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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:葉正旭
研究生(外文):Cheng-Hsu Yeh
論文名稱:山區集水區水理特性之模擬
論文名稱(外文):Numerical Simulation of Flow in Upstream Watershed
指導教授:蔡長泰蔡長泰引用關係
指導教授(外文):Chang-Tai Tsai
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:水利及海洋工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:河海工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:降雨逕流斷面形狀山區集水區
外文關鍵詞:PH-modelcross-section shapeupstream watershed
相關次數:
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集水區水理現象的模擬結果受到集水區地文現象的影響,包括局部的地形地貌及溪流的分布與其斷面形狀。為增進模式計算結果的效率與正確性,本研究利用地理資訊系統,依據集水區的地形及土地利用的資料,改進自動化產生地文性降雨-逕流模式所需之格網;進而發展利用數值高程資料讀取河道斷面形狀的方法,建立研究區域之各溪流的斷面資料庫。並將斷面形狀的影響,加入降雨-逕流模式之演算中,以應用於山區集水區水理現象之演算。
本研究以清水溪集水區為研究對象,利用清水溪之數值高程資料,計算繪製集水區中之河道斷面形狀,與實際量測形狀比較,顯示以此方法取得斷面形狀具有合理性與正確性。並將斷面資料加入模式中,演算賀伯颱風期間清水溪集水區的水位歷線及流量歷線,經與觀測資料比較頗為一致,改善沿溪流水理現象的模擬方法。但仍尚須進行更多的實例研究,以增進本方法的實用性。
The numerical simulate discussion of the phenomenent in watershed of flow based on the developments of the watershed by human is always one of the research focuses in hydraulic engineering. How to increases the efficiency and accuracy of the results simulated by the model is the most important target in all researches. In this research, not only improve the method to generate the cells necessary in the physiographic hydrography model (PH-model) automatically, but also develop a method that read the cross-section shapes of rivers from the digital terrain model (DTM), and develop the database of the rivers in the research area. We added the influences of the cross-section shapes into the calculations of PH-model to being applied into the simulations of the phenomenon in watershed of flow in mountains.
This research revealed one method that calculated the cross-section shapes of rivers in the watershed by using the DTM of Chin-Shui river in the Chin-Shui river watershed as research target to compare with the actually measurements and it was observed that there were efficiency and accuracy in the cross-section shapes by using this method. We also add the data of river cross-section shapes into the PH-model to simulate the phenomenon of flow in Chin-Shui river during Herb typhoon.
中文摘要…………………………………………………………………..Ⅰ
英文摘要…………………………………………………………………..Ⅱ
誌謝………………………………………………………………………..Ⅲ
目錄………………………………………………………………………..Ⅳ
圖表目錄…………………………………………………………………..Ⅶ
符號說明…………………………………………………………………..Ⅹ
第一章 緒論………………………………………………………1
1-1 研究緣起與研究目的…………………………………………1
1-2 相關研究………………………………………………………3
1-3 本文組織………………………………………………………6
第二章 山區集水區格網及渠道斷面形狀產生之方法…………7
2-1 山區集水區河系及次集水區之產生…………………………7
2-1-1 數值地形資料的窪陷點之識別和填平………………7
2-1-2 流向分析………………………………………………8
2-1-3 河流線的產生…………………………………………9
2-1-4 集水區的劃分…………………………………………11
2-2 山區渠流格區之劃分與斷面形狀之取得……………………12
2-2-1 製作渠流格區…………………………………………13
2-2-2 斷面形狀………………………………………………14
2-2-3 斷面水深與寬度、面積關係…………………………16
2-2-4 最大渠寬與最大渠流格區面積………………………17
2-3 地文性區域降雨逕流模式格網之產生………………………17
2-3-1 渠流格區的套疊………………………………………18
2-3-2 河流發源處之格區的劃分與套疊……………………18
2-3-3 特殊地形的分析與套疊………………………………19
2-3-4 格區細分之套疊分析…………………………………19
2-3-5 地文資料之套疊分析…………………………………20
2-3-6 過小格區及狹長格區之消除…………………………20
第三章 地文性降雨逕流模式的建立與測試……………………23
3-1 基本控制方程式………………………………………………23
3-1-1 格區連續方程式………………………………………23
3-1-2 格區間之流量定律……………………………………25
3-2 地文性降雨逕流模式之建立…………………………………28
3-2-1 數值方法………………………………………………28
3-2-2 地文性降雨逕流模式之輸入資料……………………30
3-2-3 顯式法地文性降雨逕流計算流程……………………31
3-3 設計案例測試…………………………………………………34
3-3-1 基本資料………………………………………………34
3-3-2 洪峰及守恆性驗證……………………………………36
第四章 清水溪集水區實例應用與討論…………………………40
4-1 研究區域概況…………………………………………………40
4-2 研究區域格網佈置……………………………………………41
4-2-1 集水區之劃分…………………………………………42
4-2-2 渠流格區………………………………………………43
4-2-3 陸地格區………………………………………………46
4-2-4 格區位相關係及幾何資料之計算……………………47
4-3 河流斷面形狀資料……………………………………………49
4-3-1 斷面形狀………………………………………………49
4-3-2 斷面水深寬度關係……………………………………51
4-3-3 實際量測斷面形狀比較與驗證………………………52
4-4 清水溪集水區之降雨逕流模擬………………………………55
4-4-1 降雨條件………………………………………………55
4-4-2 地表粗糙係數…………………………………………60
4-4-3 演算條件………………………………………………60
4-4-4 模擬結果與討論………………………………………62
第五章 結論與建議………………………………………………66
5-1 結論……………………………………………………………66
5-2 建議……………………………………………………………67
參考文獻……………………………………………………………68
附錄A SCS曲線值法之推導…………………………………………72
附錄B 格區連續及流量方程式之推導………………………………76
附錄C 差分式之推導…………………………………………………83
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