在山上迷路時,為什麼不能沿著溪谷往下走?
― 河川越往下游,切割峽谷的力量越強
「只要沿著水流往下走,總有一天會到人住的地方」。這個聽起來很合理的想法,在日本的山裡卻常常致命。因為越往下游,水量越集中,切割峽谷的力量也越強,前方等著的往往是瀑布或懸崖。相反地,稜線越往上走越會匯聚成一條。了解地形形成的原理,就能看清迷路時該往哪個方向走。
在秋天的低海拔山區健行時,忽然發現腳下的路跡消失了。看地圖也不知道自己現在在哪裡。
從稍微下方的地方,傳來水聲。「只要走到河邊,之後沿著水流往下走就好。山腳下一定有路」。你會不禁想這樣做,開始往下坡走去。
在登山的世界裡,此時不該往下走,而是「沿原路折返。不清楚的話就往稜線爬」,這是基本原則。明明下坡比較輕鬆,為什麼要特地往上爬呢?
理由只有2個,都跟地形形成的方式有關
水越往下游,匯集的量越多,切割峽谷的力量也越強。因此峽谷會逐漸切割得更深,途中會出現瀑布或陡峭的懸崖。一旦下去了,要再爬回來也會變得困難。
稜線就像沿著樹枝追溯到樹根一樣,越往上走越會匯合。通常比較容易碰到登山步道或抵達山頂,視野開闊,訊號也比較容易收得到。也比較容易被救難人員發現。
這2個理由,其實是同一個機制的一體兩面。雨水削山所經歷的漫長歷史,決定了峽谷與稜線的形狀。讓我們依序來看看。
水,匯集得越多,切割力越強
降在山上的雨,會沿著坡面往低處匯集。小水流匯合成溪,溪與溪匯合成河川。越往下游,水流量會越來越大。
一般認為,水切削地面的力量,是由水量和水流的陡急程度共同決定的。上游的溪流雖然陡,但水量少,切割力不算太強。到了下游,水量會變成好幾倍、甚至好幾十倍。因此,即使坡度稍微變緩,切割力反而會變大。
就這樣,峽谷會在下游被切割得更深。而且切割的速度並非到處都一樣。堅硬的岩石殘留下來的地方會形成落差,成為瀑布。有時還會形成兩側陡峭的狹窄峽谷(稱為峽灣狀溪谷)。請看圖1的右側。原本上游看起來還能行走的溪流,越往下走就變成滿是落差的地形。
稜線的形狀,就像沿著樹枝追溯到樹根
峽谷與稜線是交錯排列的。與峽谷在下游匯合相反,稜線越往上走越會匯合。即使下方分成好幾條,沿路往上爬,最後一定會到達山頂或附近的大稜線。
許多登山步道,都是沿著這條稜線或其附近而建。走到稜線上,比較容易遇到其他登山客,也比較容易回到熟悉的路徑。樹木稀疏、視野開闊,也方便對照地圖確認自己的位置,這些都是稜線的優點。
溪谷谷底則正好相反。四周被坡面包圍,視野不佳。據說手機訊號不容易收到,即使有直升機在上空搜索,也容易被樹木遮住而看不見。水聲還會蓋過呼救的聲音。
在寬廣的平原,或是坡度平緩的大陸型河川,沿著水流往下走的想法或許還說得通。但日本的山勢陡峭,在很短的距離內高度變化很大。因此水切削峽谷的力量很強,容易形成瀑布與懸崖。根據日本警察廳的統計,每年山難事故最多的原因都是「迷路」。
實驗顯示,在森林或濃霧中如果沒有標記物,人即使自認為走得很直,實際上也會不自覺地大幅偏移。「照這樣走下去應該能走出去」這種感覺,其實不太可靠。
那麼,該怎麼辦才好?
