研究實績

本計畫主要目的乃是藉由高含砂水流之特性分析、數值模擬及模型試驗對現象之瞭解後，以檢討高含砂水流河川之整治規劃條件。研究中將依據相關文獻之基礎理論研究成果，據以發展高含砂水流數值模式；藉由不同的泥砂入流量、河床坡度、泥砂粒徑等條件進行數值模擬，可探討高含砂溪流之整治規劃條件，輔助高含砂溪流整治實際落實之可行性。計畫分三年執行，整合理論基礎的探討及實際應用之研發，期望本計畫完成後，相關研究成果可提供予現場工程師於實務案例防災、工程設計及評估之參考依據。本年度的工作項目有，高含砂水流特性及理論相關資料蒐集及彙整、高含砂水流實例資料蒐集、台灣高含砂溪流型態之定性分析、高含砂水流數值模式之建構與測試、高含砂水流整治規劃條件之初步檢討、物理模型試驗方向規劃，成果陳述如下。

目前高含砂水流研究的瓶頸主要乃理論不完整、觀測資料不充足、無合宜之計算模式、整治規劃無標準可依循。本計畫考量之高含砂水流，其主控因子為流變關係，適用區域為集水區較下游坡度相對較緩之地區；另為建立高含砂潛勢溪流之判勢架構，本計畫蒐集台灣353條溪流的崩塌因子(包括坡度、集水區面積、崩塌面積)，應用蒙地卡羅最佳化方法，初步擬定高含砂溪流潛勢判定指標界限值，並以雨量做為高含砂溪流發生的判勢條件。由分析結果顯示降雨量隨潛勢區級別越高而變小，也就是潛勢區級別越高者則少量的降雨量即會造成大量的崩塌而形成高含砂溪流。

        物理模型試驗分為啟動試驗與流變關係試驗，目前已完成東埔蚋溪土樣採集及物理特性試驗(含粒徑分佈以及比重)。數值模式部分，有二維高含砂水流模式開發測試以及三維多相流模式(CFX4)測試分析，二維模式之開發主要以現有二維RESED2D水理模式(謝等，2003)為基礎，植入高含砂水流流變關係以及超臨界流處理，流變關係部分目前已完成彎道和直線道之流況模擬及水位壅高、外岸超高、流動延遲等現象之探討。發現體積濃度越大的高含砂水流其水位壅高越大，外岸水位超高越小，流動延遲比牛頓流體大，超臨界流部分各種邊界條件變化下都可以得到和實驗值相近的結果。三維模式主要是模擬高含砂水流流動特性，目前已完成堆積泥砂的沉降、沖刷、固結等現象的初步模擬分析。

        整治規劃條件之檢討現階段以東埔蚋溪為例，藉由擬似二維核胞模式分析木屐寮破堤事件，發現高含砂水流實際入流量可考慮為清水流量的1.4倍；此外並整理撞擊力以及河岸保護工安定條件的經驗公式，釐清分析撞擊力時所需參數，提供高含砂水流整治規劃條件擬定參考。