劉芊薰、甘家忠
一、前言
流水雕琢如聚寶盆的石面桶或稱金面桶之壺穴，是頗令人著迷的小地形景觀。臺灣河川、海岸岩石的組成特性，通常在河谷的河床上或是岩石海岸邊，常呈現出的是許多圓形的坑洞，大大小小的順著地層排列。壺穴英文學名為PotHoles，一種圓柱形狀的窪穴，穴深從數公分到數公尺不等，穴口直徑大者可達數公尺，因為它形似臉盆，所以也俗稱「石面(臉)桶」。壺穴之珍貴，在於它必須經過數百年、甚或千萬年的長時間才可形成，它更需要多種條件如氣候、水流、岩石、...等等，交互作用，而非單一因素造成。
壺穴可分為河成壺穴與海成壺穴，河成者是指受到河床岩層，受河水的侵蝕作用所形成的壺穴，以基隆河中上游以及木柵景美溪流域一帶較有名；海成者是受海水波浪作用造成，出現在岩石海岸地區如野柳、基隆和平島、花蓮石梯坪、臺東三仙台與石雨傘等地。兩者形成時期，均為水流挾帶砂礫對堅硬岩石鑽蝕的結果，呈現出大自然神奇的力量，雕鑿成千變萬化、多采多姿的壺穴自然景觀。
二、形成壺穴的岩石特性
在不同的岩石構造特性下，都會影響壺穴生成與否。例如在泥岩或頁岩等較軟弱的岩石，便不會出現壺穴的小地形，在較堅硬的砂岩，才可能成現壺穴。其他如岩石的節理、層理與破碎程度以及岩石中是否有易被侵蝕的泥團等等都是重要的影響因素。
以基隆河上游河床上的壺穴來看，大都是地質上的大寮層中的塊狀砂岩，其質地稍微堅硬、均質及塊狀膠結良好的岩石（如鈣質砂岩）河床，比起膠結不良（如泥質砂岩）或岩性較弱的岩石（如泥岩、頁岩）較有機會形成壺穴。另外一些極堅硬、抗風化、不易侵蝕的岩石（如花崗岩或玄武岩等），也就因此不容易遭流水挖鑿形成壺穴。另外一些不連續面岩層發育成的岩石，如層理、節理或斷層發達的河床，它由於岩石質地容易風化與破碎，即使產生壺穴也不易保存，因此在砂頁岩互層的地層、板岩或片岩地區，就難有壺穴情況出現。
三、壺穴的成因
美國地形學者蓋伯表示：急流河川挾帶砂石在岩石河床上磨蝕而成的圓形凹穴稱為壼穴 （Potholes），我們在壼穴底部常可以發現一個或數個圓形磨石。由於河流的渦狀移動，促使磨石不斷磨蝕河床的力量，使漸漸露出岩層的層理、節理、結核團塊等慢慢不斷地脫離、再加上軟硬岩性的差異、不均勻的溶蝕現象以及生物作用等因素，造成不平整的凹陷，久而久之，小坑洞不斷地擴大鑽蝕而形成大型坑洞，直徑可由數十公分至數公尺。而堅硬岩層因抗蝕力強，亦使其中的坑洞易於留存。
國際上對河床壼穴甚早研究者該推法國地理學者馬東尼（Emm.de Martonne），他曾任國際地理學會會長逾十年，他認為河床壼穴的成因：壼穴法文 marmites（鍋子之意）為河岸壁上的凹穴，英文pot-holes 為河床凹穴，二者稍有不同，今日稱壼穴均採用 potholes 一字。壼穴的形成係因急流採游渦狀移動在硬岩河床上低水位時進行侵蝕工作，由於河道彎曲（曲流）急流流至凹岸反彈增加流水攻擊能力，再者由於河床底部不平，產生漩渦，再加上流水挾帶砂石而磨河床成凹穴，即為壼穴。水是平流，因河床不齊才產生渦狀移動， 且挾帶砂石的急流碰到阻力即偏向另一岸，致使凹岸愈凹，河道愈彎曲，所挾帶的砂石在流水反彈後攻擊力更加強，此時若磨蝕河壁致凹亦能產生壼穴」。
導致壼穴愈來愈大，且河床上的碎屑石礫亦隨著流水而沖走。河流之有能力挾帶砂石須賴河川的渦動力，而此渦動力之大小端視河道是否崎嶇不平及河流流速的快慢。且流水的渦動力可增加河床的侵蝕力，及增加河流搬運堆積物的能力，周而復始，形成壺穴不同的面貌。
四、臺灣北部河床壼穴的發展
依其發展情況來看，似乎是多元發生的（polygenic），可分為下列五點來討論：
A.降雨（Rainfall）：
臺灣北部處於東北信風帶--冬季受猛烈東北季風的加強作用--挾帶豐沛的雨水；夏季雖然因季風風向轉變，然而臺灣北部山丘起伏易使溼氣凝結而降雨，致該地區幾乎終年没有乾季， 由於雨水充分供應而使河流侵蝕力旺盛(物理作用及化學作用均強大)，故此助長壼穴的形成。下表為火燒寮與石碇的降雨情形：
表 2-1 ( a ) 火燒寮（基隆河地區）的降雨（公釐）
（b）石碇（景美溪地區）的降雨（公釐）
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII year.
