(見下圖)。這一框架為研究河流廊道提供了一個良好的起點。
河流廊道的尺度。四維框架是研究河流廊道的良好起點
未經訓練的觀察者通常只關注框架的縱向尺寸—當水流從源頭河流向河口時，水文資料、能量和生物的橫向和縱向運動也會影響河流廊道的特徵：
因為河流廊道是不斷變化的。在從幾分鐘到幾千年的任何時間範圍內都可以檢測到變化。因此，對於河流恢復規劃者來說，觀察河流廊道中的時間和空間是一個挑戰。
河流廊道的物理結構是由水、物質、能量和生物在這個多元框架內的運動而形成的。運動也會影響結構。這種自然循環有助於在河流廊道內創造一種稱為動態平衡的狀態，允許河道在保持其基本結構和功能的同時，適應有限度的變化。
影響河流廊道的干擾可能是自然或人為引起的。如果干擾達到相當規模，它們會改變河流廊道的結構和功能，從而破壞河流的動態平衡。然後可以利用恢復來重建結構和功能，這樣自然的動態平衡就可以再次出現。
第一部分由三章組成：
第1章界定了河流廊道的組成部分，介紹了尺度和結構的概念。考慮到這些概念，河流廊道中的結構首先在橫向尺度上進行檢查，然後在縱向尺度上進行檢查。
第2章介紹了有助於河流廊道構築物的水文和地貌過程。此外，還討論了化學和生物特徵，使河流廊道在景觀中扮演獨特的角色。本章討論了河流廊道生態系統的六大關鍵功能，並引入了動態平衡的概念。
第3章總結了影響河流廊道生態系統、影響動態平衡、削弱廊道功能發揮能力的各種干擾。討論了自然和人為干擾，特別強調了土地利用活動。
第一部分中提供的背景資訊將應用於恢復計畫(第11部分)和計畫實施(第111部分)。
第一章 河流概說
1A：河流物理環境與空間、時間尺度
1B：河道的橫向斷面
1C：河道的縱向剖面
河流是通常由三個主要元素的生態系統：(1)河道(2)洪氾區(3)高灘地過渡灘緣，它們共同組合成河流景觀生態的生命力。
水和其他物質、能源和生物群落在河流內的空間、時間上遇合並相互作用，提供及維持生命必需的關鍵功能。譬如循環養分、污染自淨、地表逕流收集及排放洪水、 維持魚類和動植物棲息地、補給地下水等。本章的目的：定義河流的組成部分，並介紹景觀尺度和結構的概念，分為三個小節。
第1A節：河流物理環境與空間、時間尺度
重要主題是確定最適合河流復育規劃設計的空間和時間尺度，介紹了景觀生態學中使用的結構要素，將探討廣義到局部的關聯空間尺度，也討論河流復育過程中時間尺度的重要性。
第1B節：河道的橫向斷面
介紹河流的結構類型，包含橫向斷面的尺度，影響水、物質、能源和物種從側向陸域與水域之間的遷移、演替。
第1C節：河道的縱向剖面
探討河流上、中、下游的縱向結構變化，河流穿越深谷、丘陵、平地至河口的過程，探討河道形式、土砂侵蝕、搬運和沉積等項，及生物群落如何適應河流連續體的不同河段。
1A 河流的景觀格局與時間、空間尺度
圖1.2顯 示了從大至小不同範圍的五種空間尺度層次結構。尺度中的每個元素都與其他生態系統的密切聯繫，這些聯繫使生態系統的外部、內部環境對整體系統的影響都很重
要。景觀面貌和河道是在不同空間尺度上發生的生態系統概念，逐項檢視有助於解釋景觀格局、河流流域水系、河道和河流的基本功能。許多常見的生態系統功能涉
及物質的搬運(砂石、植物藉由水流的搬移和沉積)，能量(陽光對河流水的加熱和冷卻)和生物群落(哺乳動物、鳥類、昆蟲、魚類等聚集與擴散)三者之間的內部和外部環境(圖1.3)。
當我們定義河流生態系統的外部環境是一個更大的生態系統時，內部 與外部功能運作變得更加複雜。例如小河流、支幹河流或個別河段、河口等生態系與整體河道生態系都具有輸入與輸出的關係。反過來，這個尺度也與景觀格局相互 作用，每個較大規模的生態系都包含其下的較小生態系，較小生態系的結構、功能至少是較大生態系統的一部分。不屬於較小生態系的其他部分可能與鄰近生態系的 輸入、輸出，互動關聯。瞭解河流景觀結構、規模的層次關係是河道修復規劃的第一步。
1A-1 景觀空間結構
景觀生態學家使用四個基本概念定義特定尺度的空間結構(圖1.4)：
■ 矩陣基質(Martix)，即大面積土地覆蓋的景觀樣貌，並在大部分地表面相互連接。矩陣的基質通常是森林、農田或草地，概念上它可以是土地覆蓋的各種類型。
■ 補丁斑塊(Patch)，多樣性的小塊矩陣區域，譬如森林中的一塊裸露地或草地、大田野中的一塊村鎮、樹林或湖塘。
■ 廊道(Corridor)，帶狀或長條形的補丁斑塊，可鏈接矩陣中的其他補丁斑塊。闢如河流或連續植物帶廊道、海岸沙灘廊道。
■ 鑲嵌塊(Masaic)，許多不同樣貌的補丁斑塊拼湊一起，但沒有一個能佔主導位置的景觀狀態。
