臺灣博碩士論文加值系統

本研究以石門水庫淤泥作為試驗材料，針對渾水異重流所形成之流動性渾水潭，因泥砂沈降問題以及上下層流體密度差異，所造成之孔口排流特性進行渠槽試驗研究。於一個5cm寬60cm深的短渠道，以高程8cm開孔0.25cm之孔口，在固定孔口大小、入流濃度以及總水位的條件之下，藉由改變入流渾水流量之控制變因，來模擬渾水潭的孔口排流現象，並界定出流孔口周遭水理條件對於孔口排流之影響。
針對實驗所得結果做以下分析：(1)現象討論：描述出流濃度隨時間的變化特性、渾水異重流沿程淤積與濃剖改變行為、代表斷面之垂向濃度剖面與渾水異重流構造、以及出流孔口前，渾水異重流界面與鹽水異重流界面之差異探討。(2)計算討論：提出渾水異重流濃度剖面計算方式與前人鹽水濃度剖面計算方式差異性，並說明理察遜數不適宜定量描述下層出流的多寡情況。
本研究比較渾水異重流以及鹽水異重流實驗現象之差異，可供後人研究渾水異重流之參考。

In order to know the outflow concentration related to the elevation of interface of a muddy lake, laboratory experiments were conducted using a horizontal flume with a co-directional two-layer flow of different density withdrew from a line sink. In previous studies (Yu et al. 2004, Hsu et al. 2007), saline water was used as the lower-layer fluid. In this study, turbid water with suspended clay was used as the lower-layer flow to form turbidity currents for simulating cases in a reservoir.
The clay material was dug out from a siltation pond containing the dredged material from the Shihmen Reservoir in north Taiwan. In the processes of the experiments, suspended clay deposited and created aggradation on the bottom gradually. A layer with high concentration near bed was identified with Slow-movable with 0.2-1.2cm thick , and a very thin layer with 0-0.2cm did not even move. The calculated average thickness and average concentration of turbidity currents were influenced by the deposition thickness. Siphon tubes were utilized to sample the turbidity currents for vertical concentration profiles. The inflow concentration was fixed as 60 g/L. For each case, discharge is different but with same duration time.
As a result, a family of concentration profile curves was obtained and related to aspiration concentration. The experimental results of saline density current (Yu et al. 2004) indicated that the Richardson number is an adequate parameter for determining the critical conditions that the upper layer begin or stop to be aspirated for non-bottom-slot situation. In this study, the concentration profiles of turbidity currents were much more non-uniform and continuous deposition rendered the rising of the bed elevation, therefore, the average thickness and layer-averaged concentration used to calculate the Richardson numbers could not be calculated as before. The high-concentration Slow-movable layer(HCSML) was not included in the concentration profile for calculating the average thickness and layer-averaged concentration under quasi-steady state. The modified Richardson number calculated for turbidity current situation can be used as a good indicator.

摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
表目錄 vii
圖目錄 ix
照片目錄 xii
符號說明 xv
第一章、緒論 1
1-1 前言 1
1-2研究動機與範疇 2
1-2-1研究動機 2
1-2-2研究目的 3
1-2-3內容範疇 4
第二章、文獻回顧 6
2-1石門淤泥材料特性 6
2-1-1石門淤泥材料特性分析探討 6
2-1-2流體的分類 7
2-1-2-1非牛頓流體之流變特性 7
2-1-2-2牛頓流體之流變特性 9
2-2泥砂進入水庫之研究 9
2-2-1異重流特性及實驗研究 10
2-2-2三角洲特性 11
2-2-3渾水潭內泥砂沉降問題 11
2-2-4孔口排流相關文獻研究 13
第三章、實驗設計與實驗方法 15
3-1實驗設備及材料 15
3-1-1實驗設備 15
3-1-2試驗渠槽之佈置 20
3-1-3試驗材料及土壤基本物理性質試驗 22
3-1-3-1顆粒大小分佈試驗(比重計分析法) 23
3-1-3-2比重試驗 24
3-1-3-3化學成分含量 25
3-1-4試驗材料前置作業 25
3-2預備試驗 26
3-2-1、於攪拌桶內打氣之濃度變化試驗 26
3-2-2、攪拌桶內取樣位置之濃度變化試驗 27
3-2-3、L型虹吸管測定 28
3-2-3-1管徑大小對濃度影響試驗 29
3-2-3-2管內徑0.1cm濃度分佈情況 30
3-3實驗方法與步驟 32
3-3-1渾水調配與流量之率定 32
3-3-2實驗量測方法 34
3-3-3實驗流程 36
3-4實驗條件 38
3-5實驗之問題與改善 38
第四章、試驗結果 41
4-1現象描述 41
4-1-1、異重流頭端之現象觀察 41
4-1-2、孔口出流流態 42
4-1-3、底床高濃度層流動情況 45
4-2異重流濃度剖面 46
4-3異重流厚度 47
4-4渾水異重流沿程特性 48
4-4-1小流量2.22L/min之試驗結果 49
4-4-2大流量13.64L/min之試驗結果 49
4-5水量平衡與泥砂量守衡 49
第五章、數據分析 52
5-1、異重流厚度之計算 52
5-2、梯形面積法與辛普森法之差異 53
5-3、異重流厚度之計算-梯型面積法積分 54
5-4、平均速度之計算 58
第六章、結果與討論 60
6-1、目視異重流厚度與計算異重流厚度之差異比較 60
6-1-1、不同方法計算異重流厚度之差異 60
6-1-2、目視異重流厚度與計算異重流厚度之比較 61
6-2渾水異重流沿程特性 64
6-3具高程之孔口排流特性 65
6-4排渾效益與臨界理查遜數之探討 66
第七章、結論與建議 68
7-1實驗技巧 68
7-2結論 69
7-3建議 71
參考文獻 72

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