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研究生:吳奏蒼
研究生(外文):Chou-Tsai Wu
論文名稱:高屏溪年侵蝕率之推估
論文名稱(外文):Estimation of the annual erosion rate un Kopin-Chi
指導教授:李逢春李逢春引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺南大學
系所名稱:自然科學教育學系碩士班
學門:教育學門
學類:普通科目教育學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:164
中文關鍵詞:沖洗載流量推移載懸移載全砂砂量高屏溪含沙量
外文關鍵詞:Sediment contentWash loadKopin-ChiTotal quantitative loadBed loadDischargeSuspended load
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台灣島位在副熱帶季風區,雨量豐沛、地形年幼、山高坡陡、地層不穩、河川水流湍急,造成河流侵蝕、搬運、堆積作用旺盛。台灣島之抬昇率和侵蝕率,是一個甚佳的研究主題,抬昇率已有釵h學者專家研究。為進一步了解另一課題的變化實況,本研究只針對河川之河流年侵蝕量與年侵蝕率之多寡加以探討。為方便於本人之實地考察,本研究選定深具研究代表性,發源自玉山東坡的高屏溪流域,此流域面積屬全台灣地區最大,河流長度則位居全台第二。
本研究運用NETSTARS模式,以及來自經濟部水利署水文年報流量與懸浮含砂量、日平均流量等第一手實測資料,藉由「全部資料計算分析法」、「乾雨季分算合併法」、「高低流量分算合併法」、「暴雨與中低流量分算合併法」、「測站流量與含砂量實測資料積分法」、「實測資料流量與含砂量率定曲線先行分析法」等各種研究方法,估算高屏溪流域測站,近十一年(1991~2001年)之年侵蝕量與年侵蝕率之多寡。其步驟為先行探討NETSTARS模式中,水理與輸砂量計算式,對於高屏溪流域的適用性,藉此比較為合理的計算式,估算高屏溪流域測站之年輸砂量。並且進一步研析估算分析高屏溪流域,其測站沖洗載佔總輸砂量之比例。另外,為求研究的完整性,更亦欲嘗試進行估算,高屏溪流域出海口虛擬測站流量、年總輸砂量與年侵蝕率。
本研究結果證實,高屏溪流域沖洗載百分比,較上游之測站位置,其沖洗載之比例較高;愈下游之測站位置,其沖洗載之比例則偏低,例如以全部資料計算分析法推估分析,里嶺大橋測站沖洗載為0.000372%。低流量時,沖洗載的比例較高,例如以高低流量分算合併法推估分析,六龜測站沖洗載為99.92%;高流量時,則因河水流量充沛,其所挾帶的泥砂較多,致使沖洗載比例相對偏低,例如以前述方法推估分析,六龜測站沖洗載為16.80%。
藉由集水區面積與洪峰流量 =( ) 關係式,高屏溪流域推導出較為合理的平均指數值n為0.86。藉此指數值,進一步估算高屏溪流域出海口虛擬測站,近十一年(1991年至2001年)平均年侵蝕率,無論是底床與泥砂粒徑產生變動的5.366mm,或是底床與泥砂粒徑維持固定的4.653mm,其數值皆頗接近王如意與易任的7.886mm [3]、蕭慶章的9.12mm [30]及經濟部水利署的7.287mm [31]所提出或公佈之數據內容。出海口虛擬測站之流量、年輸砂量與年侵蝕率之估算,欲達到更為合理精確的數值,應再進一步考慮雨量、感潮效應、河川特性等水文因子的影響。或部A可運用相關水文實測資料,發展出一套較適用於台灣河川或高屏溪流域的計算式,未來可用來推估及預測年侵蝕率的趨勢。
Taiwan is located on the area of an active orogenic belt in which the Eurasia plate and Philippine sea plate collide with each other. The dynamic geologic processes of the nature cause the mountains, short and raped rivers, unstable and fragile geology. The conversion of water and soil has become an important issue.
Kopin-Chi is the greatest drainage area and the second longest river, the one that represents the typical river in Taiwan. Therefore, if the variation of Kopin-Chi drainage erosion rate can be calculated, we will solve the problem of conversion difficulties of water and soil.
Based on the concepts of sediment transport within a given basin. The volume of the Kopin-Chi, which is located at the southern region of Taiwan, is studied by using the data of real-field sediment transport record from Hydrological Year Book of Taiwan of Water Resources Bureau Ministry of Economic Affairs to establish the relationship between sediment content. And regard as the basis of the numerical simulation with the result of procedure operation of NETSTARS. With real-field sediment transport record and the result of the numerical simulation, we can estimate the rate of bed load, suspended load and wash load of Liu-Kwei, Ta-Chin-Chiou, Li-Lin Bridge and the virtual station. Thereby the discussion of the characteristics of Kopin-Chi sediment transports will offer follow-up study’s reference.
