5.2 清淤泥砂堆置河道案例
6.2.2 二維模式模擬結果分析
圖39~52 為模擬前後底床高程立體圖，可見堆置區段 I=21~45 處其沖刷情形 並不明顯，僅些許沖刷，將堆置區段計算斷面 I=25、33、41 處剖面圖繪出，如 圖53、54、55，可見堆置區段底床高程沖刷量約僅在 0.1~0.4m 間，距原始未堆 置泥砂斷面仍有一段差距，顯示堆置泥砂在一場颱洪事件後無法隨水流沖刷帶 走。進入計算斷面I=155 之下游段後，由於床質粒徑組成轉為砂質河床，在受到 水流持續作用下，因此沖淤變化較為明顯，擷取計算斷面155 剖面圖 56 可看出，
沖刷深度可有2.5m 之多。
分析一維模式與二維模式底床沖淤結果之差異性，由於計算概念與堆置方式 之不同，一維模式每個計算斷面僅面積之概念，在斷面沖淤變化為同時上升或下 降之展現，計算時無法像二維模式具有局部地區床質粒徑比例不同之考量，因此 在堆置泥砂沖刷量有高估之情形；而水平二維模式是以計算點為概念，因此在模 擬颱洪案例時，能夠考量洪水上升下降之過程，每個計算點因此也能夠有不同之 沖淤考量，相較一維模式而言更嚴謹且符合實際狀況。
2.懸浮質濃度變化
圖57~62 為二維之懸浮質濃度沿程變化圖，在此懸浮質濃度是採用斷面平均 濃度作為代表，將每個計算斷面上之計算點濃度平均後沿程繪出，由於入砂濃度 是一非穩態(unsteady)之歷線，因此可發現模擬過程中不同時刻之懸浮質濃度並 不具有一規律性，但濃度變化以 D1、D2、D3 粒徑為主，河心距 9000~11000m 堆置區段處 D1、D2 粒徑之懸浮質濃度未有明顯增加，而河心距 4000m 後之下 游段D3 粒徑之懸浮質濃度在不同時刻皆比其他區段來的高，此為下游段床質粒 徑屬砂質河床且沖刷較劇烈所造成。
七、結論與建議 7.1 結論
1. 在納莉颱風的水理條件下，若上游以 13,679ppm 的高含砂濃度排砂，後池內 的沖淤約在+0.5~-1.2m 之間，後村堰前之上游段沖淤約在+0.4~-0.4m 之間，
下游段的沖淤變化不大。
2. 在高濃度排砂案例中，模擬時間內後池堰與鳶山堰處 D1、D2 粒徑懸浮質濃 度各保持在6,800ppm 上下，顯示 D1、D2 粒徑濃度幾乎無沉降，皆保持為 沖洗載(wash load)形式運移，D3~D6 粒徑濃度則都在 500ppm 以下。
3. 水庫排放之粒徑主要為 D1、D2，因此河道上 D1、D2 粒徑的懸浮載源幾乎 為零，主要為D3 粒徑，從 D50 的角度來看，可看出河道之前段及後段粒徑 有粗化現象，而中段呈現細化現象。
4. 從一維模式分析，將清淤泥砂堆置在下游河道斷面 53、52、51 三個區段，
斷面整體堆高約1m，以馬莎颱洪為模擬條件，模擬 66 小時後堆置區段底床 已刷到約堆置後之一半，下游段由於床質較細且受到洪水持續作用，因而產 生沖刷。
5. 堆置區段之懸浮質濃度受到底床沖刷有些許升高，但並不明顯，經三峽溪側 流匯入後，濃度又再下降，下游段濃度趨於平衡。
6. 從二維模式分析，將清淤泥砂以填平深槽之方式堆置，模擬 66 小時後堆置 區段底床高程沖刷量約只在 0.1~0.4m，與原未堆置斷面相比仍有相當大差 距，計算斷面I=155 後之下游段床質轉為砂質河床，沖淤較為劇烈。
7. 一維模式在計算概念上屬同升同降之面積概念，因此在沖刷量有高估之情 形，二維模式相較一維模式考慮更為周詳與嚴謹，針對局部地區能有不同之 特性分佈，模擬結果也較為合理。
7.2 建議
1. 經由模擬結果顯示，水庫高含砂濃度排砂雖對水庫容量之維持有益，但排砂 過程中各取水口處之懸浮質濃度並未衰減，因此需尋求其他配套措施以確保 在高濃度排砂過程中各淨水廠能正常取水。
2. 根據二維模式模擬結果顯示，清淤泥砂堆置河道之可行性仍需再加以評估，
除了在不影響河防安全且適度調整水利、環保相關法規之前提下，目前未有
針對水庫內凝聚性沉滓堆置河道之試驗，對於此經過人為擾動後之沉滓沖淤 機制也尚待研究，此課題仍具有許多後續研究之價值。
八、參考文獻
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9. Migniot, C. (1989), ”Bedding-down and Rheology of Muds. Part I.” La Houille Blanche, No.1, 11-29(in French).