a. 718 568 553 347 391 421 303 376 604 782 720 790 6572
b. 193 194 243 191 287 398 280 402 436 365 261 200 3442
B.河流坡度（Stream gradient）
在臺灣北部，小溪流和大河上游坡度均甚陡，例如基隆河的平均坡度雖僅 1/221，然自源流到七堵的上游河道坡度達 1/108，且佈滿許多大、小瀑布、急流和岩石河床，致流水通過時易生湍流，促使壼穴產生。
C.塊體崩壤（Mass wasting）
由於臺灣北部基隆河、景美溪和其他溪流上游河道坡度甚陡，經常有塊體崩塌的現象發生。觀測石碇溪可發現於左岸有22處山崩，於右岸有9處山崩證據。在這些地區，因河流挾帶 粗糙的沙石，加速壼穴的形成。
D.節理（Joints）
節理對壼穴的形成和發育有極為顯著的影響，通常壼穴產地往往有許多節理（脆弱地帶）。 起先，壼穴散佈在節理處，其後壼穴聯結，導致槽床的形成。這在雙溪區的景美溪和在接近十分寮暖暖區的基隆河床上，可清楚發現。
E.回春作用（Rejuvenation）
臺灣北部在最近地質時期有隆起的情形，使得台北湖（即今日的臺北盆地）於近年來有乾涸現象，我們可以從今日河道上許多的河階、掘鑿曲流得到證據。當河谷回春時（動態或靜 態的回春作用），河流的侵蝕基準面亦隨之降低，垂直方向的磨蝕作用加強，於是壼穴就自然容易產生。據地質學家估計，臺北盆地附近的大屯火山群曾於二百多萬年前爆發，岩漿噴出後，岩層內部清空，失去支撐力量，造成台北盆地陷落，使得河流侵蝕基準面下降，造成回春現象，其後河流又再繼續往下切蝕。
總之，國內地理學者對臺灣北部河床壼穴的成因觀點大致相同，即急流挾帶磨石磨蝕岩石河床而產生凹形壼穴。然而，但詳細探討下，每位學者對壼穴成因著重點並不相同。
a. 孫宕越博士認為急流所產生的渦狀旋轉力（whirling turbulence）為壼穴成因的主要條件，因此河道彎曲度愈大 則愈容易產生壼穴。
b. 石再添博士/章熙林博士，認為豪雨、崩壤、急流、坡度及回春等因素為壼穴形成的原因。
c. 劉源喜博士認為壼穴產生與地質密切相關，因基隆河中、上游地質屬中新世中期，其上為南港層（砂、頁岩互層），其下為石底層（砂岩為主），此兩層以瑞芳附近地層走向適為基隆河所切割，急流易沿著層理而鑽研成壼穴。
d. 王鑫博士亦認為壼穴的成因與急流密切相關，若想深入探討則須採用流體力學原理並以長期實驗始能計量出壼穴形成速度。
壺穴形成示意圖
壺穴中殘留鑽蝕洞穴的砂與礫石，礫石往往具有很好的圓度
五、壺穴的演育
不同作用力下所形成的壺穴類型
壺穴的有不同的形狀呈現，所透露出來的意義在是當壺穴在形成時，因受到不同應力的作用，再加上水流作用力的方向、大小等因素，共同形塑出岩石的結果，刻劃出壺穴外貌呈現出多樣性，其也正是由這些複雜作用力交替作用所造成的。早在1940年之前日本學者伊藤隆吉，依據三種不同的水流動方式來解釋壺穴的外貌：