- 覺得「不對勁」時,就沿原路折返回到確實還有路的地方,是最可靠的做法。越往前走,回頭的距離就會越長。
- 不要往溪谷走,不清楚方向就往稜線爬即使聽到水聲,也不要往溪谷走下去。如果沒辦法折返,就在不勉強的範圍內往稜線或視野開闊的地方爬升。
- 在動彈不得之前,先求救趁天還沒黑、體力還夠的時候,撥打119或110求助。節省電池電量,原地等待也是很好的判斷。
溪谷的岩石濕滑容易打滑,站在瀑布上方也看不到下方的情況。即使覺得「只要下去這一段就好」,也可能因此回不了頭。請不要靠近瀑布或懸崖邊緣,應該折返。天色暗下來後,不要勉強行走,應在原地等待救援。登山前先告訴家人目的地與預計返回的時間,並提交登山計畫書,會更容易被找到。
總結
峽谷是水匯集的地方,所以越往下游切割得越深,會出現瀑布與懸崖。稜線則正好相反,越往上爬越會匯合成一條,也更靠近步道、人群與訊號。在山上,違背「下坡比較輕鬆」的直覺,正是保護自己的方法。
水匯聚而切割峽谷,稜線匯聚而成為道路。
迷路時,請遠離水聲,往上走。
關於山坡朝向不同,樹木與日照會如何變化,請參閱「同樣是一座山,為什麼北向坡與南向坡的樹木不一樣?」;山區天氣為何會驟變,則可參閱山區天氣的文章。
- 用國土地理院的「地理院地圖」,顯示附近的山。等高線朝山頂方向尖銳凹入的地方是峽谷,朝山腳方向凸出的地方是稜線。
- 沿著找到的峽谷往下游追蹤,找出等高線間距突然變窄的地方。那裡就是容易形成落差或瀑布的地方,有時還會標有瀑布的圖示。
- 在沙坑裡堆一座小山,用灑水壺從上方緩緩澆水。可以觀察到許多細小的水路匯合,越往下形成越深的溝渠。
沙坑裡的小山,能在幾分鐘內重現真實山脈花費數萬年才形成的切割過程。溝渠之間殘留的高地,就相當於稜線。
想了解更多 ― 術語、公式與教科書的關聯從國中理化到大學專業科目,會明確標示屬於哪個程度
- 國中國中理化課程的範圍
- 高中高中「地球科學基礎」「地球科學」課程的範圍
- 高中+高中的進階內容,或教科書專欄介紹的內容
- 大學高中不會教,屬於大學專業科目(地形學、河川工程學)的內容
- 研究連大學也不會當作「定論」來教,是研究者目前仍在調查中的內容
國中術語:這個現象是有名稱的
- 侵蝕:流動的水切削地面或岩石的作用。國中課程中會學到「流水的作用(侵蝕、搬運、堆積)」。
- 稜線與峽谷:山中高處呈線狀延伸的部分是稜線,低處則是峽谷。登山時把流經峽谷的小河稱為「溪流」。
- 遷急點:在河川的縱剖面中,坡度突然變陡的地點。瀑布就是典型的例子。
- V字谷:河川不斷向下切割而形成的、剖面呈V字形的深谷。常見於山地的河川。
國中高中用公式來確認:上游與下游,切割力差多少?