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12. Van Rijn, L.C. (1984a), “Sediment Transport, Part I: Bed Load Transport.”
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15. 葉克家、沈澄宇(2000)，「水庫排放凝聚性沈滓對下游河道之影響研究」，
國科會精簡報告。
九、附錄
表 1 大漢溪床質粒徑分配(1/2)
表 2 大漢溪床質粒徑分配(2/2)
表 3 石門水庫庫內粒徑分析
圖 1 淡水河流域圖
圖 2 石門水庫原水取水口位置圖
納莉颱風石門排洪流量歷線
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 時間(hr)
流量(cms)
圖 3 納莉颱風石門排洪流量歷線
柑城橋側入流流量
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 時間(HR)
流量(CMS)
圖 4 納莉颱風側入流三峽溪流量歷線
圖 5 濃度濁度對應圖 (子計畫四提供)
納莉颱風新海橋水位歷線
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 時間(hr)
水位(m)
圖 6 納莉颱風新海橋實測水位歷線
53斷面泥砂堆置示意圖
5 10 15 20 25 30
0 100 200 300 400 500 600
距離(m)
高程(m)
初始底床 泥砂堆置後底床
圖 7 一維斷面堆高示意圖
泥砂堆置河道區段示意圖
-5 0 5 10 15 20
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
河心距(m)
高程(m)
初始底床 泥砂堆置後底床
後村堰
新海橋
堆置區段
53 52
51
圖 8 一維泥砂堆置區段示意圖
馬莎颱風石門排洪流量歷線
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0 10 20 30 40 50 60
時間 (hr)
流量 (cms)
70
圖 9 馬莎颱風石門排洪流量歷線
馬莎颱風石門後池濃度歷線
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
0 10 20 30 40 50 60 7
時間 (hr)
濃度 (ppm)
0
圖 10 馬莎颱風石門後池濃度歷線
馬莎颱風新海橋實測水位歷線
0 1 2 3 4 5 6
0 10 20 30 40 50 60 7
時間 (hr)
水位 (m)
0 圖 11 馬莎颱風新海橋實測水位歷線
圖 12 二維模式模擬範圍格網點圖
圖 13 堆置前底床高程 3D 圖
圖 14 堆置後底床高程 3D 圖
泥砂堆置示意圖 (計算點25)
5 10 15 20
0 50 100 150 200 250 300
橫距(m)
高程(m)
填平後底床 原始底床
圖 15 二維泥砂堆置示意圖 (計算點 25) 泥砂堆置示意圖 (計算點33)
5 10 15 20
0 50 100 150 200 250
橫距(m) 高程(m)
填平後底床 原始底床
圖 16 二維泥砂堆置示意圖 (計算點 33)
泥砂堆置示意圖 (計算點41)
0 5 10 15
0 50 100 150 200 250
橫距(m)
高程(m)
填平後底床 原始底床
圖 17 二維泥砂堆置示意圖 (計算點 41)
大漢溪段底床高程沖淤變化
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
河心距(m)
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
河心距(m)
後池堰懸浮質濃度延時變化
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 時間(hour)
濃度(ppm)
粒徑D1 粒徑D2
圖 20 後池堰 D1、D2 懸浮質濃度延時變化
後池堰懸浮質濃度延時變化
0 100 200 300 400 500
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 時間(hour)
濃度(ppm)
粒徑D3
粒徑D4
粒徑D5
粒徑D6
圖 21 後池堰 D3~D6 懸浮質濃度延時變化
鳶山堰懸浮質濃度延時變化
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 時間(hour)
濃度(ppm)
粒徑D1 粒徑D2
圖 22 鳶山堰 D1、D2 懸浮質濃度延時變化
鳶山堰懸浮質濃度延時變化
0 100 200 300 400 500
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 時間(hour)
濃度(ppm)
粒徑D3 粒徑D4 粒徑D5 粒徑D6
圖 23 鳶山堰 D3~D6 懸浮質濃度延時變化
大漢溪下游段1 hr後懸浮質濃度沿程變化
0 2000 4000 6000河心距(m)8000 10000 12000 14000
濃度(ppm) 粒徑D1