這些簡單的結構元素概念在不同的空間尺度上重複或交替組合。區塊的大小和觀察的空間尺 度決定了觀察的結構要素。例如，在河流流域景觀尺度上，人們很容易認定森林區、大面積農田是矩陣基質的主體；其中的水庫、埤塘、裸露草地等為補丁斑塊，補 丁斑塊持續的自然演替，淤積、陸地化、長野草、長大樹；發展中的都市的邊緣區，零散的聚落、農地、樹林、公墓區夾雜錯列，就如同鑲嵌塊雜拚。往更較小的區 塊觀察，人們可以認為開闊連續的河流水域是矩陣基質主體，其中的濕地、河心島、沙洲為補丁斑塊，濱水的野生植物帶、橋梁是廊道。魚類會選擇深潭區棲息，會 到湍瀨、湍瀨處覓食，陸域野生動物會利用濱水植物帶廊道覓食、躲藏、移動。
往極端的大尺度觀看，整個大幅Google衛星影像中，海洋、大沙漠、大高原是矩陣基質主體，其中的島嶼、綠洲、小盆地是斑塊，連續成串的島嶼、綠洲、縱谷則是廊道，生物多樣性常往景觀變動差異的地方聚集。在大小不同空間尺度下，矩陣、補丁斑塊、廊道、鑲嵌塊模型可以用來描述環境中的結構提供了一個描述方式。圖1.5顯示了廣義和局部尺度的矩陣、補丁斑塊和廊道的舉例，在河廊復育規劃時，規劃者者應時常考慮多種尺度。
1A-1.1 比河流規模更大的景觀尺度
河道為景觀格局的一部分，景觀尺度也包含在更大的地理區尺度裡。 層次結構中的每個比例都有自己的特徵結構。“河流流域尺度”是另一種形式的空間尺度，也可以包含河道。因為河道的許多功能與雨水匯集排放密切相關，「河流 流域」可以用來定義主、次各層次的集水區，我們也常用「河流流域」這一個名詞描述整個河流生態系統。
地理區尺度
一個廣闊的地理區域，具有共同的氣候型態和人類活動生活圈。在地理區域範圍內發現的空間要素稱為景觀格局。圖1.6包括新英格蘭地區的一個例子，其中景觀格局由自然覆蓋和土地利用來定義。
生態景觀中的矩陣基質(Martix)舉例，如：
■ 乾旱的沙漠和乾旱的草原。
■ 高山丘陵地區的森林。
■在區域範圍內大面積農業區。
生態景觀中的鑲嵌斑塊(補丁Patch)舉例，如：
■ 連續大型湖泊區。
■ 大面積濕地或沼澤地。
■ 連續大面積森林區。
■ 大都市區或都會區。
■ 農業等土地利用區域。
生態景觀中的廊道(Corridors)例如：
■ 連續的山脈。
■ 連續的河谷。
■ 沿主要交通廊道的區域土地發展。
大多數河道修復的我們通常不會在區域範圍內規劃復育。對大多數項目而言，這種觀點過於寬泛。這裡引入了區域尺度，因為它包含了與河道復育非常相關的尺度-景觀尺度。
一般景觀尺度
一般自然景觀格局包括了天然生物群落，如綿延森林中的裸露地或草生地補丁斑塊，也有人類改變的聚落地塊、農田、水庫埤塘等補丁斑塊。景觀的尺度可以從幾平方公里到幾千平方公里。
在一般景觀尺度上，補丁斑塊(例如濕地和埤塘)；廊道包含河流、公路、水圳通常被描述為生態系統的元素；矩陣基質通常是佔據主導背景的自然植被群落，例如連續大面積的森林、草原、濕地或人為的農田、鹽田、魚塭等。
生態系統包含人類生產活動或野生動植物的繁殖、遷徙、消長。基於其結構元素形成的一致模式以及包括其補丁斑塊、廊道和矩陣基質的主要土地覆蓋，景觀彼此不同。
景觀樣貌，比如：
■一個高度分散交錯的大面積土地鑲嵌塊，包含城鎮邊郊、小片樹林和農地斑塊。
■大平原農業地區的大面積農作物矩陣，包含其中低洼濕地和樹林的鑲嵌斑塊。
■沙漠或草原矩陣，包含其中的耐旱樹林廊道。
■大面積的連續森林覆蓋區，其中的清晰的鑲嵌斑塊圖案。
農業區矩陣基質中的樹林和大城市基質中的公園綠地是景觀尺度上的斑塊的例子，這種規模的廊道包括山脊線、高速公路和河道。
在景觀尺度上，很容易將河道視為具有內部環境和外部環境(周圍景觀)的 生態系統。廊道在景觀規模和其他尺度上發揮著重要作用。回想一下，生態系統的一個關鍵屬性是能量、營養物質和有機體在系統中發生、搬運和離開的運動。廊道 通常是這一搬移運動的主要途徑。它們連接補丁斑塊並作為生態系統與其外部環境之間的管道。由於在這種類型的景觀聯繫中發現的物質和生物，特別是河道提供了 更強大的功能。
廊道的空間結構有助於生態系統資源的進出;相反，這種運動也起到隨著時間改變結構。空間結構，因為它出現在任何一個時間點，因此是發生在過去移動的最終結果。理解運動和結構之間的這種反饋循環是與任何規模的生態系統合作的關鍵。
集水區尺度
集水區相當於水系的河流流域，河流與其外部環境的物質、能量和生物群落的大多藉由河道輸送。河流流域概念是規劃河流復育的關鍵因素。
集水區的物質沿著河道的往下游輸送，砂石、樹枝和溶解物質都匯集到同一個主河流幹道與同一個出口。集水區可描述多個大小不同的尺度，從最大的整體水系河流 流域，到幹流、支流集水區；從幾百平方公里的河流流域至幾十平方公尺的細小支流河流流域。
