研究實績

丁壩工法為目前濁水溪水系治理規劃常見之工程手段，但因其保護河段變化牽涉因素十分複雜，河川特性與流場瞬息萬變，故實務設計上仍無一定規則可資準繩。至目前為止，臺灣丁壩工法仍就河流特性、累積之經驗，漸次研究改善所得之經驗工法。

為精進現階段丁壩設計技術，提高丁壩工法於濁水溪水系之工程效果，本計畫彙整濁水溪水系之丁壩工程設計資料，統計各河段設置丁壩之長度、間距、角度及工程耐久年數等參數，藉丁壩工程參數之統計，評析各河段丁壩設置類型之演變過程、工法可能破壞原因與遭遇難題等；此外，另配合實地丁壩沖刷調查與河床質採樣成果，就丁壩設置河段之水理、輸砂機制進行學理上之探討，期望本計畫成果可提昇工程師設計丁壩工法之信心。本計畫成果簡述如下：

• 一、國內外丁壩工法及河性分析方法簡介

濁水溪水系現行丁壩工法常遭遇：(1)壩頭河床刷深，致使壩頭下沉及壩身斷裂分離或沉陷、(2) 壩根未與護岸連結，水流繞襲壩後、(3) 壩身撓性不足，無法適應河床刷深而調整壩形，導致壩身局部下沉，致使工法常有破壞情事發生。因此，本計畫彙整美國聯邦高速公路署(FHWA)、美國陸軍工兵團(USACE)、日本國土交通省河川局、中國水利部與水利署之丁壩工法設計規範，先就其工法設計通論進行說明，再利用規範中提及之D/L、L/W等參數，作為丁壩成效評估之標準。

• 二、濁水溪流域之瞭解與分析

就濁水溪本流及兩條主要支流陳有蘭溪及清水溪之流域背景資料進行瞭解與分析，其內容包含：歷年治理規劃資料、河道縱向及橫向穩定指標評析、歷年航拍圖及河道縱剖面比對、河床質粒徑資料分析等。由分析結果可知，濁水溪主流因歷經多次重大颱洪沖刷及921集集大地震影響，自集集攔河堰下游社寮堤防段(濁斷111)以下河段，河床多有明顯沖刷情形且流路橫向擺盪變遷明顯，造成河床大幅下降及主河道深槽化，進而導致常有河防建造物沖刷災害情事發生；惟民國98年莫拉克颱風後，濁水溪中下游河段已開始漸有回淤，且過去常見之河床縱向沖刷情形，漸轉為深水河槽之橫向擺盪侵蝕。陳有蘭溪因所屬山區河道，常有邊坡土體鬆裂、危岩塌陷崩落等現象發生，致使其河性極不穩定，深槽線變遷快速，河床仍有持續淤高趨勢。清水溪坡陡水急且流路蜿蜒分歧，主槽流路變化頻繁，流路不甚穩定；主深槽位於山區河段及部分直線段相當明確，然於河道轉彎處、支流匯流處及下游段易形成辮狀流河槽。

• 三、動床模式檢定驗證

蒐集濁水溪水系航拍圖及DEM資料，用以檢核CCHE2D之水理、輸砂參數，以確保模式之可靠度。模式檢定驗證內容包含：(1)調適長度L (adaptation length)、(2) 調適係數α (adaptation coefficient)及(3) 混合層厚度 (mixing layer thickness)等。本計畫之檢定驗證結果皆能與現場河床變化情形相近，已可用於丁壩設置河段之水理、輸砂計算。

• 四、丁壩工法之模擬評估與效能分析

利用完成檢定驗證之動床模式，針對有丁壩設置之研究河段進行模擬分析，而內容包含長短期事件下，研究河段丁壩設置前後之河床沖淤變化。另外，同時透過丁壩沖刷調查資料，建立濁水溪丁壩壩頭沖刷公式，作為壩頭局部沖刷深度推估之分析方法。而本計畫之效能分析對象有：(1) 濁水溪主流拔社埔堤防、(2) 濁水溪主流番子寮堤防、(3) 濁水溪主流水底寮堤防、(4) 濁水溪主流下溪墘堤防、(5)支流陳有蘭溪明德堤防、(6) 支流清水溪鯉南堤防。經分析後，可得摘表-1。

• 五、濁水溪丁壩工法之改善方案研擬

透過摘表-1，配合摘表-2，將各研究對象之改善方案必要性，區分為高、中、低三類，可作為未來治理規劃之參考。同時，針對具備有高、中改善必要之研究對象，進行改善方案研擬，計有：集集堤防、水底寮堤防、下溪墘堤防、明德堤防及鯉南堤防等河段。而改善方案設計原則如下：丁壩群之設置位置應儘量避免與水流強碰，可從保護區域上游開始施設丁壩群，漸次導引水流偏離下游保護區域；而丁壩群間之幾何關係，則建議應由上而下漸長、漸高，逐步增加丁壩群對水流之阻抗，如摘圖-1所示。同時，考量研究河段之丁壩群仍有多數持續於河道作用，故改善策略將基於與現況丁壩群相互搭配條件下，進行設計，以提升保護效果。