本研究在實驗室進行堰塞壩溢頂破壞而形成圓頂堰之渠道實驗，以高
速攝影機進行影像分析，並探討堰塞壩受上游入流水的影響、堆積體內部之滲流作用、洪峰流量、輸砂量、水流功率及圓頂堰之特性。本研究參考既有時域反射方法(Time Domain Reflectometry, TDR) 於沉陷量測和橋墩沖刷之初步建議，以監測各個時間點之潰壩行為，不僅可以達成壩體內部之監測，自動化監測可去除人為誤差的影響。本研究探討圓頂堰公式所預測之各時段之出流量。在潰壩歷程中，出流量與輸砂量皆呈現出單峰曲線歷程，但公式所求得之洪峰流量與本實驗中使用之連續方程式所得到之結果比較後發現有低估情形。本研究建議若堰塞壩材料與本實驗相同，則出流量之峰值可由本文提出之關係式以入流量估算。在真實情況中，若已知降雨量，以集水區公式推算入流量，便可推估潰決後最大之出流量，以達到監測和預防效果。

The overtopping process of an embankment dam was conducted in an experimental flume in this study. A high-speed camera was used to analyse images in order to understand the relationships among the upstream water level, seepage, sediment discharge, inflow, outflow and dome characteristics. This study takes into account the time domain reflectometry (TDR) for subsidence easurement, which is capable of monitoring the dam failure process at various time stages. By employing TDR, it not only achieves the purpose of stratified monitoring, but it can also reduce the chances of human errors. The overtopping outflow for each time period is obtained by using the circular-crested weir formula. During the dam break process, the outflow and sediment discharge are represented as single-peak curves, which show a monotonic decreasing trend after the peak. The experimental results are slightly lower than the circular-crested weir formula. An empirical formula for the overtopping peak discharge is proposed, which is useful for warning and monitoring purposes for landslide dams and levee overtopping.

目錄
摘要 ................................................................................................... II
Abstract ......................................................................................... III
誌謝 .................................................................................................. IV
目錄 ................................................................................................... V
圖目錄 ........................................................................................... VIII
表目錄 ............................................................................................ XII
第一章 緒論 .................................................................................... 1
1.1 前言 .......................................................................................... 1
1.2 研究動機及目的 ...................................................................... 7
1.3 研究方法 .................................................................................. 7
1.4 論文架構 .................................................................................. 7
第二章 文獻回顧 .......................................................................... 10
2.1 土石流之定義 ........................................................................ 10
2.1.1 土石流之分類 ................................................................. 10
2.1.2 潰壩 (天然壩) 型土石流 ............................................... 10
2.2 堤壩破壞模式 ........................................................................ 11
2.3 潰壩期間的流況 .................................................................... 12
2.3.1 圓頂堰排放流量公式 .......................................................... 14
2.3.2 惠蓀林場大規模之土砂試驗研究 ..................................... 15
2.3.2.1 惠蓀林場土砂試驗站簡介 ........................................... 15
2.3.2.2 實驗設置及實驗過程 ................................................... 16
2.3.2.3 試驗站實驗結果討論 ................................................... 16
2.4 時域反射技術理論 ................................................................ 17
2.4.1 時域反射法介紹 ............................................................. 17
2.4.2 TDR 監測概略說明 ......................................................... 19
2.4.3 TDR 監測設備回顧 ......................................................... 21
2.4.3.1 TDR 監測設備優點 ...................................................... 21
2.4.3.2 TDR 鋼棒式感測器 ...................................................... 21
2.4.3.3 TDR 沖刷訊號分析方法 .............................................. 22
第三章 實驗設置與研究方法 ...................................................... 29
3.1 實驗設備 ................................................................................ 29
3.2 實驗材料特性 ........................................................................ 32
3.3 TDR 感測器 ............................................................................ 34
3.4 實驗配置 ................................................................................ 36
3.5 實驗步驟 ................................................................................ 36
3.6 分析方法與實驗率定 ............................................................ 37
3.6.1 堰塞壩潰決流況分析 ..................................................... 37
3.6.2 流量計流量率定 ............................................................. 39
3.6.3 TDR 波速率定 ................................................................. 43
第四章 實驗結果與討論 .............................................................. 47
4.1 TDR 感測器量測結果 ............................................................ 47
4.1.1 堰塞壩中央處之滲流水位 ............................................. 48
4.1.2 潰壩時的沖刷歷程量測 ................................................. 53
4.1.3 感測器故障評估結果 ..................................................... 58
4.2 堰塞壩潰壩時期之各項參數 ................................................ 59
4.2.1 出流量分析...................................................................... 59
4.2.2 輸砂量分析...................................................................... 68
4.2.3 水流功率 .......................................................................... 75
4.3 堰塞壩潰壩歷程輪廓變化 .................................................... 77
第五章 結論與建議 ...................................................................... 82
5.1 結論 ........................................................................................ 82
5.2 建議 ........................................................................................ 83
參考文獻 ......................................................................................... 84

