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科學實驗室 / 地球科學
地球科學實驗

河流的侵蝕、搬運與沉積

多快的水流搬得動多大的石頭?在 Hjulström 圖上調流速與粒徑,看顆粒被侵蝕、搬運還是沉積——並破解最反直覺的一點:最細的黏土反而比沙子更難被沖起來。
t = 0.00 s

實驗數據

尚無記錄。調整參數、完成一次量測後,按「記錄本次數據」把結果存進表格。

實驗參數

流速
顆粒粒徑
兩個滑桿都是對數刻度(每格 ×10)。也可以直接在左圖上點擊或拖曳, 一次設定粒徑與流速。

判定結果

顆粒類別
目前行為
起動(侵蝕)所需流速
cm/s
沉降臨界流速
cm/s

實驗任務

  1. 最容易被沖走的是誰:沿著侵蝕曲線(紅線)找最低點——大約 0.2–0.5 mm 的砂。 為什麼不是最小的黏土?(提示:黏土顆粒之間有黏聚力,像被膠水黏在河床上。)
  2. 黏土的雙面性格:把粒徑調到 0.001 mm。要把它從河床沖起來需要很快的水流, 但一旦懸浮,幾乎永遠不沉降——這就是為什麼河口外海全是黏土、濁水溪「濁」到出海口。
  3. 從上游到下游:上游湍急(流速大)、下游平緩(流速小)。 固定一個粒徑、把流速由大調小,看顆粒從搬運變沉積——理解河床粒徑為什麼上游是巨礫、下游是細砂。
  4. 三區的邊界不是一條線:侵蝕需要的流速(紅線)比維持搬運的流速(藍線)高—— 中間整片都是「搬運區」。想想為什麼「沖起來」比「繼續帶著走」更難。

模型與假設

Hjulström 曲線(1935):描述水流速度與顆粒粒徑的三種命運——侵蝕(從河床沖起)、 搬運(維持移動)、沉積(落回河床)。侵蝕曲線在中砂(約 0.3 mm)處最低; 更細的黏土因顆粒間黏聚力反而難以起動,更粗的礫石則需要更大動量。
沉降曲線:細顆粒服從斯托克斯定律(沉降速度∝d²),粗顆粒近似∝√d。
簡化:曲線為平均水深約 1 m 的經驗值,以對數內插重現教科書形狀; 未含水深、密度與形狀效應,數值為量級示意。