Furthermore, according to the research result above and the data of associated with daily mean discharge of Hydrological Year Book of Taiwan of Water Resources Bureau Ministry of Economic Affairs, we could estimate annual total quantitative load and erosion rate of Liu-Kwei, Ta-Chin-Chiou, Li-Lin Bridge and the virtual station.
In the future, more factors of hydrology characteristics will be considered, we will then discover new available methods to achieve the accuracy of estimation of basins erosion rate in Taiwan.
誌謝Ⅰ
摘要Ⅱ
目次Ⅳ
表目Ⅹ
圖目ⅩⅢ
第一章 緒論 1
第一節 前言 1
第二節 研究動機 3
第三節 研究目的 3
一、 探討NETSTARS模式,對於高屏溪流域的適用性 4
二、 估算分析高屏溪流域,其測佔沖喜載佔全砂砂量之比例 4
三、 估算高屏溪流域出海口虛擬測站流量、年全砂砂量與年侵蝕率 5
四、 估算高屏溪流域出海口虛擬測站流量、年全砂砂量與年侵蝕率 5
第四節 研究區域 6
第五節 符號與名詞定義 9
一、 符號:9
二、 名詞定義 9
第六節 NETSTARS程式弁鉰略?16
第七節 泉砂砂量計算法計算方式與差異性分析表 17
第二章 文獻探討 18
第一節 NETSTARS模式水理演算法及輸砂量式 18
一、 水理演算法
二、 輸砂量式 21
三、 NETSTARS模式演算流程 22
第二節 輸砂量形成之因素 24
第三節 河流的主要作用 26
一、 侵蝕作用 26
二、 搬運作用 27
三、 推積作用 28
第四節 推移載及懸浮載粒徑分界 29
第五節 推移載、懸浮載及溶解質之比例 30
第六節 泥沙測定方法 31
一、 懸浮含砂量量測 31
二、 率定曲線 32
三、 含砂量與流量、懸移質量與水流流量率定曲線探討 33
四、 流量與集水面積之相關式 34
第七節 土石流 34
第八節 高屏溪流域年全砂量與平均年侵蝕深度 37
第三章 研究方法 38
第一節 探討NETSTARS模式,對於高屏溪流域的適用性 38
一、 NETSTRAT模式演算 38
二、 計算懸移載(Suspended load) 43
三、 製作時間(t)、流量(Q)、懸移載整理表 43
四、 畫出流量與懸移載之率定曲線,並分析去除不合理數據 43
五、 估算推移載(Bed load)相對之百分比 44
六、 分析NETSTARS模式中較為合理之水理與輸砂量配對式 44
第二節 估算高屏溪流域測佔沖洗載佔全砂砂量之比例 45
一、 參考水文年報流量與含砂量實測資料 45
二、 估算沖洗載(Wash load)量與相對百分比 46
第三節 估算高屏溪流域測站之年侵蝕量與年侵蝕率 47
一、 蒐集經濟部水利署水文年報近十一年每一測站每年之日流量 47
二、 年全砂砂量估算 48
三、 年全砂砂量計算—測站流量與含砂量實測資料積分法 53
四、 年全砂砂量計算—實測資料流量與含砂量率定曲線先行分析法 55
五、 年侵蝕率計算 58
第四節 估算出海口虛擬測站流量、年全砂砂量與年侵蝕率 59
一、 集水區面積與洪峰流量關係式指數之推估 60
二、 估算高屏溪流域出海口虛擬測站之流量 61
三、 估算出海口虛擬測站之年全砂砂量與年侵蝕率 61
第四章 結果比較討論 63
第一節 NETSTARS模式對於高屏溪流域之適用性探討 63
一、估算推移載(Bed load)相對之百分比 67
二、畫出流量與懸移載之率定曲線,並分析去除不合理數據 71
三、分析較為適用之水理與輸砂量配對式推移載比例 74
第二節 估算分析高屏溪流域測佔沖洗載佔全砂砂量之比例 76
一、 底床與泥砂礫徑產生變動執行結果 76
二、 底床與泥沙粒徑固定執行結果 79
