研究實績

近年來由於台灣氣候變化劇烈，加上台灣地形陡峭，因此造成颱洪期間，容易因土石沖蝕而造成河川夾帶大量的泥砂，使得下游水工結構物以及水利相關操作受到河川泥砂濃度影響甚巨。河川含砂濃度是一項重要的基本資料，但一般傳統的人工採樣觀測方式，颱洪期間因氣候、交通及安全等因素，缺乏時間解析度，無法掌握主要泥砂運移時機，且時間與人力成本高，積極推動自動化的泥砂觀測技術有其必要性。由於現有商業化儀器量測值易受懸浮質粒徑的影響且（或）其量測範圍太小，無法滿足粒徑隨時間而變化且濃度變化範圍大的環境，加上洪水期間為河川含砂濃度觀測之主要時機，但洪水時之高流速與夾帶之石塊與雜物，容易損壞精密儀器，現有儀器主要的元件置於水面下，不具可維護性，且因儀器昂貴無法兼顧現地監測之空間解析度。為克服上述困難，前期研究提出本土化的時域反射（Time Domain Reflectometry, TDR）含砂濃度觀測技術，並建立測試示範站，以評估商業化儀器與自製研發的新方法，本計畫目的在於持續進行TDR含砂濃度觀測技術改良研究，並建置新的泥砂觀測示範站，蒐集更多的觀測資料進行分析與探討。

在量測方法的改良研究方面，本研究以基本理論推導泥砂濃度量測靈敏度以及解析度，並利用電磁場有限元素分析軟體協助研發新式感測器，配合所提出之新式走時分析、率定方法及溫度補償方法，提高TDR量測準確性。改良的TDR含砂濃度監測技術將量測準確度提高至約1500 ppm，並能大幅減少渾水鹽度以及土壤種類之影響，亦可去除纜線電阻影響，此外新的分析與率定方法使得感測器的率定程序大為簡化。時域反射法利用置於水面上的時域反射儀探測置於水面下的感應導波器，TDR儀器發射一電磁方波並接收反射訊號，TDR反射波形在感應導波器中之走時與含砂濃度具有良好線性關係，可藉以推估懸浮質濃度。TDR的含砂濃度量測範圍理論上並無上限，但若水的導電度太高，將無法得到有效的反射訊號，一般河川與水庫的條件下量測範圍高達20萬ppm以上。TDR訊號發射器置於水上，前端水中之探測器不含任何電子零件，不易損壞，若損壞僅需更換便宜的前端探測器，監測系統維護成本低，且由反射波形可檢測整個監測線路之狀態，提供自我診斷之功能，透過多工器可進行一機多點監測，達到兼顧空間與時間解析度。

本年度新增建置完成三個示範測站，包括集集攔河堰、石岡壩及高屏攔河堰，並進行前期建置內灣站的維護更新，所有示範站皆已完成全洪程自動化觀測。自動化示範站成功展示提供全洪程觀測的功能，本年度數起颱洪觀測資料及現勘提供了需多寶貴經驗及發掘許多實務問題，包括感測器系統參數現地率定的必要性、感測器設計與安裝的改進方向、資料擷取系統的接地處理、TDR波形雜訊與異常波形處理等。由於各示範站缺乏有效的比對資料，及鑑於內灣測站水量除防汛期間水量較大外，其餘時間所架設之光學、超音波泥砂濃度感測器皆高於水面無法發揮作用，於96年度10月份將光學與超音波儀器移至集集攔河堰TDR自動化監測站，並新增幫浦取樣設備，未來該測站將作為主要的研究站，可提供大量觀測資料，進行進一步的比較評估。本年度觀測資料顯示，TDR及超音波所觀測到之含砂濃度普遍高於幫浦取樣與光學量測的結果，詳細的原因尚須後續進一步的探討。另外，根據本年度研發與現地測試的結果，提出取樣頻率策略研擬及泥砂觀測站標準模式之初步建議。透過上述之現場測站建設與資料分析，本研究提供TDR現場泥砂觀測實務問題探討、泥砂取樣頻率策略研擬以及測站標準模式建議。

未來建議持續推動各測站之改善維護、資料蒐集與統計分析，持續進行現地評估測試，了解可能影響量測結果的現地影響因子，針對評估測試所發掘的問題持續改良TDR感測器設計與訊號分析方法及安裝實務，另外可研發能夠於現地進行TDR波形分析計算的的現地資料擷取與處理系統，達到可即時提供預警及取樣時機所需回饋訊號的功能。<!--EndFragment--> reast-l\�ae
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