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研究生:陳彥婷
研究生(外文):Yen-Ting Chen
論文名稱:網格數量對阿里山溪泥砂數值模擬結果的影響
論文名稱(外文):Effects of Mesh sizes on Results of sedimentation Numberical simulation in Alishan River
指導教授:詹勳全詹勳全引用關係
指導教授(外文):Hsun-Chuan Chan
口試委員:呂珍謀鄧英慧李嶸泰
口試委員(外文):JHEN-MOU LYUYING-HUEI DENGRONG-TAI LI
口試日期:2016-07-02
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:水土保持學系所
學門:農業科學學門
學類:水土保持學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:58
中文關鍵詞:UAVCCHE2D模式
外文關鍵詞:UAVCCHE2D
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以往進行CCHE2D(二維水理輸砂模式)進行模擬時對於網格數目的設定使用者皆盡可能將網格數目(i,j)精度調整至符合地形資料來源之解析度以利於後續進行模擬時能減少大幅度誤差產生。本研究為探討在設定不同網格數目下,對模擬結果所產生的差異及網格數目與效率之關係。本研究採用UAV影像資料結合CCHE2D模式探討不同網格數目對於模擬結果之差異,所取得之地形資料其解析度約為15cm,比起以往使用LiDar或地面測量取得斷面資料來得更全面精細及完整。本研究以阿里山溪為研究對象,採用104年蘇迪勒颱風前後期UAV地形資料以及蘇迪勒颱風降雨資料等相關參數建置三組不同網格(i,j)數目分別為(35,120)、(30,110)及(25,90)採用均方根誤差進行模擬結果精度評比。三種不同網格數目之均方根誤差分別為1.82、1.82及1.86。
透過模擬結果可得知三種不同網格數目均方根誤差異並不大;但若採用每組橫斷面位置之均方根誤差來進行精度檢核,當網格數目為(35,120)模擬後之成果及細節處展現優於另外兩組網格且其精度較高;透過回歸公式計算可得網格數目與時間關係,當網格數目由20,000格提升至50,000格,其運算時間增加約5小時;但其吻合斷面數僅提升11%。

In the past, researchers have based simulations on the CCHE2D model and have typically adjusted the mesh size to reflect measurements of actual terrains, to maximize accuracy. This study investigated different mesh sizes and reports differences in the results.
Both before and after Typhoon Soudelor, an unmanned aerial vehicle (UAV) surveyed the terrain surrounding Alishan Creek with a resolution of approximately 15 cm. These surveys were an improvement over past surveys that had used LiDAR and other methods. Data from that UAV, rainfall data, and other relevant parameters were entered into three simulations. Root mean squared error (RMSE) values were calculated to compare the accuracy levels and absolute errors of the simulations. The RMSE values were 1.82, 1.82, and 1.86 for simulations with mesh sizes of (35, 120), (30, 110), and (25, 90), respectively.
The results showed that RMSE differences among the three simulations were minor. RMSE was used to nucleate each section; results showed that the (35,120) mesh simulated the terrain more accurately than the other two meshes did.
Regressing between the number of grid tiles and computing time showed that compared with a simulation with 20,000 grid tiles, a simulation with 50,000 grid tiles requires approximately 5 more hours of computing time, but enhances the accuracy of only a few sections, and only by 11%.

目錄

摘要 i
Abstract ii
圖目錄 v
表目錄 vii
第一章、緒論 1
1.1研究目的 1
1.2研究架構 1
第二章、文獻回顧 3
2.1 應用案例 3
第三章 研究區域概述 7
3.1 研究區域行政區域概述 7
3.2 研究區域集水區水文 8
3.3研究區域集水區地質 9
3.4研究區域集水區地形 10
3.5 研究區域土石流潛勢溪流分布 10
3.6 研究區域人文、產業發展 11
第四章、研究方法 12
4.1 模式介紹 12
4.1.1 模式架構 13
4.1.2模式功能 13
4.1.3 水理理論 14
4.1.4 輸砂理論 17
4.1.5 乾溼點處理 19
4.2 UAV產製DSM介紹 19
4.2.1 控制點佈設 20
4.2.2 UAV產製地形資料 22
4.3研究流程 23
4.4 參數設定 26
4.4.1 流量歷線 26
4.4.2 粒徑參數 27
4.4.3 入流泥砂量 28
4.4.4 土砂參數 28
第五章、模式檢定與方案模擬 31
5.1 數據分析方法 33
5.2 不同網格數目沖淤差異比較 37
第六章 結論與建議 54
6.1 結論 54
6.2 建議 55
參考文獻 56