本文主要關注中小規模河流的河流流域，這個尺度規模的河流流域可 包含全部或部分不同的景觀格局，或者可被更大的景觀格局所涵括。河流流域內的生態結構仍然可以用矩陣基質、補丁斑塊、廊道和鑲嵌塊等用語來描述，對河流流 域景觀結構的認識將更有意義。我們還可以分辨河流上游、中游、下游不同河段的景觀元素;也可以分辨河流流域中丘陵、雜樹林、農田、聚落、洪氾平原、沖積扇等景觀元素及其功能。
簡而言之，河流流域和景觀格局在地理範圍內重疊，並由不同的環境過程來定義。雖然景觀格局主要定義為陸地覆蓋的地理樣貌，也可能跨越集水區、水系的邊界，與鄰接地理區聯繫。並且，河流流域中發生的生態過程與水流的存在、輸送密切相關;因此河流流域的生態系統功能也與景觀格局不盡相同。
景觀尺度與「河流流域尺度」之間的差異正是我們進行河廊復育規劃 時應考慮重要因素。過去河流流域經常被定義為一個地理單元，因為它需要考慮水文水理、物質與能源移動、生物群落進出與河道密切互動等相關訊息。因此只關心 河流流域中的景觀面貌，忽略了河道中的物質、能源和生物群落互動過程，將難以解釋河流生態系統的功能運作。因此，河流科學與景觀生態學適當結合，將可以更 全面地了解河道環境特性。
圖1.2:多種尺度的生態系統。
河流廊道的恢復可以發生在任何規模,從小河段到大河段
圖1.3:一個簡單的生態系統模型。物質、能源和生物體從外部投入環境,通過生態系統,進入外部外部環境
圖1.4:空間結構。景觀可以用矩陣、鑲嵌斑塊、廊道和馬賽克等不同尺度來描述
圖1.5:(a)與和(b) 局部尺度的空間結構。鑲嵌斑塊、廊道和矩陣在廣泛的區域規模和局部覆蓋尺度上可見
圖1.6: 圖示一個區域的景觀尺度示例。景觀結構通常呈現自然覆蓋和土地利用的表徵
圖1.7:景觀尺度結構。
1A-1.2河流廊道景觀尺度
河流廊道是河流流域和景觀尺度上的空間元素，也是層次結構的一部分。它有自己的一組結構元素：集水區森林或草本植被等矩陣基質，補丁斑塊包含自然和人為特徵，例如：
■自然濕地。
■樹林，灌木叢或草地斑塊。
■牛軛湖、埤塘。
■住宅或商業區。
■河道中的島嶼。
■高灘地休閒綠地
河流廊道包括兩個重要元素-河流兩側的河流和植物群落，包括：
■河岸帶
■洪氾平原
■支流
■道路與橋樑
圖 1.8:河流道尺度上的結構元素。在河流廊道中可以看到補丁斑塊、廊道和矩陣
1A-1.3河段景觀尺度
在河流尺度上、補丁斑塊、廊道和背景矩陣在河道與兩側廊道定義，也包括河流本身及其低氾濫平面的元素。再縮小景觀尺度比例，觀察河流中的一個河段。具有急河流湍瀨河段的水流顯然與平緩深潭河段不同。根據化學或生物因素，可以歸納許多特徵，使得河流的上游與下游生態面貌迴然不同。
河段尺度的補丁斑塊示例如下：
■湍瀨和深潭
■倒河流木及碎屑
■水生植物及河床
■河心島或露出水面的砂洲
例如：
■懸崖下方的濱水帶。
■枯水期的辮狀河道。
■物理、化學、生物相似性的環境條件。
■土地使用分區或人為定義的界限。
1A-2 時間尺度
河 流復育規劃影響的另重要一尺度是時間，時間層次與空間層次相似。對於過大的地理區空間尺度，河流復育計畫無法切合實質的環境條件，在過長或過短的時間期規 劃環境修復也不切實際。例如地貌或氣候變化通常發生在數百年到數萬年之間。實務上的復育工作的目標通常以數年到數十年的時間框架尋求改善。例如河流流域的 土地利用變化是導致河道干擾的眾多因素之一。然而土地利用干擾發生在許多時間尺度上，包含灌溉、山坡地開發、都市給水、水污染等影響時間長短各有不同。
在河流復育規劃中涉及土地使用問題時，必須務實考慮時間尺度。譬如雨季降水逕流是周期性的，也是可預測的，不定期的颱暴雨雨洪水是另一個在空間和時間都急遽變化的自然過程。
颱風、暴雨引發的洪水既不是周期性的也不是可預測的，也要在廊道復育規劃中充分考慮。
水利專家們按時間順序對洪水的程度進行排序，例如20年、50年、100年一遇的洪水重現機率20％，2％，1％，訂出防洪保護標準。
河道修復可能需要考慮多個時間尺度。例如設置跨河構造物時，可能需要注意：(1)在關鍵物種產卵繁殖期間能減少干擾，(2)設施可承受100年的洪水。(3)在復育完成後，仍應維持維護管理。充分考量河流生態系統動態過程，使河流復育更有機會成功，且經得起時間的考驗。
圖 1.9:河流規模結構元素。補丁斑塊、廊道和矩陣在河流中隨處可見
1B 河流整體環境特性
在上一節中描述了如何在矩陣基質、補丁斑塊、廊道、鑲嵌塊等多層次景觀尺度檢討河道和其周邊環境之關係。本節將介紹河道本身的物理結構。特別是橫向的空間關聯。河道的橫截面有三個主要部分：