三、 資料統計分析 81
第三節 高屏溪流域近十一年測站年侵蝕量與年侵蝕率估算 82
一、 年侵蝕量—年全砂砂量估算結果 82
二、 年侵蝕率估算結果 100
第四節 估算出海口虛擬測站之流量、年全砂砂量與年侵蝕率 115
一、 集水區面積與洪峰流量關係式指數之推估 115
二、 估算高屏溪流域出海口虛擬測站之流量、年輸砂量與年侵蝕率 117
第五節 結果比較分析 120
一、 1991年各測站年全砂砂量與年侵蝕率分析比較表 121
二、 1992年各測站年全砂砂量與年侵蝕率分析比較表 124
三、 1993年各測站年全砂砂量與年侵蝕率分析比較表 127
四、 1994年各測站年全砂砂量與年侵蝕率分析比較表 130
五、 1995年各測站年全砂砂量與年侵蝕率分析比較表 133
六、 1996年各測站年全砂砂量與年侵蝕率分析比較表 136
七、 1997年各測站年全砂砂量與年侵蝕率分析比較表 140
八、 1998年各測站年全砂砂量與年侵蝕率分析比較表 143
九、 1999年各測站年全砂砂量與年侵蝕率分析比較表 146
十、 2000年各測站年全砂砂量與年侵蝕率分析比較表 149
十一、 2001年各測站年全砂砂量與年侵蝕率分析比較表 152
第五章 結論與建議 156
第一節 結論 156
一、 NETSTARS模式適用式 156
二、 估算分析高屏溪流域測佔沖洗載佔全砂砂量之比例 158
三、 高屏溪流域近十一年測站侵蝕量與年侵蝕率估算 159
四、 估算高屏溪流域出海口虛擬測站之流量、年輸砂量與年侵蝕率 160
第二節 建議 160
第六章 參考文獻 162
附錄一至十九

表目
表1-1 研究測站基本資料8
表1-2 全砂砂量計算法計算方式與差異性分析表17
表2-1 水理演算法之弁鄐峟郃謅騆��?8
表2-2 河床質泥砂粒徑大小分類表29
表2-3 學者研究之年總輸砂量與平均年侵蝕深度整理表37
表3-1 NETSTARS模式水理檔與輸砂檔檔名與代碼38
表3-2 控制站各頻率年洪峰流量表60
表4-1 NETSTARS模式河床質載輸砂檔與水理檔配對演算結果分析表64
表4-2 NETSTARS模式推移載輸砂檔與水理檔配對演算結果分析表65
表4-3 NETSTARS模式河床質載輸砂檔與水理檔配對演算結果分析表66
表4-4 NETSTARS模式推移載輸砂檔與水理檔配對演算結果分析表67
表4-5 NETSTARS模式高屏溪輸砂量比例比較表68
表4-6 NETSTARS模式公式代碼整理表 69
表4-7 NETSTARS模式高屏溪輸砂量比例比較表 70
表4-8 NETSTARS模式適用公式推移載比例整理表 75
表4-9 NETSTARS模式適用公式推移載比例整理表 75
表4-10 沖洗載相對百分比估算整理表1 77
表4-11 沖洗載相對百分比估算整理表2 77
表4-12 沖洗載相對百分比估算整理表3 78
表4-13 沖洗載相對百分比估算整理表4 78
表4-14 沖洗載相對百分比估算整理表179
表4-15 沖洗載相對百分比估算整理表279
表4-16 沖洗載相對百分比估算整理表380
表4-17 沖洗載相對百分比估算整理表480
表4-18 懸移載與流量之相關性統計分析數據整理表81
表4-19 懸移載與流量之相關性統計分析數據整理表82
表4-20 六龜斷面圖年差異量分析110
表4-21 大津橋斷面圖年差異量分析112
表4-22 里嶺大橋斷面圖年差異量分析113
表4-23 三地門與九曲堂(高屏大橋)間N值推算115
表4-24 里嶺大橋與新發大橋測站流量與流域面積整理表116
表4-25 里嶺大橋與新發大橋測站流量估算驗證整理表116
表4-26 出海口虛擬測站流量估算結果整理表117
表427 高屏溪出海口虛擬測站輸砂量與年侵蝕率整理表-底床與泥砂粒徑變動執行結果118
表4-28 高屏溪出海口虛擬測站輸砂量與年侵蝕率整理表-底床與泥砂粒徑固定執行結果119
表4-29學者針對高屏溪流域年總輸砂量與平均年侵蝕深度之研究120
表4-30 六龜1991年輸砂量與年侵蝕率比較表 121
表4-31 大津橋1991年輸砂量與年侵蝕率比較表 122
表4-32 里嶺大橋1991年輸砂量與年侵蝕率比較表 123
表4-33 六龜1992年輸砂量與年侵蝕率比較表 124
表4-34 大津橋1992年輸砂量與年侵蝕率比較表 125