圖目錄

圖3-1 研究範圍 7
圖3-2 研究區域水系分布 8
圖3-3 研究區域地質分布 9
圖3-4 研究區域坡度、高程分布圖 10
圖3-5 研究區域土石流潛勢溪流分布圖 11
圖4-1無人載具外觀 20
圖4-2地面控制點分布圖 21
圖4-3控制點分布圖 22
圖4-3模擬流程圖 24
圖4-4 建置網格操作流程(1) 25
圖4-5 建置網格操作流程(2) 25
圖4-6 建置網格操作流程(3) 26
圖4-7 建置網格操作流程(4) 26
圖4-8 蘇迪勒颱風雨量 27
圖4-9 蘇迪勒颱風流量歷線 27
圖4-10 河床質粒徑曲線分布圖 28
圖4-11 蘇迪勒颱風入流泥砂量 28
圖5-1 蘇迪勒颱風後阿里山溪河床變動情形 31
圖5-2 河道面位置分布圖 32
圖5-3 Global Mapper 量測斷面資料 32
圖5-4 實際地形與模擬成果 37
圖5-5 三組不同網格數目 38
圖5-6 斷面1河床沖淤變化 39
圖5-7 斷面2河床沖淤變化 41
圖5-8 斷面3河床沖淤變化 42
圖5-9 斷面4河床沖淤變化 43
圖5-10 斷面5河床沖淤變化 45
圖5-11 斷面6河床沖淤變化 46
圖5-12 斷面7河床沖淤變化 47
圖5-13 斷面8河床沖淤變化 49
圖5-14 斷面9河床沖淤變化 50
圖5-15 斷面10河床沖淤變化 51
圖5-16 吻合斷面數與網格數目繪製數量 53

表目錄

表3-1 集水區基本資料 8
表3-2 研究區域土石流潛勢溪流危險度分類 11
表4-1網格產製方法及優缺點比較 13
表4-2 CCHE2D模式功能與限制 14
表4-1 輸砂公式總表 29
表4-2 土砂參數設定 30
表5-1 輸砂公式均方根誤差 33
表5-2 各斷面模擬結果與UAV(0610)地形資料相減後 38
平均沖淤深度 38
表5-3 不同網格數目與實際地形比較之均方根誤差 52

1.經濟部水利署水利規劃試驗所,2007,「美國國家計算水科學及工程中心河道變遷模式之引用及應用研究(1/3)」。
2.經濟部水利署水利規劃試驗所,2007,「美國國家計算水科學及工程中心河道變遷模式之引用及應用研究(2/3)」。
3.李岱玲(2011),「CCHE2D模式應用於蜿蜒複式河槽變遷之研究」,國立交通大學土木工程學系碩士論文:新竹縣。
4.盧錫彥(2012),「應用二維水理模式評估河道演變之研究」。
5.闕帝旺(2013),「野溪淤積土砂清疏之數值模擬-以來社溪為例」,立逢甲大學水利工程與資源保育學系碩士論文: 臺中市
6.林仁奎(2013),「以數值模擬探討交互砂洲之演變過程」,私立逢甲大學水利工程與資源保育學系碩士論文:臺中市
7.吳永煌(2014),「旗山溪上游河道疏濬減淤研究」,私立逢甲大學水利工程與資源保育學系碩士論文:臺中市
8.鐘亞麗(2014),「濁水溪下游河道地形演變趨勢分析」,私立逢甲大學水利工程與資源保育學系碩士論文:臺中市
9.詹子瑩(2015),「河道沿岸土體崩塌阻塞水流之影響研究-以來義鄉來社溪為例」,私立逢甲大學水利工程與資源保育學系碩士論文:臺中市
10.白絜成(2015),「UAV掛載GoPro攝影機製作地形之精度分析」,國立國立中興大學水土保持學系碩士論文:臺中市
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13.盧杰志(2014),「來社野溪清疏方案之二維數值模擬分析」,2014年中華水土保持學會年會及學術研討會。
14.蔡易達(2015),「以數值模式建立集水區土砂收支及無因次防砂效益指標」,2015年中華水土保持學會年會及學術研討會。
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