■河道，常年有水流動的水道。
■ 洪氾區，河道兩側的經常淹漫區，也就是高灘地，一般稱為2年、5年或10年一次的洪水淹沒區。
■ 過渡性河谷邊緣，洪氾區兩側的地形高崁，作為洪氾區與周圍景觀之間的過渡區或邊緣。但是平原河段位保護農田、聚落通常設置堤防約束10年以上的洪水淹沒。
河道中的一些常見特徵如圖1.11所示。在這個例子中，洪氾區是季節性經常淹沒的，包括高灘地、沙洲和低窪潮濕的草地或濕地。
過渡性河谷邊緣包括高崁、樹林、灌木和草生帶。岸側自然堤等地貌是由侵蝕和沉積過程產生的，在洪水期間，各種植物群落各有適應淹水的功能，佔據了不同的地貌位置(生態棲位)。三個主要橫向組件中的每一個在以下小節中描述。幾乎所有河道都由河流水和沉積物形成、維持和變遷。
圖1.10:不同設置的河流廊道的三個主要組成部分(a) 和 (b) 儘管具體特徵可能因地區而異,但大多數河流廊道都有一條河道、洪泛區和過渡性高地灘緣
1B-1河流水道
一般自然水道的形狀是弧形下凹，大致呈拋物線形，但是河流彎曲段，下凹將偏向外側。圖1.12顯示了典型河流河道的橫截面。傾斜的水岸被稱為坡崁。
■ 河道的最深部分稱為"主深槽"。
■ 河道橫截面的面積約束了預期的水量通過而不會溢出水岸。
■ 河道的均衡和水流量是兩個重要屬性。
圖1.11:河道的橫截面。河流廊道的三個主要組成部分可以由結構特徵和植物群落細分。(垂直比例和河道寬度被大大誇大。資料來源:《火花,生物科學》第45卷,第170卷,1995年3月
1B-1.1河道的沖淤平衡
河道平衡涉及四個基本因素的相互作用：
■沉積物排放(Qs)
■沉澱物粒徑(Dso)
■河道水流(Qw')
■河河流坡降(S)
Qs × Dso ~ Qw'S
這個等式在這裡顯示為一個秤盤上的沉積物承載和另一個秤盤上的河流量的平衡。保持沉澱盤的鉤子可以根據沉積物尺寸沿著水平臂滑動。掛鉤根據河流坡降保持逕流側滑動。當所有四個變量處於平衡狀態時，河道均衡運行。
如果發生更改，會短暫期失去平衡，由自然力調適回復。如果一個變量發生變化，其他多個變量必須按比例增減來復育平衡。例如，如果河床坡降增加並且河流量保 持不變，沉積物載荷或沉積物粒徑必須增加以維持河道平衡。尋求新平衡的河流可能侵蝕更多的沉積物和更大的砂石粒徑。
沖積河流會自行調整這四個變量，重新建立新的平衡條件。基岩或
人工混凝土河道難以調適沖淤變動，因為它們不能自行增減沉積物的大小和數量。河流平衡公式可用於河流流域逕流或沉積物承載變化引起的河道影響進行定性預
測。定量預測則需要使用更複雜的公式。例如，沉積物輸送公式可用於比較不同河流沉積物承載和能量的參考。
如果在移動承載後剩餘多餘的能量，則當水流通過侵蝕其堤岸或沖刷其床來獲取更多砂石承載時，發生河道調整。不管有多少複雜性是建立在這些和其它等式這種類型的，他們都大致脫離不了上述的基本平衡關係。
圖 1.12:河流河道的橫截面。
圖1.13:影響河道平衡的因素。在平衡時,坡度和河流量平衡了河流移動的沉積物顆粒的大小和數量。資料來源:Rosgen(1996年)
1B-1.2 水流
河流水道的一個顯著特徵是河流量。作為水循環的一部分，所有河流動的最終來源是降雨。雨水降落後進入地表或地下。影響河流水量的因素包括其數量，質量和時間，根據雨水去向將河流量分別說明。
三個基本組成部分是：
■ 暴雨地表逕流，降雨通過地面在短時間內到達河道。
■ 中間河流，降雨飽含於土壤層，在數天內在地下滲河段河道。它在很少或沒有降雨期間維持河流量。
■ 地下水流，降雨滲透到深層地下水中，並且緩慢移動通過地底深層。可能數月或數年才滲河流至河道或海洋。
地表逕流在任何一個時間可能會從一個或多個地表凹溝進入河道。如果多個源都沒有進水，則溪流會變成乾溝。
洪峰曲線圖用於顯示如何隨時間的水流量的變化(圖1.14)。位於峰頂左側的水位線部分稱為上升段，顯示了降雨事件後河段峰值所需的時間。曲線頂峰右側的部分被稱為衰退段。
河道和地下水關係
整個河流流域的地下水與河道之間的相互作用各不相同。一般來說，在發育良好的沖積洪氾平原的河流和礫石河床中，這種連接最為強烈。
排水機制
水流是用於描述每單位時間沿河道向下河流動的水量的術語(圖1.18)。用於描述河流水量排放的計量單位是立方公尺/秒(CMS)。
水流，會導致河道形態接近現有河道。但是，沒有直接計算河道形成水流的方法。
對於特定河段的河道形成水流的估計可以通過一些限定與河道的深度，寬度和形狀相關。儘管河道形成水流僅嚴格適用於平衡河道，但該概念可用於選擇適當的河道幾何形狀以河流復育受干擾的範圍。