1. 渦流穴 （eddy hole）︰渦流穴是在螺旋狀的水流作用下所形成的。當水流經過不平整、凹凸的岩床或者當流水的流速加快時，最容易造成螺旋狀的水流。此種類型的壺穴口多呈現圓形或橢圓形，其穴壁多垂直，較常見於海成環境地形。
2. 挖鑿穴（gouge hole）︰挖鑿穴是在平面水流的作用下所形成的。此種類型的壺穴常發生在河床底部及河道轉彎處的岩壁。其穴口方向是順著水流方向而延伸，故多呈長條形及橢圓形，常見於河成環境地形。
3. 撞擊穴（plunging hole）︰撞擊穴是在圓柱狀水流的作用下所形成的。當水流呈自由落體掉下時，大致會呈現圓柱狀。此種類型的壺穴常發生在瀑布或急流處，圓柱狀水流沖擊岩石的力量與高度差、流量呈正相關。其穴口形狀可能因水流沖擊岩石位置的後退，而往上游方向延伸，此種壺穴類型多見於河成環境。
磨蝕與擦蝕這兩者和砂礫搬運量有著很大的關聯，因為停滯於岩石凹陷處的砂礫過多時，會
堆積、填充於此一凹陷處，反而使磨蝕與擦蝕不再進行。
由於河床出露岩層的岩性並非完全均質，且壺穴會隨著時間逐漸演化，因而造成壺穴的型態種類繁多如圓形、橢圓型、 卵形、葫蘆形等。依照壺穴的演育型態可分為單一壺穴、聯合壺穴、複成壺穴、聯合複成壺穴。一般壺穴形成初期多為單個獨立的壺穴，稱為單一壺穴，規模通常都較小。當侵蝕作用持續進行，側壁逐漸拓寬，2個以上的壺穴將逐漸連結在一起，成為聯合壺穴。單一壺穴生成後，渦流內的砂礫仍不斷進行向下鑽蝕，常形成「穴中有穴」的現象，是為複成壺穴。壺穴演育到最後階段，聯合壺穴與複成壺穴互相連結在一起，成為聯合複成壺穴。最後，河流順著壺穴所在處持續侵蝕，壺穴被河流貫穿形成凹槽狀，只殘留下部分的穴壁，或在河床上形成孤立岩塊。
壺穴演育型態（修改自陳翰霖，1994）
暖暖基隆河暖江橋畔，由漩渦水流、礫石摩擦產生之單一壺穴
單一壺穴。圖為較靠近河岸邊坡的壺穴，以單一壺穴為主，直徑大小 約0.4至0.6公尺（大華壺穴）
暖江橋畔之複式或聯合壺穴
聯合壺穴。圖為2個單一壺穴側壁逐漸拓寬，最後連結成聯合壺穴，穴口直徑約1.5至2公尺間，且內部殘留磨蝕穴壁的礫石（大華壺穴）
基隆河上游十分瀑布風景區壺穴
十分瀑布眼鏡洞瀑布與壺穴
滴水穿石所鑿穿岩塊之圓柱狀壺穴 大華壺穴
壺穴的各發展期
本世紀初期，馳名國際的法國地理學家馬東尼即曾對壼穴的發展以照片說明如後：
A.峽谷中滿佈亂石且生急流而成壼穴。
B.河谷受急流磨蝕破壞，使壼穴相互聯結。
C.壼穴交錯重叠而加大，河道愈切愈深。
D.壼穴破碎成岩溝，河道切割成寬大的谷壁。
發現北臺灣壺穴並將之推向國際學術界的大將當推章熙林博士，他將壺穴的發展分為五個時期來探討。
A.單一壼穴期（Simple pothole stage）：壼穴初期特徵即為孤立的單一壼穴，通常是外型較小、深度不明，多呈圓形且零散分佈。（照片1）
B.聯結壼穴期（united pothole stage）：當壼穴受流水侵蝕作用不斷地進行時，河床內的壼穴數目及大小也會隨著增加並擴大，甚至在加深壼穴的深度後漸漸地聯結在一起。（照片2）
