研究實績

鳳山溪係中央管河川之ㄧ，每年遇颱洪期間常引發災害，兩岸雖已有堤防或護岸保護兩岸居民之生命財產，但近幾年仍常於颱洪期間受到大量洪水沖刷造成堤防或護岸基腳毀壞崩塌之情形，須重新修復損壞之堤防。因此，本計畫利用美國愛荷華大學所發展出之Iowa vane (因其浸沒在設計洪水位下而稱之為潛板submerged vane)理論應用於鳳山溪，本年度針對河道斷面流路整理、潛板保護橋墩局部沖刷試驗與潛板在橋墩之2D-EFA模式發展進行研究。 二、資料收集 國外採用潛板工法之國家，如美國Iowa州之West Fork Cedar River採用鋼版樁材料進行設置，而在East Nishnabotna彎道上之整治，則採用木板；另外，在日本之潛板使用圓木樁排列而成。國內潛板工法則於鳳山溪與頭前溪有實際施作案例，在鳳山溪設置地點為舊港堤防、貓兒錠堤防與白地堤防三處，頭前溪設置地點為竹港大橋下游左岸與中正橋下游左岸，均為鋼版樁材料進行佈置。對潛板材料之選擇大致可採用鋼版樁、預力混凝土管樁、預力混凝土版樁、鋼筋混凝土板樁或木樁，其相關介紹參考2.2.3節。 三、地形測量與河床質調查 對既設潛板地點(鳳岡大橋下游之舊港堤防、貓兒錠彎道與白地堤防)進行地形及斷面測量，已於今年汛期結束(10月)測量完畢，以評估潛板設置後，地形經洪水後之變遷趨勢；另二處預定設置潛板河段(麻園堤防與犁頭山一號堤防)，亦進行地形與斷面測量已於今年7、8月測量完畢，以提供潛板設置所需之地形資料，其相關資料詳見附錄四。 由河床質調查以了解五處(含既設及預定規劃設置潛板地點)之床質粒徑分佈情形，共10個試坑，可供數模進行河川水理、輸砂量及河床變遷等之模擬。 四、潛板在河川流路整理之應用研究 麻園堤防與犁頭山一號堤防河段流心偏移情況，可看出高灘地約佔了大部分的通水斷面，且流路均有偏向左岸情形，如遭遇颱洪，左岸將不斷被水流沖刷，勢必威脅左岸堤防之安全性，而危及堤岸附近人民之生命財產，因此進行潛板之規劃佈置，以達到導引流心偏向河道中心之成效。另外，爲了使潛板設計具一般化，故建立設計圖表(附錄五)，供工程人員據以佈置潛板。 五、潛板應用於橋墩模型試驗之研究 一般橋墩保護方式如固床工、拋石與蛇籠等，均需花費大量人力與經費，且保護橋墩局部沖刷之成效有限，故研發新的橋墩保護工法有其必要性。藉由本計畫之執行，進行Iowa vane應用於橋墩保護之試驗研究。造成橋墩局部沖刷的原因為水流沖向橋墩後所產生之向下水流(downflow)與馬蹄形渦流(horseshoe-vortex)，故減少此沖刷機制為試驗主要目的。本試驗採用兩片潛板置於橋墩前方，探討不同潛板佈置方案對橋墩局部沖刷影響，以歸納潛板對橋墩保護之效用。 六、潛板在橋墩沖刷改善之數模初步研發 本計畫採EFA-2D水深平均二維模式，忽略水深方向之流場變化，對水流沖擊橋墩所產生之向下流速現象無法模擬，因此依據Yen et al. (2001)所推導出之源匯項 導入程式中進行修正，而其向下流速，則依據Hanger(2007)對橋墩模型試驗數據之迴歸經驗式。依據潛板理論推求潛板產生之反二次流流速(詳見附錄二)，藉由此效應降低橋墩向下水流，以達到減少沖刷之效用。 七、手冊編撰與教育訓練 藉由潛板手冊編撰與教育訓練之執行，使河川局人員了解潛板工法之理論與實務應用價值，並讓工程師施作潛板工法時有所依據。