有效排放水流，有效水流是河道形成水流的計算量度。有效排放的計算需要長期測量水和沉積物，無論是對於有問題的河流還是對於非常相似的河流。
由於此類數據通常不可用於河流復育站點，因此有時會替換模擬或計算數據。可以針對穩定或不斷變化的河道計算有效水流。水岸水流。當水剛剛開始離開河道並擴散到洪氾區時，就會發生這種水流。滿槽(Bankfull)水流相當於河道形成(概念)和有效(計算)水流。
圖1.14: 暴雨水文圖。水文圖顯示河流從平時流量到最大排放,然後返回道平時流量情況需要多長時間。
圖1.15：都市化前後的水文圖比較。都市河流的河流量曲線比天然河流的河流量曲線更高、更陡。
圖1.16:(a)和(b) 地下水流的橫截面。河流水流失補注地下水或地下水補注河流水流量。
圖 1.17:間歇河流。僅在豐水期或降雨后有短暫水流動。
圖 1.18: 描述河流狀態重要諸元。
圖1.19: 洪水期間，河水流溢出河槽,進入洪泛區。
1B-2 洪氾區
沖積河谷的地表相對平坦，因為隨著時間的推移，河流在蜿蜒河段持續的向側侵蝕，持續的加大彎曲，擴大洪氾區的河谷。此外，週期性洪水又攜帶大量的砂石沉積物縱向移動並沉積在河道兩側的平坦地表，這個過程形成了帶狀的洪氾區。
隨著時間的推移，河道重建了整個谷底。當河道遷移時，如果上游條件保持不變並且河道保持平衡時，它將保持著相同的平均尺寸和形狀。
可以定義兩種類型的洪氾區(圖1.20)：
■ 水文河灘地(高灘地河流廊道)，毗鄰駐留下面平灘高程基河流河道的土地。也是2至5年的洪水淹沒帶。但是並非每條河道都有水文洪氾區。
■ 地形洪氾區，與水道相鄰的陸地，包括水文地理平台和其他土地，基於海拔高度由給定頻率的洪峰達到的高程(例如，100年洪氾區)。
涉及洪水問題的專業人員根據洪水頻率定義了洪氾區的邊界。因此，100年和500年的洪氾區通常用於制定規劃和監管標準。
1B-2.1 洪水儲存
洪氾區為河流流域產生的洪水和沉積物提供臨時存儲空間。用於增加洪水的滯後時間-降雨事件中間和逕流峰值之間的時間。
如果河流移動水和沉積物的能力減弱，或者河流流域產生的沉積物承載變得太大而不能使河流運輸，則洪水將更頻繁地發生並且谷底將開始填充。谷填充導致河流流域產生的沉積物的臨時存儲。
圖1.20:水文和地形洪泛區。水文洪泛區由岸高定義。地形泛洪平原包括水文洪泛平原和其他土地,最高為規定高程。
1B-2.2 沖積地貌
河流進入寬闊低平的沖積平原將成為曲河流地貌。曲河流地貌創造多樣化的土壤和濕度條件，提供了許多物種的生態棲位
■ 蜿蜒曲河流，藉由水流扭力，持續的往外側侵蝕，往另一側堆積，而愈來愈彎。
■ 截彎取直，洪水直衝取得更短距離的新河道，廢棄過度蜿蜒彎曲的舊河道。
■ 牛軛湖，截彎取直後被廢棄的舊河道，失去與主河道的水體連結。
■ 黏土塞，阻斷舊河道牛軛與主河道的黏土沉積。
■ 天然堤，在新河道側岸堆積的帶狀砂石丘，大多由洪水氾濫形成。
■ 後背濕地，天然堤後側的地表逕流積水難以排入主河道，形成濕地。
圖1.21:洪泛平原的地貌。洪泛平原上的地形特徵是由蜿蜒的溪流造成的。
1B-3 高灘地坡崁邊緣
河流洪氾區是洪水期河流自然擺盪淹漫的河道，包含整個高灘地。高灘地坡崁邊緣又稱「灘緣」，與不氾濫的陸地有一個明顯的坡崁階地。「灘緣」是河流洪氾區與陸地景觀之間的過渡區，它的外邊界也是河流廊道的外邊界。
自然河流的洪氾區帶廊道很寬大，尤其中游河段呈現明顯的地形下 凹，是洪水時的大河槽。洪水期大河槽又稱洪氾區，可能是冰河時期磨壓出來的，也可能是近千百年的洪水不斷的沖刷侵蝕的，灘緣地形很明顯。但是在下游大沖積 平原洪氾區帶可能就是不明顯的低凹或傾斜坡崁。尤其是築堤防後將洪氾區帶縮窄了，就很難找到「灘緣」。
「灘緣」沒有典型的橫截面，可以是平坦的、傾斜的，或垂直的。它們可能結合山坡、高崁、懸崖、森林和高草原等特徵，或因土地使用、修築護岸堤防被人為改造。
所有的過渡性高地灘緣有一個共同的屬性：它們與河廊外的內陸域景觀區分開來。
有些河流有河階地貌，成因可能是：大洪水氾濫淤積結合河流的向側蜿蜒侵蝕形成U型寬河谷，地殼變動，侵蝕基準面下切，進入下一個向側蜿蜒侵蝕，形成低一階的U型寬河谷，因此「灘緣」也就形成了許多層。大漢溪的大溪河階群有4階，坡崁「灘緣」都形成茂密的樹林帶，最低一層的坡崁「灘緣」約有40公尺高。大甲溪的新社河階群有7至13階之多，坡崁「灘緣」從十餘公尺至數十公尺高。
河階地面和洪氾區之間的陡坡特別重要，因為它有助於將洪水限制在底部河谷。在河階上層發生洪水的頻率要低得多，植被是河道中一個重要且高度可變的元素。在