C.凹槽期（Fluting stage）：若壼穴再繼續受流水侵蝕，則凹槽形壼穴亦隨之產生。這些凹槽形壼穴主要是由於許多滙合在一起的壼穴受流水沿著結構較脆弱的岩層如節理或裂縫侵蝕而形成。
D.河床期（Channel stage）：其後，河床上就鮮見大型壼穴，且偶見完整的大型壼穴亦僅零散在河床上。這些河床是由 於河流在脆弱的節理帶上不斷地侵蝕所造成。至此時期，整個河道上的巨大岩塊仍然比水面（河床）岩塊大得多。
E.島狀遺跡期（Island-like remnant stage）：此後，河床受流水作用逐漸地加寬，巨大岩石亦漸受侵蝕而變小。因此，我們僅能看到一些似島狀遺跡的壼穴散佈在水面上（照片7）。
最後，在河流的侵蝕作用下，島狀遺跡的壼穴全然地消逝。從壼穴的生成到它的消逝可視為一完整的侵蝕輪迥，在此吾人不欲對壼穴的演進過程，一一提及。國內地理學者對壼穴的發展有其共識，咸認為壼穴發展係由小而，由單一而聯結而複合， 單位面積內由稀而密，當河床遍佈壼穴時即為河床期，若急流繼續切割河床，則有島狀遺跡期出現（孤立的大岩塊上佈滿壼穴），至此，可謂壼穴發展的地形輪迥。然就壼穴發展言，石再添博士認為地形的回春作用實提供流水下切力（Down-cutting）增強，因而產生穴中穴（Potholes in pothole），即複合壼穴。王鑫博士認為壼穴的發展係經歷千年而成，僅管河床上或崖壁上有許多壼穴孕育，吾人勿庸過度擔憂壼穴的發展，畢竟那是一、兩千年以後的事哩。
六、基隆河上游壺穴探討
最有名的壺穴就是基隆河的壺穴群。它具有密集性、分布範圍廣、規模大且交通易達性高等特點，因此在臺灣相當有名。其壺穴數目之多居世界之冠，約有三千五百多個，其中暖江壺穴是精華所在，從暖江橋頭往上走，短短四百公尺就有二千多個壺穴，分布相當密集。數量、密度、種類、型態，是基隆河流域之也是全國僅有，不只是國寶級地景，也是世界壺穴珍貴自然遺產。在河灣的凹部，急流多、漩渦多的地段是形成壺穴最有利的環境，也蘊育出壺穴的特殊自然景觀。暖暖段的壺穴不只數量龐大，而且是晚期壺穴，發育相當成熟，其它地方找不到的凹槽狀、渠道狀、島狀壺穴在暖江橋下都看得到。水流通過壺穴時會造成旋渦，因此在有壺穴的河段游泳很危險，尤其是像暖江橋下的大型壺穴所造成的巨大旋渦，是非常的危險。
由氣候來看，基隆河上游火燒寮地區是全臺灣雨量豐沛的地區之一，歷年平均年雨量達6572公釐，全年水量充沛，以五堵測站為例，歷年平均流量達25.33秒立方公尺(C.M.S.)。就地形而言，基隆河中上游河道狹窄、流量高，能提供高的流速與侵蝕力，特別是大華、暖暖與猴硐的壺穴出現的地點，都是附近河道較狹窄處；這些地方河床坡度均不大，若河床坡度大，則礫石不易鑽蝕基岩，容易隨水流被帶往下游。從地質條件來看，大華與暖暖壺穴地區的地層屬於南港層，出露的岩性均以厚層塊狀砂岩為主，砂岩含有石灰質甚為堅硬；而猴硐壺穴出露的岩層屬石底層，出露的岩性以厚層砂岩為主，偶而夾帶薄層頁岩，由於這三個地區出露的岩性皆是厚層砂岩，是能承受河中礫石向下鑽蝕的有利環境。
