研究實績

返回

濁水溪水系河道範圍與沖淤平衡關係研究(2/2)

計畫河寬為濁水溪水系治理計畫之重要項目,因其關係到計畫洪水能否在河道計畫範圍內安全通過,且河道經長年洪水作用下,仍能保持河床沖淤幅度為最小、對沿岸河防建造物產生之致災風險為最低等目標。現行計畫河寬之分析依據,主要有臺灣水利規劃總隊、日本京都大學及日本建設省等經驗式;上述經驗式之特點係以計畫洪水量為基礎,推算計畫河段在安全通洪及沖淤穩定條件下之所需河寬。不過,錢寧 (1984)認為上述公式僅止於反映單一橫斷面條下之幾何形態變化 (flow geometry),與實際河槽型態(channel geometry)在河道縱方向產生變化之現象存有差異,故過去常見計畫河寬訂定值與現場人員認知有落差,而引發爭議及討論。

為瞭解濁水溪現行計畫河寬,與現場河道縱橫向變遷之關係,本計畫先彙整歷年濁水溪水系之治理規畫報告,並參考國內外相關文獻,評析既有最新之水道治理計畫,是否滿足河防安全及河道穩定之要求。此外,另藉由歷年大斷面、地形等測量資料及數模工具,搭配福岡捷二 (2010)斷面河槽型態沿河道縱方向之變化理論,建立濁水溪計畫河寬經驗式。同時,擬訂濁水溪計畫河寬與計畫縱斷制定原則供參。以下簡述本(104)年度計畫成果:

根據相關文獻蒐集成果,由於各國地文水情不一,故各自所發展之水道治理計畫常有設計概念上之差異。以大陸型國家為例,因多屬常流性河川(perennial river),確保河道能在建槽流量或年平均流量條件下維持穩定,為水道治理計畫之首要考量;但對狹長島嶼國家而言,因多屬間歇性陡坡河川(intermittent river),洪水漲落迅速,河道短期沖淤深度,遠大於常流性河川之下游緩坡細砂質河段,及其上游山區陡坡卵礫石河川(mountain river)。故為考量短期颱洪期間沿岸之河防安全,多從計畫流量著眼,劃設適宜之水道治理計畫,以容納河道驟漲之洪水,並降低洪水沖擊沿岸堤防之風險。

臺灣國土屬狹長島嶼型態,故多間歇性陡坡河川。因此,現行臺灣水道治理計畫,主要採用計畫流量進行規劃。根據蒐整之文獻,臺灣未來應再研討加入計畫流量以外之河道參數,如:河床質代表粒徑及河床坡降等影響因子,以求計畫河寬規劃之周全考量。臺灣目前以臺灣水利規劃總隊、日本京都大學、及日本建設省等經驗式,最為常用;本計畫建議臺灣可參採日本福岡捷二 (2010)公式之理念,更新現行計畫河寬經驗式,因該公式考慮河槽型態沿河道縱方向之變化。

分析不同水流條件下,計畫河寬變化與河防安全之關係;其中,河防安全可從斷面洪水位及洪峰流速等參數加以量化。本計畫採用 CCHE2D模式作為分析工具;該模式經民國 96 ~ 98年水規所「美國國家計算水科學及工程中心河道變遷模式之引進及應用研究」驗證,能適切反映臺灣河川之流路演變特性。摘圖 1為本年度研究分析流程,流程中研究河段劃分係根據計畫流量節點,劃分成六個研究河段如下:濁水溪香園腳堤段、陳有蘭溪興隆、明德、內茅埔、豐丘及羅娜堤段、清水溪鯉南及坪頂堤段。除計畫河段劃分外,計畫河寬分析流程可概分為模式檢定驗證、量化研究河段所需河寬、河防安全分析及研擬濁水溪計畫河寬制定原則等。

彙整相關河道治理規劃報告,歸納出前人制定計畫縱斷之方法,另蒐集過去常用之平衡坡降公式,如:Schoklitsch、Meyer-Peter and Muller、及美國墾務局等,分析其在濁水溪水系之適用性,並據分析成果,研擬濁水溪計畫縱斷制定原則。

探討計畫河寬與計畫縱斷對河道穩定之影響;因本計畫建議以各河段之現況河床平均坡降,作為計畫縱斷,故本項工作主要著重探討計畫河寬對河道穩定影響,而河道縱斷設定則以濁水溪 100年實測地形為準。另外,河道穩定評估部分,將比較現況河寬(底床長期沖淤後)、及河道自然擺盪(底床長期沖淤後)兩案例之大斷面資料,說明何種案例之斷面變化,有助減少河道斷面之淤積深度或局部沖刷深度。最後,再將人為調整河寬(底床長期沖淤後)案例加入討論,說明不同河寬案例對河道沖淤深度之影響;其中,人為調整河寬案例依循現場河道邊界後退之操作方式,除將堤防建物後移外,同時挖除堤防後退區域、堤防基腳前灘地高程以上之土體,以擴大通水面積,降低高速水流緊鄰堤基之機會。

辦理計畫河寬應用之教育訓練。教育訓練內容包含:國內外計畫河寬應用方法及設計案例介紹、臺灣濁水溪計畫河寬之設計流程及分析方法介紹、與濁水溪現地案例操作等,同時將本研究建置之濁水溪局部二維動床應用案例模組,進行技術轉移工作。