水切削河床的力量,常用「水的重量×流量×坡度」來表示,稱為水流功率(每公尺河長)。單位是瓦特每公尺。這裡我們用容易理解的假設數值,比較上游溪流與稍微往下的峽谷這2個地點。
| 作用在1立方公尺水上的重力(密度×重力加速度) | 約 9800 牛頓 |
| 上游溪流:水流量 / 坡度 | 每秒 0.1 立方公尺 / 0.2(前進5公尺下降1公尺) |
| 下游峽谷:水流量 / 坡度 | 每秒 2 立方公尺 / 0.05(前進20公尺下降1公尺) |
| 上游:重力×水量 | 9800 × 0.1 = 980 |
| 上游:再乘上坡度(瓦特每公尺) | 980 × 0.2 = 196 |
| 下游:重力×水量 | 9800 × 2 = 19600 |
| 下游:再乘上坡度(瓦特每公尺) | 19600 × 0.05 = 980 |
| 下游是上游的幾倍 | 980 ÷ 196 = 5 |
坡度雖然變緩到原本的4分之1,但水量變成了20倍,因此切割力變成了5倍。表面上看起來平緩,但下游切割峽谷的力量其實更強。在實際的河川中,一般認為降雨後的漲水期間,這種差異會更加明顯。
| 符號 | 意義與單位 |
| ρ | 水的密度(公斤每立方公尺)。約1000 |
| g | 重力加速度(公尺每秒平方)。約9.8 |
| Q | 水流量(立方公尺每秒) |
| S | 河床坡度(無單位。下降高度÷前進距離) |
寫成公式就是 Ω = ρ g Q S。
高中高中+瀑布會逐漸向上游移動
高中地球科學基礎課程中會學到,山地河川向下切割形成V字谷,出了平地後,搬運來的土砂堆積形成沖積扇。一般認為日本的河川因為到海的距離短、坡度陡,切割力較強的河川很多。
高中+在瀑布的落水口,水流強力衝擊使岩石受到侵蝕,瀑布本身會逐漸向上游後退。因此,瀑布下游側容易殘留兩岸陡峭的狹窄峽谷。迷路後沿溪谷往下走的人所遇到的,很多時候正是這種「瀑布後退留下的峽谷」。
大學表示河川切割方式的「水流功率法則」
在地形學中,常用集水面積(該地點以上、匯集雨水的面積)與坡度的冪次方,來表示河床被切割的速度,這是一種經驗法則。集水面積越大,水流量就越多,這和前面的計算是同樣的道理。用這個公式計算山的縱剖面時,會得到下游平緩、上游陡峭的平滑形狀為穩定狀態。再加上地面隆起或岩石軟硬的差異,就能解釋遷急點的產生,以及它如何向上游傳遞。
研究目前還不清楚的事
- 瀑布後退的速度。 會因岩石種類、裂縫的分布、洪水發生的頻率而有很大差異,一般認為很難用單一公式來預測。
- 人迷路時的心理狀態。 人在沒有標記物的地方為何會繞圈子行走,以及為何會選擇「前進」而非「折返」的心理,至今仍在研究中。
- 可被發現機率的預測。 將迷路者容易採取的行動統計運用於搜救的研究正在進行,但因地形與季節而產生的差異,目前還沒有充分了解。
也就是說,本文的內容也只是「目前所知範圍內的解說」。每座山各有例外情況,因此遵循當地資訊與指引非常重要。
與教科書的關聯(依程度分類)
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化「流水的作用」 | 水匯集越多,切割力越強 |
| 高中 | 地球科學基礎「地形的形成」 | V字谷與瀑布形成的機制 |
| 高中+ | 地球科學「河流地形」 | 瀑布後退與狹窄峽谷 |
| 大學 | 地形學・河川工程學 | 水流功率與河川縱剖面 |
| 研究 | 地形學・認知科學・搜救學 | 瀑布後退速度、迷路時的行動 |
| ― | 與生活的關聯 | 在山上迷路時的行動方式、登山計畫 |
- 日本警察廳「山岳遭難概況」(各年度版。依遭難型態統計,迷路為最多)
- 日本國土地理院「地理院地圖」
- Souman, J. L. et al. (2009) Walking Straight into Circles. Current Biology 19, 1538–1542.
- 羽根田治『ドキュメント 道迷い遭難』(迷路遭難紀實)山と溪谷社
- 貝塚爽平『発達史地形学』(發達史地形學)東京大学出版会
※本文為一般大眾取向的科學解說。文中數值僅為幫助理解原理的估算值。登山步道的狀況因山而異。實際發生山難時,請遵從警察、消防、地方政府等單位的指示。