表4-35 里嶺大橋1992年輸砂量與年侵蝕率比較表 126
表4-36 六龜1993年輸砂量與年侵蝕率比較表 127
表4-37 大津橋1993年輸砂量與年侵蝕率比較表 128
表4-38 里嶺大橋1993年輸砂量與年侵蝕率比較表 129
表4-39 六龜1994年輸砂量與年侵蝕率比較表 130
表4-40 大津橋1994年輸砂量與年侵蝕率比較表 131
表4-41 里嶺大橋1994年輸砂量與年侵蝕率比較表 132
表4-42 六龜1995年輸砂量與年侵蝕率比較表 133
表4-43 大津橋1995年輸砂量與年侵蝕率比較表 134
表4-44 里嶺大橋1995年輸砂量與年侵蝕率比較表 135
表4-45 六龜1996年輸砂量與年侵蝕率比較表 136
表4-46 大津橋1996年輸砂量與年侵蝕率比較表 137
表4-47 里嶺大橋1996年輸砂量與年侵蝕率比較表 139
表4-48 六龜1997年輸砂量與年侵蝕率比較表 140
表4-49 大津橋1997年輸砂量與年侵蝕率比較表 141
表4-50 里嶺大橋1997年輸砂量與年侵蝕率比較表 142
表4-51 六龜1998年輸砂量與年侵蝕率比較表 143
表4-52 大津橋1998年輸砂量與年侵蝕率比較表 144
表4-53 里嶺大橋1998年輸砂量與年侵蝕率比較表 145
表4-54 六龜1999年輸砂量與年侵蝕率比較表 146
?-55 大津橋1999年輸砂量與年侵蝕率比較表 147
表4-56 里嶺大橋1999年輸砂量與年侵蝕率比較表 148
表4-57 六龜2000年輸砂量與年侵蝕率比較表 149
表4-58 大津橋2000年輸砂量與年侵蝕率比較表 150
表4-59 里嶺大橋2000年輸砂量與年侵蝕率比較表 151
表4-60 六龜2001年輸砂量與年侵蝕率比較表 152
表4-61 大津橋2001年輸砂量與年侵蝕率比較表 153
表4-62 里嶺大橋2001年輸砂量與年侵蝕率比較表 154
表4 –63 高屏溪測站平均年侵蝕率比較整理表155
表5-1 高屏溪流域年總輸砂量與平均年侵蝕深度整理表165

圖目
圖1-1 研究區域-高屏溪流域相關測站位置圖8
圖2-1 NETSTARS模式演算流程圖23
圖3-1 水理檔kopin82f.hyd,AB卡之iunst參數之設定40
圖3-2 輸砂檔kopin82f.sed,se卡之SE參數設定 40
圖3-3 以Nets4modify.exe執行檔進行輸砂量演算 41
圖3-4 每次演算完成後,從kopin82p.ou9輸出檔中,擇取時間順序(ttime)、流量(Q)、輸砂量(qstot),置入EXCEL軟體檔中,準備進行相關分析估算。41
圖3-5 NETSTARS模式輸砂量計算流程圖42
圖3-6 民國89年懸移質實測紀錄45
圖3-7 測站日平均流量表47
圖3-8 全砂砂量之計算流程50
圖 3-9 六龜測站流量與含砂量實測資料率定曲線56
圖 3-10 經濟部水利署之斷面資料59
圖4-1 去除懸移載為0,懸移載與流量之原始資料率定曲線圖 72
圖4-2 去除部分不合理數據,懸移載與流量率定曲線圖72
圖4-3 去除懸移載為0,懸移載與流量之原始資料率定曲線圖73
圖4-4 去除部分不合理數據,懸移載與流量率定曲線圖74
圖4-5 底床與泥砂粒徑產生變動全部資料計算分析法95
圖4-6 底床與泥砂粒徑固定全部資料計算分析法95
圖4-7 底床與泥砂粒徑產生變動實測資料積分法95
圖4-8 底床與泥砂粒徑固定實測資料積分法95
圖4-9 底床與泥砂粒徑產生變動實測資料率定曲線先行分析法95
圖4-10 底床與泥砂粒徑固定實測資料率定曲線先行分析法95
圖4-11 六龜測站斷面圖(1999~2001年)111
圖4-12 六龜測站斷面圖(2001~2002年)111
圖4-13 大津橋測站斷面圖(1999~2001年)112
圖4-14 大津橋測站斷面圖(2001~2002年)113
圖4-15里嶺大橋測站斷面圖(1999~2001年)114
圖4-16里嶺大橋測站斷面圖(2000~2002年)114
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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