研究實績

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頭前溪河口段工程模型試驗計畫(數模)

頭前溪河口段歷年來變遷頗為顯著,民國94年水利署水利規劃試驗所(以下簡稱水規所)進行頭前溪河口段檢討計畫,係針對河口段水理進行模擬評估;民國95、96年持續探討河口段地形之長、短期變遷及不同工程布置方案下,對河口段所造成之影響;民國97年水規所辦理頭前溪河口段檢討報告,研擬治理基本計畫;民國98年本局再根據水規所檢討成果,辦理頭前溪河口段工程執行計畫規劃。本計畫工作內容主要係配合水規所執行之物模試驗(99年至100年底),辦理頭前溪河口段長期穩定數值模擬與治理工程可能改善評估等相關工作,藉由水規所物模試驗搭配本計畫數模之成果,以提供工程執行計畫之修正與參考。

 

一、數模檢定驗證與敏感度分析

本研究數模雖已利用新竹漁港潮位、河口段歷年地形資料進行檢定驗證,但由於缺乏舊港橋、白地橋與竹港大橋之實測水位資料,同時數模在舊港島導流工透水性特性模擬有其限制;因此,本研究在舊港島左右股流路分流量之推估仍有待物模或後續現場實測資料之獲得,以檢驗其正確性。

 

(一)模式檢定驗證

採用92年河口地形為初始底床,進行格網、初始條件等之微調,以93至95年主要颱洪事件進行模式檢定驗證。模擬與實測底床之平均相對誤差約為正負37.0公分,新竹漁港水位不論是相位與振幅皆可準確預測,與大範圍之海岸區域地形進行比較,預測之準確性在合理之工程實務應用範圍內。

 

(二)模式敏感度分析

波浪與潮位變化之敏感度分析案例中,潮位對河口外之流速、水位變化較有影響,低潮位時,高流速範圍有往外海延伸之趨勢。底床沖淤部分,河口區域之底床沖淤無明顯差異,皆呈現淤積趨勢,僅淤積型態有些許不同。忽略波浪效應之沖淤影響範圍約至新竹漁港,潮位越低時,河口外海沖刷越明顯,若未來物模試驗範圍僅侷限於河口段,波浪與潮汐之影響可能延伸至河口治理計畫區域內。建議水規所物模試驗儘量考慮潮位週期變化之過程,而非採用固定水位進行試驗。

 

二、水工模型試驗之案例模擬

考慮與水規所物模試驗相同之初始地形條件,以98年地形為基礎,不考慮外海波浪、風力、疏濬規劃、舊港島導流工與苦苓腳凹岸丁壩之施做,上游邊界為頭前溪與鳳山溪之Q100流量歷線,下游邊界為平均高潮位之潮位歷線,分析在此條件下,現況河口地形之水理與輸砂特性。

 

 

 

 

三、丁壩、舊港島導流工之布置方案模擬

 

研擬數組不同角度、長度之舊港島導流工,進行二維動床分析,角度定義方面,以東西向為水平軸,導流工擺設於舊港島上游末端,順時針方向之夾角。各方案左右股流路之模擬水位均小於計畫洪水位與現況案水位,顯示實施右股流路疏濬後將有助於提升舊港島兩岸之河防安全。當導流工長度固定時,隨著開口角度增大,左股流路之水位降低、右股流路之水位增加,各方案於舊港島、白地橋處之模擬水位。

 

由於現況案右股流路並未疏濬,因此上游流量較大時水流才通過右股流路,使得淤積量相對較少,而現況案與各方案皆呈現右股淤積、左股沖刷之趨勢。若以右股流路淤積之帶狀分布觀察,方案三、四與五為淤積量相對較少之方案。分流量部分,各方案隨著導流工開口角度增大,分流量則有增加之趨勢。

 

考慮舊港島兩岸河防安全、右股流路分流量與河口段淤積程度,本研究建議舊港島導流工以平面布置長度300公尺、東西向順時針夾角55度,建議水規所後續以該方案進行物模試驗。

 

 

 

四、長期穩定模擬與可能改善評估

 

在長期模擬中,採用導流工長度、角度布置進行連續7場颱風配合季風期潮位之長期模擬。經過2至3場洪峰規模約每秒2,000立方公尺之洪水事件,河口段開始有淤積情形,舊港島左股流路有沖刷情形發生,而北寮嶼區域亦有明顯淤積情形;再經過1場季風期後,北寮嶼靠近新竹漁港沿海之淤積有持續增加之趨勢,淤積深度約0.5~1.0公尺。整體來說,工程計畫可適當改善河口段淤積問題,使水流更加暢通,並增加通洪能力以提高舊港島兩岸之河防安全。

 

 

 

建議舊港島右股流路每隔2至3次汛期後,或當淤積高程達2公尺時,可辦理一次疏濬作業,以維持水流暢通;而北寮嶼至新竹漁港沿岸區域,若無特別河防安全影響,建議每隔2至3次季風期後可視情況辦理疏濬作業。