自然河道中，一系列植物群落可能不間斷地延伸到整個廊道。這些植物群落的分佈將基於不同的水文和土壤條件。植物群落在確定河道狀況，脆弱性和復育潛力方面
發揮著重要作用。高灘地坡崁邊緣的類型，範圍和分佈、土壤水分偏好、海拔高程、物種組成、年齡、茂盛度和著根深度都是我們在規劃河廊復育時必須考慮的重要
特徵。
圖1.22:過渡高崁灘緣。河流廊道的組成部分。洪泛平原和高地的過渡景觀。
圖1.23:反覆的河流刻蝕與洪水堆積，形成河階地貌。比如大溪與新社河階。
圖 1.24:(A) 未刻蝕河流和刻蝕河流 (B 和 C中的河階。梯田是廢棄的洪泛區,通過傾斜和洪泛平原的相互作用而形成。
1B-4 洪水脈衝概念
洪 氾平原是許多河岸植物群落及其支持的野生動物生長的重要焦點。一些河岸植物物種，如柳樹和三葉楊，依賴於洪水進行再生。洪水還為洪氾區提供沉積物和營養物 質，為無脊椎動物群落，兩棲動物，爬行動物和魚類產卵提供棲息地。洪水脈衝概念的開發是為了總結河流和洪氾平原生物群如何利用水與土地之間的動態相互作 用。。該概念主要適用於較大的河流，這一概念表明，在自然環境中洪氾平原上可預測的水的前進和後退可提高生物生產力並保持多樣性(Bayley1995)。
圖1.25:河流廊道植被結構示例。植物覆蓋在河流廊道的(藻類)初級生產狀況起著重要作用。
圖1.26:洪水脈衝概念示意圖。洪氾平原在年度豐枯水期轉換的狀態。左列描述營養物質的運動。右列描述了典型的魚類生命史特徵。Source: Bayley, Bioscience, vol. 45, p.154,
March 1995. ©1995 American Institute of Biological Science.
都市化後的水文變化
城鎮河流的水文變化是隨著建築物的增加，自然植被的減少。綠地與土壤被屋頂、道路、停車場、廣場等不透水覆蓋物所取代。河流的常年河流量更多是作為雨水逕流而非基河流量(包含植物、土壤的河流量釋出)提供的。根據河流流域不透水覆蓋的程度，每年的雨水逕流量可以增加到自然植被區域的16倍(Schueler1995)。由於不透水覆蓋物可防止降雨滲入土壤，因此可用於補給地下水的河流量較少。
不透水的水泥鋪面、下水道溝渠使曼寧公式的粗糙度和雷諾數減小。與天然植被相比，暴雨水量在平滑、堅硬的路面與人造排水溝中移動得更快，洪峰集中水位線上升越來越陡峭，雨水快速的集中排放，快速的河流失。
■ 農業區、森林區、豐水期，河流水位低於地下水含水層，得到地下水補注。
■ 都市化後不透水鋪面多、枯水期，河流水位高於於地下水含水層，河流水流失下滲。
根據地表逕流和土壤層中間河流的平衡和時間對河流進行分類：
■ 短暫旱溪僅在降雨期間或之後立即河流動。它們通常每年河流動不到30天(圖1.17)。
■ 間歇河流僅在一年中的部分時間河流動。間歇河流的河流量通每年超過30天，但也出現斷河流。
■ 長流河流溪流在雨季雨乾季時都持續有水流動。土壤層地下水持續地補充到河道中。
河道的自然形成與水流釋放概念：
- 為了設想河道形成水流的概念，想像一下將水管以恆定速率放置在新耕種的菜園中。最終，一個小河道將形成並達到平衡。
- 真正的河流構成規模較大，設想一個新建的大水庫，以恆定的河流速緩慢釋放儲存的水。這種河流動將順應地形、地質，建立新的河道水流，直到河道達到平衡，不再輕易改變河道的形態。
1C
河流的縱向環境特性
在河道的縱剖面中看到的地貌特徵也影響生態結構。由於排水面積和排水量增加，下游河道寬度和深度增加。洪氾平原和高灘地坡崁邊緣及侵蝕沉積過程都持續的變化。在不同類型的河流中，都可以從上游到河口觀察到一系列共同的結構變化。
1C-1 河流縱向分段
大多數河流的整體縱向剖面可大致分為三個分段，第1區或上游V形谷地，大多坡降陡峭，向源侵蝕、向下侵蝕最為劇烈。砂石、倒伏樹木等沉積物從山坡面滾落溪谷，並向下游移動。
第2區中游U形谷地，大多穿越丘陵低海拔雜樹林，坡度略緩，向側侵蝕、向下侵蝕，常形成多層河階的寬谷或狹長河谷平原，寬谷中也常有寬泛的氾濫平面和蜿蜒的河道。第2區接收上游大量的砂石沉積物搬運至下游河段。
第3區河段進入寬廣低緩的平野，河流變寬，坡降變小，水量大，水流緩慢。上游搬運來的砂石沉積物形成沖積扇、氾濫平原、出海口三角洲。其實上、中、下游三個分段分區都有侵蝕、搬運與沉積的活動，只是因地形、坡度關係，以上的三個分區段過程特徵較為明顯
圖1.27:上中下游縱向剖面區域。隨著河流從源頭到河口的河流地貌和洪泛區特徵發生變化。Source: Miller (1990). ©1990 Wadsworth Publishing Co.
