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研究生:李亮廷
研究生(外文):Liang-ting Lee
論文名稱:集水區降雨特性、溪流流量及輸砂量變異分析-以陳有蘭溪流域為例
論文名稱(外文):Variability Analysis on Rainfall, Runoff and Sediment Discharge in the Chenyoulan-Stream Watershed
指導教授:詹錢登詹錢登引用關係
指導教授(外文):Chyan-deng Jan
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
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:70
中文關鍵詞:降雨變異溪流流量懸浮載降雨沖蝕指數
外文關鍵詞:suspended loadrainfall erosionwater dischargevariability of rainfall
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近年來由於全球氣候異常的影響,台灣地區的降雨特性也產生了變異,本文以中部地區土砂災害發生頻率較高的陳有蘭溪流域來作為本文的研究區域,採用陳有蘭溪流域鄰近玉山、阿里山以及日月潭氣象測站的雨量資料(1960~2006年)進行各種降雨特性的趨勢分析,並探討降雨特性變異對溪流流量與輸砂量所造成的影響。結果顯示,在降雨特性的趨勢分析上,研究區域內年降雨量並沒有太大的改變,但年降雨日數與年降雨時數有減少的趨勢,年平均日降雨強度與年平均時降雨強度則有增加的情況,而且年最大一日雨量及最大二日雨量在1990年以後也有明顯增多的現象。在歷年颱風事件降雨特性的探討上,單場颱風事件的累積降雨量、最大時降雨強度以及最大日雨量在1990年以後也都有明顯變大的趨勢。
在流量與懸浮載輸砂量探討上,本文以陳有蘭溪下游水利署內茅埔水文站歷年資料(1972~2005年)進行分析,流域內歷年之年逕流量變化趨勢是呈現下降的趨勢,而年最大日平均流量以及年最大瞬時流量有上升的趨勢。此外,在分析過程中發現各種降雨特性在1990 年前後有明顯的變異,因此本文以1990年為界,進行1990年前後流量-懸浮載輸砂量之率定曲線的分析,結果顯示,在相同的流量下,1990年以後懸浮載輸砂量明顯高於1990年以前,當流量範圍介於10~1000(cms)時,1990年以後所推估的懸浮載輸砂量約為1990年以前的3~5倍。另外,本文也以60分鐘雨量進行擬似年降雨沖蝕指數 之估算,研究區域內歷年的擬似年降雨沖蝕指數有逐漸增加的趨勢,說明1990年前後率定曲線的變異不全然是由地震效應所導致的,有可能是降雨沖蝕能力增加的結果。
在歷年降雨特性變異對溪流中懸浮載輸砂量所造成影響的分析上,當單場颱風事件最大時降雨強度、最大一日雨量、累積降雨量個別增加一個標準偏差時,1990年以後所產生的懸浮載輸砂量約為1990年以前的2.49倍、2.66倍以及2.72倍;同樣的,當單場颱風事件最大時降雨強度、最大一日雨量、累積降雨量個別減少一個標準偏差時,1990年以後所產生的懸浮載輸砂量約為1990年以前的1.81倍、1.86倍以及1.89倍。顯示1990年以後極端降雨事件的發生規模有明顯較大的趨勢,以致於其所產生的懸浮載輸砂量高於1990年以前。
In recent years, the rainfall characteristics in Taiwan had been changed due to global climate change. In this study, we selected the Chanyoulan-stream watershed to be the study area, the data analyzed in this study included rainfall characteristics, runoff and sediment discharge. The main purpose of this study is to investigate the variability of rainfall characteristics, runoff and sediment discharge in the last four decades, and to understand the impacts of variability of rainfall characteristics to runoff and sediment discharge. The research collected rainfall hourly data at Yushan, Alishan and Jihyuehtan meteorological stations, the period of rainfall data was from 1960 to 2006. We also collected the discharge and sediment discharge data at NEI-MAO-PU hydrological station, the period of them was from 1972 to 2005. The results indicated that the annual cumulative rainfall didn’t have significant change in the study area. The number of annual rainy days and the number of annual rainy hours had decreasing trends, but the mean daily rainfall intensity and the mean hourly rainfall intensity had increasing trends. On the contrary, maximum daily rainfall and maximum two-day rainfall had increasing trends after 1990. The rainfall characteristics included cumulative rainfall, maximum daily rainfall and maximum hourly rainfall of typhoon events also had increasing trends after 1990.
