河川含砂濃度量測平台規劃及建置(1/2)
由於河川輸砂率對於流域水文及土地利用管理之影響具有相當的重要性,懸浮載濃度的資料取得為關鍵性角色。有鑑於此,水利署於95及96年度發展以時域反射法(Time Domain Reflectometry, TDR)方式進行自動化泥砂觀測之研究,後續則於97及98年度持續進行自動化泥砂觀測之精度改良及改善感測器,大幅提升量測精度,並完成感測器直接進行溫度補償之方式等研究及改良工作。惟TDR自動化泥砂觀測於現場量測實務操作時,發現TDR主機溫度變化效應,另外感測器設備亦有結垢問題。因此本計畫提出一河川含砂濃度量測平台規劃方案,除全面改善TDR自動化泥砂觀測技術實務問題,並著手遠端河川含砂濃度量測平台之規劃,便於後續推廣應用。
其中有關TDR泥砂觀測技術實務問題改善項目,本計畫提出以TDR數值分析方法,進行誤差來源分析(Rise time影響評估),並配合訊號分析方法改善,包含擷取視窗因子改善及濾波(Band pass filter, BPF)方法,測試結果研判主機硬體之時間基準或擷取時距電子元件之溫度效應可能為主要之影響因子。另外本計畫也參考利用Time-variable filter (TVF)濾波方法,其測試結果雖可消除TDR非基態訊號(Non-fundamental mode)影響,但仍無法改善主機溫度效應。最終本計畫建議在電路溫度效應存在的條件下,可朝向感測器設計之改善,使電路溫度效應造成之時間偏差所代表的含砂濃度量縮小,因此目前研發螺旋式探針,於有限之感測範圍與量測限制下,實驗已驗證可大幅增加量測精度,並減少主機溫度效應。後續建議提出螺旋式探針配合短路配置改良,企圖提升實際環境量測適用性,並以示範測站環境測試長期穩定性。
本計畫另外提出新式鐵氟龍塗料測試,以能達到現場感測器結垢影響改善,並於集集示範站進行長時現地測試,配合實際現地示範站測試,預計於下期計畫評估定案。目前之相關示範測站,包含內灣、石岡與集集測站,均完成維護作業,惟本年度尚無明顯之颱洪事件,將持續於明年度計畫提供觀測與實務驗證使用。
河川含砂濃度量測平台功能規劃分為兩大部分:(1)監測站台的建置;(2)伺服器的建置。基於前期研究與本期計畫改善,已完成第一項監測站相關硬體與韌體建置。而伺服器端包含「資料中心」與「儀控中心」,主要目的在於將監測站台所傳回的水文資訊儲存至資料庫並同時備份檔案,並且提供Web介面給使用者觀看即時水文資訊、查詢歷史水文資訊以及現場站台管理控制等功能,相關架構與模組規劃均已完成。預計於下期計畫進行河川含砂濃度量測平台建置,提供平台雛形,再以實務測試評估。
最終由於計畫期間內灣測站無明顯颱洪事件,再基於計畫目的考量,本研究團隊建議考慮新河川型式測站遷移,或斷面泥砂濃度量測建議,以兼顧本研究TDR技術於河川泥砂濃度量測發展。