圖 1.28:上中下游的河道的變化。河槽、水流和攜帶砂石特徵在整個河流縱向剖面中變化。
1C-2 樣式
河流水系是樹枝狀的線，河道包含排水渠道及兩側的土地植被，集水區是匯集地表逕流水及物質的扇形面。集水區將水、沉積物質、溶解物質匯集到共同主幹河流及出海口。
1C-2.1 水系類型
水往低處河流，水也往軟弱的泥土侵蝕，排水模式主要受河流流域整體地形和潛在地質構造的影響，形成多種樣貌，常見的為樹枝狀，也有魚骨狀、放射狀、平行狀、直角狀、年輪狀、柵架狀、梳子狀。
譬如淡水河水系就是多方向向內匯集入台北盆地再集中出海；陽明山錐狀火山就以多條放射狀溪流排水；高屏溪順應河谷方向以平行狀幹河流匯集排水；卑南溪與花蓮溪以梳子狀匯集各支流排水到花東縱谷再從南北出口注海。
圖1.29:河流流域排水模式。模式由地形和地質結構決定。
圖 1.30:河流水系的級序。自然河道的層次結構進行分類的方法。
1C-2.2 河流級序
河流科學家荷頓Horton於1945年提出了自然河道層級排序的方法。將水系所有小支流的最末端(再沒有上游或支流的小溪)指定為第一級序。兩條第一級序的小溪流匯集的河道為第二級序，兩條第二級序的小溪流匯集的河道為第三級序，依此類推。但是第三級序如再與另一條第一或第二級序溪流匯河流，級序仍不增加，則仍為第三級序。
因此河流級序愈高，代表水系支流愈多，匯集水量與物質愈多，集水區範圍也愈大。生物多樣性條件也愈多、愈穩定。台灣的河流淡水河、濁水溪等可達到第六級序，長江、密西西比、亞馬遜等大型河流可達到第十二級序。
第一、二級序的小溪流，集水面積小，匯集水量小，卻不一定位於高山森林區。台灣沿海平原就有許多獨自入海的小溪。
1C-2.3 單線河槽與辮狀河槽
一般情況我們常見到單一河槽，但是某些環境條件可能產生多股河槽，甚至形成辮狀河道(圖1.31)。形成的原因大多為沉積物阻滯或分散了水流。形成辮狀河道的原因：
■一個地質軟弱，水岸易被沖蝕的河段。
■河流砂石沉積物特別多的河段。
■水流快速頻繁變化的河段。
■河流離開山地進入平原，坡降雨河流速急遽變緩的河段
當 河流離開陡坡降的山地進入低緩的平地時，水流動力驟減或沉積物承載增加，砂堆開始在河道中心形成，辮狀河道也開始形成。河心砂洲使水流進入兩側較小的兩個 橫截面。較小的橫截面導致較高的速度河流動。兩側易被沖蝕的水岸，導致整個河幅擴大。該河段河流速減小，然後又形成另一個河心沙洲分散水流，並重複前述過 程並創建更多河道。
在辮狀河道自然發生的景觀中，植物和動物群落已經適應了河道和河岸區域的頻繁和快速變化。若因干擾引發辮狀河道形成時，許多物種較難適應物理條件的改變。
第二種多股河槽稱為疊合水流。它們出現在比辮狀河流更平緩的河床坡度上，並且具有窄而深的河道(與辮狀河流中發現的寬、淺的河道相反)。它們的堤岸通常由細小的粘性沉積物組成，使它們具有相對抗沖蝕性。當下游基準面上升時形成疊合水流，導致沉積物迅速積聚。由於水岸物質不容易被侵蝕，原始的單河槽分成多股河槽。進入湖泊或出海口的三角洲的河流經常被疊合，或行程多股分河流。
圖1.31:(a)單河槽和(b)辮狀河槽。單河槽河流是最常見的。辮狀河槽通常形成於對可侵蝕的河岸、大量粗顆粒沉積物以及快速和頻繁的排水變化的反應。
1C-2.4 蜿蜒河道
河道長度由河道中心線的長度量測，如果河道長度與A、B兩點直線距離比值大於1.3，則可以地義該河段是蜿蜒河道。河道蜿蜒度也就是河道彎曲度通常與水流量、河床坡降有關。
通常在河流縱向剖面的第1區(上游山地V形深谷河段)和第2區(中游丘陵河段)容易發現低度到中度的蜿蜒度。很多高度彎曲的蜿蜒河道經常出現在第3區(很寬的河谷或河流從山地進入平地河段)。
河道彎曲是個自然演變過程，水流扭力不斷的侵蝕凹岸側並且堆積凸岸側，河道將愈來愈彎曲。終有一天洪水直衝截彎取直，創建新的直行河道，被廢棄的舊河道將形成牛軛湖，再淤積形成濕地或路地化。
圖1.32:蜿蜒河道:(a) 低度和(b) 極端。
在上游(山地)與中游(丘陵)河段常會發現小幅度的蜿蜒曲流，高度蜿蜒的曲流常發生在下游平原河段。
1C-3 深潭與湍瀨
無 論河道形式如何，大多數溪流的中上游河段都具有相似的屬性，即規則間隔，湍瀨與深潭交替。湍瀨就是河床上的岩石堆，形成急河流，溶氧高，食物源豐富，多種 魚類的覓食區。深潭就是兩個湍瀨之間的深水區，水流平緩，水底沉細沙，魚類的棲息區。湍瀨與深潭交替也與河道水流彎曲有關，直河流河段堆積岩塊礫石阻滯水 流，形成湍瀨；彎曲河段水流淘刷，因水流扭力往凸岸側侵蝕，加寬加深，並且往凹岸側堆積，形成湍瀨。
因為水流運動攜帶礫石、鵝卵石等距間隔分布，有助於保持河道穩定性。在湍瀨湍瀨區域發現較粗的沉積物顆粒，而在深潭中發現較小的顆粒。深潭到深潭或湍瀨到湍瀨的間距通常是河流寬度的5到7倍(Leopold等，1964)。