[1] 湯士弘(2007)，“纜線電阻對於TDR 量測影響之理論模擬與應用”，國立交通大學土木工程學系研究所，博士論文。
[2] 唐啟釗(2016)，“流線座標法應用於二維堵塞型越臨界之穩態液面與黏性流場分析”，國立成功大學水利及海洋工程學系，2016海洋工程研討會暨科技部計畫成果發表會論文集。
[3] 廖振順(2011) ， “ 小林村滅村始末” ， 取自網址:https://www.youtube.com/watch?v=D59xJBfj1Cc。
[4] 艾寧靜(2012)，“颱風與季風共伴之環境場研究”，中國文化大學地學研究所大氣科學組研究所，碩士論文。
[5] 林志平、王凱、鍾志忠(2012)，“新式時域反射沖刷量測裝置與其方法”，2012年10月岩盤工程研討會。
[6] 林聖景(2017)，“渠床堆積顆粒體之滲流破壞過程及撞擊力分析”，國立中央大學土木工程學系研究所，碩士論文。
[7] 簡煒峰(2017)，“應用時域反射法於地層下陷監測之改善研發”，國立中央大學土木工程學系研究所，碩士論文。
[8] 蕭惠民(2011)，“時域反射儀於邊坡穩定監測分析及治理工程之應用”，行政院農業委員會水土保持局，出國報告(出國類別:研習)。
[9] 周家榮(2001)，“時域反射儀在大地工程量測之應用”，國立交通大學土木工程學系研究所，碩士論文。
[10] 鄭瑋皜(2016)，“TDR 沖刷監測技術改良研究”，國立交通大學土木工程學系研究所，碩士論文。
[11] 陳樹群，安軒霈，徐子陽，王強(2015)，“惠蓀林場蘭島溪高精度可調流量土砂試驗站”，2015年中華水土保持學報46(1): 1-6。
[12] 楊培熙(2003)，“TDR 水位量測技術在大地與水利工程之應用”，國立交通大學土木工程學系研究所，碩士論文。
[13] 翁玉紋(2010)，“適用於橋樑沖刷監測之TDR 感測器研發”，國立交通大學土木工程學系研究所，碩士論文。
[14] 王俊凱(2017)，“不同水砂比之顆粒流對於渠道回淤及沖積扇堆積型態之影響”，國立中央大學土木工程學系研究所，碩士論文。
[15] 水土保持學會（1992），“水土保持手冊”，中華水土保持學會。
[16] 經濟部水利署(2006)，“水庫壩體監測及檢測與安全診斷技術研發”，經濟部水利署。
[17] 經濟部水利署(2015)，“河川含砂濃度全洪程觀測與含砂濃度歷線推估模式建構”，國立交通大學防災與水環境研究中心。
[18] Chinnarasri, C., Tingsanchali, T.,Weesakul, S.,Wongwises S. (2003), “Flow patterns and damage of dike overtopping”, International Journal of Sediment Research 18(4), pp.301-309.
[19] Dworak, R.A., Jordan A.G., and Thorne, J.S. (1977), “Time Domain Relectometer Microcomputer (contract H0346138)”, BuMines OFR, 1977.113, pp.106-77.
[20] Hager, W.H. (1994), Discussion of ‘Momentum model for flow past weir’, by Ramamurthy, A.S., Vo., N.-D., Vera, G. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 120(3), pp.684-685.
[21] Naef, D., Rickenmann, D., Rutschmann, P., and McArdell, B. (2006), “Comparison of flow resistance relations for debris flows using a onedimensional
finite element simulation model”, Hazards Earth Syst. Sci., 6, pp.155–165.
[22] Powledge, G.R., Ralston, D.C., Miller, P., Chen, Y.H. (1989), “Mechanics of Overflow Erosion on mbankments. II: Hydraulic and Design Considerations”, J. Hydraulic Eng., Vol.115, pp.1056-1075.
[23] Powledge, G.R., Ralston, D.C., Miller, P., Chen, Y.H., Cloppner, P.E., Temple, D.M. (1989), “Mechanics of overflow erosion on embankments: Research activities”, Journal of Hydraulic Engineering 115(8), pp.1040-1055.
[24] Ripendra A., Hajime N., Kenji K., Yasuyuki B., Hao Z. (2008), “An integrated approach to predict outflow hydrograph due to landslide dam failure by overtopping and sliding”, Annual Journal of Hydraulic Engineering,
JSCE, Vol.52, pp.151-156.
[25] Schmocker L.& Hager W.H. (2010), “Overtopping and breaching of dikes – Breach profile and breach flow”, River Flow 2010 - Dittrich, Koll, Aberle & Geisenhainer (eds), pp.515-522.
[26] Singh, V.P. (1996), “Dam breach modelling technology”, Dordrecht, London.: Kluwer Academic, ISBN: 0792339258.
[27] Stansby P.K., Chegini A., and Barnes T.C.D. (1998), “The initial stages of dam-break flow,” Journal of Fluid Mechanics, vol. 374, pp. 407–424.
[28] Takahashi, T. and Kuang, S.F. (1988), “Hydrograph prediction of debris flow due to failure of landslide dam”, Annuals, Disas. Prev. Res. Inst., Kyoto Univ.,
No.31 B-2, pp.601–615.
[29] Yankielun N.E. and Zabilansky L. (1999), “laboratory investigation of timedomain reflectometry system for monitoring bridge scour”, J Hydraul Eng 1999; 125(12), pp.1279–1284.
[30] Yu, X.B. and Yu, X. (2007), “Algorithm for Time Domain Reflectometry Bridge Scour Measurement System”, field measurements for geomechanics, FMGM 2007, Boston, MA.