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研究生:葉士豪
研究生(外文):Shih-HaoYeh
論文名稱:隘口土砂調節功能與機制之研究
論文名稱(外文):On Sediment Control Function and Mechanism of River Notch
指導教授:謝正倫謝正倫引用關係
指導教授(外文):Chjeng-Lun Shieh
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
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:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:144
中文關鍵詞:隘口囚砂率洪峰折減率無因次堆積厚度無因次堆積坡度
外文關鍵詞:River notchTrapping ratePeak reduction rateDimensionless deposited heightDimensionless deposited slope
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近年來由於氣候變遷影響,致使極端氣候發生頻繁,台灣地區土砂災害規模不斷擴大,當今防災業務上多建造防砂壩以攔阻大量土砂向中下游運移,以保護河岸兩側保全對象之安全,但多年颱風事件接二連三,山區土砂大量運移至河道,致使防砂壩後方土砂大量淤積甚至淤滿防砂壩,才漸漸導向開口壩或梳子壩等有切口的構造物,其在土砂事件下有攔阻延遲功能且同時具有排砂自淨的能力,每每土砂事件發生皆能發揮其土砂調節功能;但天然地形隘口與開口壩類似,同樣是利用河寬束縮原理以達到改變水流流況目的,倘若我們亦可以將天然地形隘口的土砂調節能力納入考量,則在河道整治業務上便能提供一參考。
本研究利用數值模式模擬天然河道隘口,在改變隘口束縮比、供砂濃度與入射角度等條件下,討論其平衡狀態下土砂堆積差異,並加以分析土砂堆積厚度、堆積坡度與堆積長度,之後將其堆積量體參數進行無因次化,建立一土砂堆積量體推估方法,套用於現地隘口,以莫拉克颱風為事件進行土砂堆積量體推估,並利用災前災後數值高程進行誤差分析計算;同時為了得知在土砂發生下隘口土砂調節效益,故利用數值模擬設計一土砂事件,討論在災害發生當下該隘口的囚砂率、洪峰折減率與自淨能力;本文亦針對全台50個河寬150公尺以上的河道隘口進行束縮比統計分析,以討論在台灣地區多數山區隘口的束縮比例。

Over the past few years, extreme climate happened frequently because of climate change. The scale of sediment disasters enlarge constantly. Nowadays disaster prevention business usually built the sabo dam to block the sediment in mountain area. In order to avoid the sediment transporting to downstream to attack protected objects. Typhoon stroke Taiwan for a long time. The sediment behind the sabo dam had been full. Therefore engineers tend to build the silt dam gradually. When sediment disasters happened, silt dam can block the sediment and after disasters the silt dams will clean itself. The natural terrain, river notch, it also use the same theory to change the flow conditions. The sediment deposit behind the dams or river notch because of width contraction. When river width enough narrow to reach the critical condition, the flow will get choking effect. The sediment will deposit because of flow velocity decreasing.

The research use the model to simulate the river notch. We change the river notch contraction ratio, inlet angle and sediment supply concentration to discuss the volume difference about sediment in steady state. About sediment volume we discuss its deposited height, deposited length and deposited slope. Then we make these parameters dimensionless to establish a sediment volume estimated method. We use typhoon Morakot event for application. Also we need to know when disaster happened, what can the river notch do? So we set a sediment disaster to discuss its trapping rate, peak reduction rate and its clean-itself ability to discuss the sediment control function and mechanism.

摘要 I
表目錄 X
圖目錄 XII
符號說明 XVI
第一章、緒論 1
1-1、研究背景與動機 1
1-2、研究目的與方法 3
1-3、研究流程與架構 4
第二章、文獻回顧 7
2-1、明渠水流於束縮段之水理現象 7
2-2、河道地形變化對上游泥砂運動影響 11
2-3、河道束縮所引致之能量損失 14
2-4、水理模式比較 18
2-5、輸砂理論比較 19
第三章、基本理論與模式建立 22
3-1、基本方程式 22
3-1-1、水流基本方程式與修正 22
3-1-2、河床輸砂基本方程式 29
3-1-3、河床變動基本方程式 33
3-2、模式架構 34
3-2-1、水流差分方程式 35
3-2-2、輸砂差分方程式 38
3-2-3、河床變動差分方程式 39
3-3、起始條件與邊界條件 40
3-4、模式計算流程 41
第四章、模式測試 42
4-1、測試條件設定 42
4-2、穩定性分析 45
4-3、水流守恆性分析 47
4-4、土砂守恆性分析 51
第五章、參數率定與模式驗證 55
5-1、參數率定 55
5-2、模式驗證 62
5-2-1、水理模擬結果與比較 62
5-2-2、土砂模擬結果與比較 73
第六章、數值實驗 76
6-1、隘口土砂堆積總量體分析 76
6-1-1、不同束縮比下隘口土砂堆積差異 79
6-1-2、不同供砂濃度下隘口土砂堆積差異 84
6-1-3、不同入射角度下隘口土砂堆積差異 89
6-2、隘口土砂調節效益 96
6-2-1、模擬實驗配置 96
6-2-2、指標定義 99
6-2-3、模擬結果 100
第七章、現地隘口土砂堆積量體推估方法 110
7-1、基本假設 110
7-2、無因次迴歸式 113
7-2-1、數值模擬條件設定 113
7-2-2、土砂堆積厚度迴歸式 118
7-2-3、土砂堆積坡度迴歸式 120
7-3、隘口土砂堆積量體推估 122
7-4、現地隘口堆積量體推估流程建立 123
7-5、推估方法驗證 125
7-5-1、環境背景 126
7-5-2、現地隘口基本資料 130
7-6、小結 133
第八章、全台流域隘口束縮比統計 134
第九章、結論與建議 137
9-1、結論 137
9-2、建議 139
參考文獻 140

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