但是多沙質河流不會形成真正的湍瀨，因為湍瀨湍瀨區域的粒度分佈與深潭中的粒度分佈相似。但是沙質溪流也會出現均勻間隔的深潭。陡坡溪流通常也容易形成深潭，溪水仍然會規律的以階梯形式從深潭到深潭之間移動。
圖 1.33: 深潭和湍瀨的交替。(a)近直線和 (b) 曲折的河流。水潭通常形成在彎道的外側，主深槽從河道一側擺盪到另一側。
1C-4 沿河植物型態
植被是河道縱向與側向構成的重要元素，在縱剖面的第1區，山高谷深，森林覆蓋，河流的洪氾區很窄或不存在;因此很難找到能耐洪水的濱水植物群落。但是兩側陡峭谷地山坡面很容易有植物、有機物掉落進河流水體。茂密的山地森林樹冠幾乎覆蓋了溪流源河流段、上游段的上空。從河道可以看到幾乎沒有開闊的天空，陽光很難透射進水體，藻類不易生長。在縱剖面的第2區，中游河段穿越丘陵地，河谷較為寬闊，甚至有河階、U型谷地貌。河流的洪氾區較寬，稀疏的闊葉林、灌木、草本植物分布在河流兩側，縱剖面的第3區， 河流下游河段，河流寬且水流緩，洪氾區寬廣，沖積平原很少見到連續大面積森林分布，平坦地形主要呈現多種草本植物、稀疏的灌木，河流流域的土地空間也大多 為人類所利用發展成農業或聚落。
雖然上、中、下游植物群落類型存在著差異，但是上游河段提供了碎片有機物並向中游的第2區與下游的第3區輸出了的有機物與砂石沉積物，是支持食物鏈和生態最重要的特徵。縱剖面的第3區， 河流下游河段，人為利用很多，經常縮減洪氾區及河道，建築堤防，清除河流區域大型植物，使河廊溝渠化，或原有河濱野生植物群落被非野生植物取代。並且因下 游河段水流緩慢，主要支流匯合點，或河口感潮作用，常形成淤積草澤濕地或樹澤濕地。出海口河段，濱水植被必須適應漲退潮的淹沒與鹽度變化。以上為台灣的河 道植物相，大陸、沙漠、高原、內河流、寒帶等地區的河流型態各不相同，但是植物組成結構多有類似。
植物群落沿著從源頭到河口的河流動順序的變化是生物多樣性和物種環境適應的重要功能。雖然大多數河道的植物群落可能是分散的，但是原生植物群落的連續廊道必須儘力保存。復育一部分河段的植被連通性會改善河流自然條件並增益其功能。
1C-5 河流連續性概念
河流連續體概念很容易概括和解釋河流生態系統的縱向變化(圖1.34)(Vannote等人。1980年)。這一概念模型不僅有助於確定河流、河灘地和河流系統之間的聯系，而且還描述了生物群落從源頭到河口的發展和變化。河流連續體概念可以將一個地點或河段置於一個更大的水棚或景觀中，從而幫助實踐者確定和集中恢復目標。
河流連續體概念認為，許多一級至三級源頭溪流都被裏河畔森林樹冠遮蔽。這種遮蔭反過來又限制了藻類、植物周圍植物和其他水生植物的生長。由於不能通過光合成(自養生產)產生能量，這些小溪中的水生生物群依賴於外來物質(即來自河道外部的物質，如樹葉和樹枝)。
生物群落具有獨特的適應性，可以利用外部來源或組織輸入。因此，這些源頭河流被認為是異養的(即依賴於周圍河流流域產生的能量)。由於地下水補給的影響，溫度狀況也相對穩定，這往往會降低熱生態位相對狹窄物種的生物多樣性。
可預測的變化發生在下游的四、五、六級序河流中。河道變寬，新增了入射陽光量和平均生產。初級生產水準隨著光照的新增而新增，這使許多河流轉向依賴於本土物質(即來自河道內部的物質)或內部自養生產(Minshall 1978)。
此外，較小的、預處理過的或有組織的顆粒來自上游部分，這有助 於平衡河流中的自養和異養。無脊椎動物群落物種豐富度隨著各種新生境和食物資源的新增而新增。無脊椎動物功能群，如食草動物和採集者，在適應使用本地和本 地食物資源的同時，數量也在新增。中型溪流的熱穩定性也隨著溫度波動的新增而降低，這會通過新增熱龕的數量而進一步新增生物多樣性。
第七級序至第十二級序的較大河流和河流在物理穩定性方面趨於新增，但在結構和生物功能方面發生了顯著變化。較大的河流越來越依賴於浮游植物的初級生產力，但繼續從上游接收大量溶解和超細有機顆粒。Inver tebrate的種群主要由細顆粒收集器控制，包括動物園的浮游生物。大型河流通常攜帶更多的粘土和細粉砂，這新增了濁度，降低了透光率，從而新增了異養過程的重要性。
風暴事件和熱漲落的影響在頻率和幅度上都有所降低，這新增了河流的整體物理穩定性。這種穩定性新增了生物相互作用的強度，如競爭和捕食，這往往會消除競爭較弱的類群，從而減少物種豐富度。
河流連續體概念僅適用於多年生河流這一事實是一個限制。另一個局限性是擾動及其對河流連續體的影響沒有被模型處理。干擾會破壞河流流域及其溪流和河流連續體之間的連接。
由於這些和其他原因，河流連續體概念尚未得到普遍接受(Statzner和Higler 1985，Junk等人。1989年)。儘管如此，自1980年首次引入以來，它一直是一個有用的概念模型，並刺激了大量的研究。
圖1.34:河流連續體概念。該概念提出了河流大小與結構和功能屬性的漸進轉移之間的關係。