The analyzed results of discharge exhibited that the annual water discharge had decreasing trend, but the annual maximum peak discharge and the annual maximum daily mean discharge had increasing trends. Besides, after analyzing the rainfall characteristics, we know that the rainfall characteristics had significant variability after 1990. The study also took 1990 as a break year to discuss the variability of rating curve between the daily mean discharge and the suspended loads before and after 1990, the result shows that when the discharge in the same condition, for example, to assume the range of discharge between 10 to 1000 (cms), the estimated suspended loads after 1990 are three to five times higher than before 1990. Additionally, the study used 60-minuted rainfall data to calculate the pseudo-annual rainfall erosion index . It is found that the pseudo-annual rainfall erosion index in the study area has an increasing trend. It reveals that the variability of rating curve between the daily mean discharge and the suspended loads didn’t only depend on the impact of earthquake, the variability of rainfall characteristics also had some influences on it .
When the cumulative rainfall, maximum daily rainfall and maximum hourly rainfall of typhoon events added one standard deviation, respectively, the estimated suspended loads after 1990 are about two to three times higher than before 1990. Similarly, if the cumulative rainfall, maximum daily rainfall and maximum hourly rainfall of typhoon events reduced one standard deviation, respectively, the estimated suspended loads after 1990 are about two times higher than before 1990. The results display that the rainfall characteristics of extremely rainfall events have increasing trends after 1990, and therefore the estimated suspended loads are higher than before 1990.
摘要…………………………………………………………………………………I
Abstract …………………………………………………………………………III
誌謝…………………………………………………………………………………V
目錄………………………………………………………………………………VI
表目錄……………………………………………………………………………IX
圖目錄 ……………………………………………………………………………X
符號說明 ………………………………………………………………………XII
第一章 緒論 ………………………………………………………………………1
1.1前言 ………………………………………………………………………1
1.2研究目的 …………………………………………………………………2
1.3文獻回顧 …………………………………………………………………3
1.4本文組織 …………………………………………………………………6
1.5研究方法 …………………………………………………………………7
1.5.1雨量資料的選取 ……………………………………………………7
1.5.2降雨特性趨勢分析之方法 …………………………………………8
1.5.3平均雨量之求法 ……………………………………………………8
1.5.4流量與懸浮載輸砂量之變異分析 …………………………………9
1.5.5降雨特性與流量、懸浮載輸砂量關係之探討 ……………………10
第二章 研究區域…………………………………………………………………13
2.1地理位置…………………………………………………………………13
2.2水文特性…………………………………………………………………13
2.3地文特性…………………………………………………………………14
2.3.1高程…………………………………………………………………14
2.3.2坡度…………………………………………………………………14
2.3.3地質與斷層…………………………………………………………15
2.4歷年坡地受災情況……………………………………………………….15
第三章 集水區降雨特性之變異分析……………………………………………21
3.1降雨特性歷年變化趨勢分析……………………………………………21
3.1.1年降雨量……………………………………………………………21
3.1.2年降雨日數…………………………………………………………22
3.1.3年平均日降雨強度…………………………………………………23
3.1.4年降雨時數…………………………………………………………25
3.1.5年平均時降雨強度…………………………………………………26
3.1.6年最大一日雨量……………………………………………………27
3.1.7年最大二日雨量……………………………………………………30
3.2颱風事件降雨特性之探討………………………………………………33
3.2.1單場颱風事件累積降雨量…………………………………………34
3.2.2單場颱風事件最大時降雨強度……………………………………36
3.2.3單場颱風事件最大一日雨量………………………………………38
3.2.4颱風期間累積雨量與年降雨量之關係……………………………40
第四章 集水區流量與懸浮載輸砂量之變異分析………………………………42
4.1流量之變異分析…………………………………………………………42
4.1.1年最大日平均流量…………………………………………………42
4.1.2年逕流量……………………………………………………………43
4.1.3年最大瞬時流量……………………………………………………44
4.1.4歷年颱風期間累積流量與年逕流量關係之探討…………………45
4.2懸浮載輸砂量之變異分析.………………………………………………47
4.2.1流量與懸浮載輸砂量關係之探討…………………………………47
4.2.2年降雨沖蝕指數之變化分析………………………………………49
第五章 降雨特性與流量、懸浮載輸砂量關係之探討 …………………………54
5.1最大時降雨強度與當日流量、懸浮載輸砂量關係之探討 ……………54
5.2最大一日雨量與當日流量、懸浮載輸砂量關係之探討…………………56
5.3累積降雨量與累積流量、累積懸浮載輸砂量關係之探討………………59
第六章 結論與建議………………………………………………………………62
6.1結論………………………………………………………………………62
6.2建議………………………………………………………………………63
參考文獻 …………………………………………………………………………65
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