臺灣博碩士論文加值系統

為河川整治或取水等目的，經常設置跌流工於河道中，雖可穩定上游河道，卻因砂石無法向下游運移，而淤積於跌流工上游河道致渠床坡度改變；當跌流工上游坡度變陡呈現流速增快，亦加速水流沖擊力，是導致下游跌流保護工受損之原因。本研究則探討跌流工上游坡度效應對自由跌流作用下之局部沖刷之沖刷率、相關沖刷特性之影響。研究結果顯示：(1)沖刷坑之穩定最大刷深Y_se與跌水數D呈正相關，與相對粒徑G及上游渠床坡度S則呈負相關；穩定最大刷深距離L_se及最大坑長L_ie與跌水數及上游渠床坡度S呈正相關，與相對粒徑G呈負相關；最大單寬沖刷量A_se與相對沖擊力F ̅_d呈正相關，與相對粒徑G及上游渠床坡度S呈負相關。(2)沖刷坑穩定所需之特徵時間t_e，隨跌水數愈大及相對粒徑減小有增加之趨勢，惟上游渠床坡度變化幾乎無影響。(3)沖刷坑之沖刷延時最大刷深Y_st、最大刷深距離L_st、最大坑長L_it及最大單寬沖刷量A_st，係隨時間增加而成冪次方遞增，並隨顆粒粒徑增加及上游渠床坡度變陡而遞減。(4) 在坡度跌流工作用下，跌流水舌係以極大之沖刷率淘刷渠床，其沖刷坑於沖刷時間t_e/4段內已大部分完成，直至特徵時間t_e時，達完全發展而不再淘刷。

For river management and water acquirement, drop structures are commonly set up in the river course. Although the stream channels can be stabilized, the gravel will not move downwards and its deposition near the drop structures increases the slope of upstream channel, consequently leads to a steep slope and induces fast flow. As a result, the large impact forces destroy the downstream protection work of drop structures. This study aims at the scouring rate of local scour and relevant scouring behavior by sloping drop structure. From the analyzed results, it indicates that (1). The maximum stable scouring depth Yse is proportional to the drop number D, but it is inversely proportional to the dimensionless diameter of bed material G and the bed slope of upstream channel S. The distance from toe to the maximum stable scouring depth Lse and the maximum scour length Lei are proportional to both D and S, but they are inversely proportional to G. The maximum scouring volume per unit width of flow quantity is proportional to the dimensionless impact force F ̅d, but it is inversely proportional to the G and S; (2). The characteristic time te to reach the stability of scour increases with the increase of D and decrease of G, but it is almost indifference to S; (3). The maximum time-dependent scouring depth Yst , scouring distance Lst, scouring length Lit and scouring volume per unit width of flow quantity Ast is proportional to time in an exponential manner, but it is inversely proportional to the G and S; (4). The bed scour is caused by drop nape in a great scouring rate. The souring pit is almost completed in a quarter time of te and the scour will be developed completely when the characteristic time te is arrived.

誌 謝 i
摘 要 ii
ABSTRACT iii
目 錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
附表目錄 xi
附圖目錄 xii
符號說明 xiii
第一章 前言 1
1-1 研究動機 1
1-2 研究目的 2
1-3 組織架構 2
第二章 文獻回顧 5
2-1 跌流沖擊行為 5
2-1-1 跌流沖擊力 5
2-1-2 跌流沖擊位置 8
2-1-3 跌流沖擊角度 11
2-2 沖刷坑特徵行為 14
2-2-1 跌流工下游最大刷深 14
2-2-2 沖刷坑剖面形態 21
2-2-3 沖刷坑體積因子 24
2-3 坡度效應 25
第三章 理論分析 26
3-1 穩定沖刷坑 26
3-1-1 最大刷深Yse 26
3-1-2 穩定最大刷深距離Lse及最大坑長Lie 30
3-1-3 最大單寬沖刷量Ase 31
3-1-4 特徵時間te 33
3-2 沖刷延時沖刷坑 34
3-2-1 沖刷延時最大刷深Yst 34
3-2-2 沖刷延時最大刷深距離Lst及最大坑長Lit 35
3-2-3 沖刷延時最大單寬沖刷量Ast 35
3-3 沖刷率 35
3-4 坡度效應 36
第四章 渠槽試驗 38
4-1 試驗規劃佈置 39
4-2 設備與儀器 41
4-3 試驗步驟與方法 42
4-4 試驗假設與條件 43
第五章 試驗結果與分析 46
5-1 沖刷行為特性 46
5-1-1 沖刷延時最大刷深 48
5-1-2 沖刷延時最大刷深距離 50
5-1-3 沖刷延時最大坑長 52
5-1-4 沖刷延時最大單寬沖刷量 54
5-1-5 比較討論 56
5-2 沖刷率 61
5-3 沖刷行為坡度效應比 63
第六章 結論與建議 67
6-1 結論 67
6-2 建議 68
參考文獻 69
附錄A(附表A-1~A8) 72
附錄B(理論分析) 81
個人簡歷 87

1.宋狄晉(2014)，「非水平式跌流工投潭沖刷機制與應用之試驗研究」，國立中興大學土木工程學系，碩士論文。
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3.徐堯鉉(2010)，「超臨界自由跌流沖擊水力特性之研究」，國立中興大學土木工程研究所，碩士論文。
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5.陳正炎、郭信成、鐘文傳(1993)，「堰壩投潭沖刷坑特性因子之研究」，中華水土保持學報，第24卷，第2期，第81-89頁。
6.陳正炎、郭信成(1994)，「堰壩投潭之沖刷坑特性及其坡度效應研究」第七屆水利工程研討會論文集，b.263-b.274。
7.陳正炎、彭思顯、鍾文傳(1994)，「投潭水作用下局部沖刷之沖刷率研究」中華水土保持學報，25(3) ，135-141。
8.陳正炎、蔡建文(1995) 「堰壩投潭水流沖擊力之研究」中華水土保持學報，26(2) ，135-144。
9.陳聖文(2000)，「防砂壩下游帶工佈置之試驗研究」，國立中興大學土木工程學系，碩士論文。
10.張幀禎(2008)，「單階自由跌水作用下坡度渠床沖擊特性之試驗研究」，國立中興大學土木工程研究所，碩士論文。
11.張如文(1993)，「滲流對堰壩下游局部沖刷特性之探討」，國立中興大學土木工程研究所，碩士論文。
12.葉昭憲(1988)，「系列防砂壩之沖淤試驗與初步規劃」，國立中興大學水土保持研究所，碩士論文。
13.劉希羿(2012)，「坡度跌流工沖擊流場機制之研究」，國立中興大學土木工程學系，博士論文。
14.蕭品彥(2011)，「超臨界自由跌流沖擊流場機制研究與視窗化應用」，國立中興大學土木工程學系，碩士論文。
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