大華、猴硐和暖暖壺穴的特性
大華、猴硐與暖暖壺穴因位於不同的河段，受到不同地形與地質等作用的影響，壺穴的規模、型態與分布並不相同。大華壺穴的直徑與深度均較猴硐、暖暖壺穴大1倍以上，且分布範圍最廣，數量也居冠。大華壺穴的單一壺穴直徑約在0.4至0.6公尺間，聯合壺穴直徑多數大於1公尺以上，穴深約1公尺至數公尺間。猴硐、暖暖壺穴的單一壺穴直徑則多在0.5公尺以下，且壺穴深度較大華壺穴淺；而猴硐壺穴的規模與數量又大於暖暖壺穴， 造成此一差別的原因是愈上游河流的侵蝕營力愈大，壺穴的規模與數量也愈大。以大華壺穴為例，位於河流轉彎處，河道最窄處約25公尺，故深潭遍布，多急湍與渦流。
依照壺穴的演育型態來看，大華、猴硐與暖暖壺穴均以聯合壺穴及複成壺穴最為普遍。單一壺穴數量較少、規模不大，穴深較淺，多靠近河岸邊。愈靠近河水流路的壺穴直徑和穴深愈大，但也容易受到河水切割而破壞原本的形貌，許多大型壺穴因受到河川侵蝕切割的影響，已經分離或形成凹槽狀。
大華一帶的河道遍布壺穴，密集段延伸約200公尺。
大華壺穴的穴壁受到河流侵蝕而成凹槽狀，殘存部分壺穴的形貌。基隆河
河床出露的基盤岩石與河面落差約 2公尺。此區的壺穴規模、數量與範圍是基隆河中最大者。
暖暖壺穴與壺穴之間的穴壁，受到河流侵蝕而形成凹槽狀，凹槽長軸與流向一致，
且因河道中殘留因貫穿壺穴而形成的孤立岩塊。僅殘存部分的壺穴形貌。
猴硐壺穴的直徑與深度等規模遠較大華壺穴來得小，背景為猴硐煤礦博物園區的礦工宿舍。
由下游處眺望猴硐壺穴
七、景美溪流域壺穴簡介
景美溪是新店溪東邊的一條支流，它也是淡水河的支流，主要河源有二：東源謂大溪墘溪，南源謂石碇溪，章熙林教授依壼穴分布將景美溪分成四個地區。 （見圖 4-1）
1.大溪墘溪區：本區壼穴零散分布且發育不良。
2.石碇溪區：石碇溪有兩個源流，二者在石碇附近滙流；東源於低窪處滿佈壼穴，西源名烏塗窟溪，僅有一處壼穴分布。
3.雙溪區：大溪墘溪和石碇溪滙流點稱雙溪區，我們在該區不論高處或 低地均發現有數不清的壼穴分布。
4.景美溪區：自雙溪區以下，壼穴少見且零星散布，從石壁坑到河口，不再有壼穴出現。
就實查基隆河段瑞芳暖暖及景美溪河段雙溪區域壺穴比較，可見壼穴受地表各種營力作用，基隆河床似乎較景美溪河床來得嚴重，故壼穴深度較深。以壼穴的垂直分布言，可見河床渦流鑽研程度基隆河較景美溪利害。
八、結壺穴的應用
壺穴形狀優美，是很好的河流觀光事業，藉著小小壺穴，可以由現在去探索過去並推展未來。
基隆河流域的壺穴數量多、規模大、型態多樣化，是歷經長期侵蝕作用才得以形成，深具重要的地質教育意義。然而鄰近都會區，因人為開發與遊憩活動，常易使這些地質景觀消失。景觀具有不可再生的特性，現能見證受侵蝕作用而改變的大地，實應好好珍惜與保護它。壺穴不只是地形奇觀，更是寶貴的文化資產。
