蜿蜒河道沖淤及偏移行為之模擬分析(一)
本研究第一年度發展一擬似三維水理模式,並以彎道流場之水理試驗為案例進行模式測試。在水平部份,利用深度平均的控制方程式計算水位與水平兩方向的水深平均流速值;在垂直部份,先假設任一深度的流速等於水深平均流速加上一擾動量,帶入三維控制方程式後再扣除深度平均控制方程式即可得水平兩方向擾動量在垂向(水深方向)的控制方程式;綜合水平與垂直的計算結果,即可計算不同深度之水平兩方向的流速值。在座標系統上,水平方向與垂直方向分別採用正交曲線座標與σ座標系統,使模式能便利處理不規則的渠道與底床邊界。在計算步驟上,水平部份採用雙階分割操作趨近法,將水理控制方程式分割成延散步驟(包含移流項與擴散項)和傳播步驟(包含底床剪應力項與壓力項)求解,增進模式在實用上的彈性。數值差分上,水平與垂直部分皆採用隱式法求解,使模式可用較大之演算間距。最後,本研究分別採用緩彎、急彎來模擬彎道流場,並與實驗值與水深平均二維模式模擬結果比較,展示本模式在不同彎道型態、彎道長度、二次流強度及彎道反曲的情況下,皆能模擬出合理的結果。