0 2000 4000 6000河心距(m)8000 10000 12000 14000
濃度(ppm) 數列1
大漢溪下游段4 hr後懸浮質濃度沿程變化
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
河心距(m)
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
河心距(m)
8 hr後懸浮載源沿程變化
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
河心距(m)
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
河心距(m)
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
河心距(m)
D50 沿程變化
0 1 10 100
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
河心距
粒徑大小(mm) 24 hr
0 hr
後村堰 新海橋
圖 31 大漢溪下游段河床質 D50 沿程變化
清淤泥砂堆置案例模擬馬莎颱洪66hr後底床高程(黏性)
-5 0 5 10 15 20
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
河心距(m)
高程(m)
模擬後 泥砂堆置後底床 初始底床
後村堰
新海橋
堆置區段
下游沖刷
圖 32 一維模式清淤泥砂模擬馬莎颱風 66 小時後底床高程
清淤泥砂堆置案例模擬馬莎颱洪 1hr 懸移質濃度沿程變化
0 2000 4000 6000 河心距(m) 8000 10000 12000 14000
濃度(ppm)
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
河心距(m)
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
河心距(m)
清淤泥砂堆置案例 16hr 懸移質濃度沿程變化
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
河心距(m)
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
河心距(m)
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
河心距(m)
圖 39 堆置區段模擬前底床高程立體圖
圖 40 堆置區段模擬 66 小時後底床高程立體圖
圖 41 清淤泥砂堆置案例模擬前 (1/6)
圖 42 清淤泥砂堆置案例模擬後 (1/6)
圖 43 清淤泥砂堆置案例模擬前 (2/6)
圖 44 清淤泥砂堆置案例模擬後 (2/6)
圖 45 清淤泥砂堆置案例模擬前 (3/6)
圖 46 清淤泥砂堆置案例模擬後 (3/6)
圖 47 清淤泥砂堆置案例模擬前 (4/6)
圖 48 清淤泥砂堆置案例模擬後 (4/6)
圖 49 清淤泥砂堆置案例模擬前 (5/6)
圖 50 清淤泥砂堆置案例模擬後 (5/6)
圖 51 清淤泥砂堆置案例模擬前 (6/6)
圖 52 清淤泥砂堆置案例模擬後 (6/6)
泥砂堆置模擬前後高程比較 (計算斷面25)
5 10 15 20
0 50 100 150 200 250 300
橫距(m)
高程(m)
填平後底床 模擬後底床 原始底床
圖 53 二維泥砂堆置模擬前後高程比較 (計算點 25)
泥砂堆置模擬前後高程比較 (計算斷面33)
5 10 15 20
0 50 100 150 200 250
橫距(m)
高程(m)
填平後底床 模擬後底床 原始底床
圖 54 二維泥砂堆置模擬前後高程比較 (計算點 33)
泥砂堆置模擬前後高程比較 (計算斷面41)
0 5 10 15
0 50 100 150 200 250
橫距(m)
高程(m)
填平後底床 模擬後底床 原始底床
圖 55 二維泥砂堆置模擬前後高程比較 (計算點 41)
泥砂堆置模擬前後高程比較 (計算斷面155)
-5 0 5 10
0 50 100 150 200 250
橫距(m)
高程(m)
模擬後底床 原始底床
圖 56 二維泥砂堆置模擬前後高程比較 (計算點 155)
二維清淤泥砂堆置案例 1hr 懸移質濃度沿程變化
0 2000 4000 6000 河心距(m) 8000 10000 12000 14000
濃度(ppm)
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
河心距(m)
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
河心距(m)
二維清淤泥砂堆置案例 16hr 懸移質濃度沿程變化
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
河心距(m)
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
河心距(m)
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
河心距(m)