室內試驗結果

本研究針對清水、泥沙濃度及泥沙粒徑共進行了 36 組飽和試體的濁水 沖蝕試驗，12 組未飽和試體的濁水下沖蝕試驗及 3 組清水沖蝕試驗，總共 施作 51 組室內試驗。所採用之試體皆為湖山水庫岩塊，岩性為砂岩，其單 壓強度於現地使用電子式史密特槌所得知單壓強度為 4MPa，粒徑分析資料 如圖 5-7，其主要粒徑分佈範圍為 0.15mm~0.425mm。

圖 5-7 湖山水庫岩塊粒徑分析資料

以下就提出各試驗結果並加以討論。

表 5.1 為未飽和試體的試驗結果，由結果顯示過通過相同篩號濁水試驗，

濁水濃度增加，沖蝕深度並未呈現單調增加，例如過 60 號篩試體當濃度由 1000ppm, 5000ppm 增加至 10000ppm，其總沖蝕深度分別為 1.96mm, 0.98mm, 1.52mm，結果顯然與物理現象不符。其原因應是試體研磨的過程中，所殘 留的碎屑並沒有完全清除，而導致試驗進行的過程中，殘留有碎屑的試體 表面因水流的沖擊，而使這些碎屑剝離，造成短時間內就出現較大的沖蝕 量。因此為避免此狀況再度發生，室內試驗的試體一律先研磨過後再以毛 刷及氣槍清理過後，再靜置於清水中 24 小時，待其飽和再進行試驗。

表 5-1 未飽和試體試驗結果

表 5-2 為飽和岩塊的清水室驗結果，由表顯示清水試驗的沖蝕深度介 於 0.14-0.18 之間平均值為 0.16mm，沖蝕深度甚小，顯見清水沖刷對岩石影 響並不大。

表 5-2 清水試驗結果(飽和試體)

表 5-3 為通過 40 號篩各濃度試驗結果，由表顯示濃度 1000ppm 之沖蝕 深度介於 0.28-0.34mm，平均值為 0.31mm，濃度 5000ppm 之沖蝕深度介於 0.30-0.40mm，平均值為 0.35mm，濃度 10000ppm 之沖蝕深度介於

0.48-0.60mm，平均值為 0.53mm。前述結果顯示沖蝕深度及沖蝕率實驗一 致性尚佳。圖 5-8 顯示濁水濃度 1000ppm 及 5000ppm 的總沖蝕深度及沖蝕 率，雖然有上升，但是提高幅度並不算明顯，而濁水濃度 10000ppm 時的總 沖蝕深度及沖蝕率則有較高幅度的上升，應為濁水濃度大幅提高後，水中 的粒料，增加磨蝕沖蝕作用效率所導致。

表 5-3 通過 40 號篩各濃度試驗結果(飽和試體)

圖 5-8 濃度與沖蝕率關係圖(過 40 號篩)

表 5-4 為通過 60 號篩各濃度試驗結果，由表顯示濃度 1000ppm 之沖蝕 深度介於 0.20-0.26mm，平均值為 0.22mm，濃度 5000ppm 之沖蝕深度介於 0.28-0.34mm，平均值為 0.31mm，濃度 10000ppm 之沖蝕深度介於

0.44-0.50mm，平均值為 0.46mm。前述結果顯示沖蝕深度及沖蝕率一致性 佳。圖 5-9 顯示濁水濃度 1000ppm 及 5000ppm 的總沖蝕深度及沖蝕率，雖 然有上升，但是幅度亦不如濁水濃度 10000ppm 明顯的提高，且與通過 40 號篩各濃度試驗結果比較後，可得到平均沖蝕深度大約都下降了 10 個百分 點，因此可得到當粒徑大小改變時，亦會影響到沖蝕深度及沖蝕率，但影 響程度並不及濃度的改變。

表 5-4 通過 60 號篩各濃度試驗結果(飽和試體)

圖 5-9 濃度與沖蝕率關係圖(過 60 號篩)

表 5-5 為通過 100 號篩各濃度試驗結果，由表顯示濃度 1000ppm 之沖 蝕深度介於 0.16-0.22mm，平均值為 0.18mm，濃度 5000ppm 之沖蝕深度介 於 0.30-0.42mm，平均值為 0.37mm，濃度 10000ppm 之沖蝕深度介於

0.36-0.42mm，平均值為 0.38mm。圖 5-10 顯示濁水濃度 10000ppm 的總沖 蝕深度及沖蝕率雖然高於 5000ppm 的總沖蝕深度及沖蝕率，但是幅度有限，

可能是因為 5000ppm 第三組的試驗結果之沖刷深度為 0.42mm，此組試驗之 後段出現單一次較大幅度的沖蝕使得沖蝕率高達 0.5567(mm/hr)，所導致。

但由這一系列的試驗結果可以看到，當粒徑減小時，濃度 1000ppm 的試驗 結果所得之沖蝕率趨近於清水試驗所得之沖蝕率。

表 5-5 通過 100 號篩各濃度試驗數據(飽和試體)

圖 5-10 濃度與沖蝕率關係圖(過 100 號篩)

表 5-6 為通過混合粒徑各濃度試驗結果，此一系列試驗所使用的粒料 是依照頭前溪之河床淤砂之粒徑分佈所配製而成(表 3-3、圖 3-8)。由表 5-6 顯示濃度 1000ppm 之沖蝕深度介於 0.24-0.30mm，平均值為 0.27mm，濃度 5000ppm 之沖蝕深度介於 0.32-0.36mm，平均值為 0.35mm，濃度 10000ppm 之沖蝕深度介於 0.44-0.50mm，平均值為 0.47mm。。圖 5-11 顯示各濃度的 總沖蝕深度及沖蝕率皆有上升的趨勢，但 1000ppm 與 5000ppm 的差異並不 大，10000ppm 的平均沖蝕深度比 5000ppm 的平均沖蝕深度高了 0.20mm，

因混合粒徑試驗的粒徑主要分布範圍在 40 號篩及 60 號篩，比較其他粒徑 的試驗可以發現混合粒徑的試驗結果就落在 40 號篩及 60 號篩之間，故此 結果亦符合預期。

表 5-6 模擬現地泥砂粒徑各濃度試驗數據(飽和試體)

圖 5-11 濃度與沖蝕率關係圖(Mix)

說明相同濃度粒徑的影響

圖 5-12 為整理前述清水及不同濃度和粒徑的實驗結果平均值的綜合 圖。圖中顯示粒徑大小的改變對於總沖刷深度及沖蝕率的影響，並不及濁 水濃度的影響。因此推測，因本研究的試驗所使用的泥沙粒徑皆在 0.425mm 以下，因粒徑細小故對沖蝕深度及沖蝕率的影響並不大，影響沖蝕率及沖 蝕深度的主要的因素為濁水濃度，尤其當濃度提高至 10000ppm 時，沖蝕的 狀況更加顯著。室內試驗的結果呈現出，沖蝕的狀況在高濃度時有明顯的 提升，與沖刷釘(經濟部水利署水利規劃試驗所，2011)量測所得的結果相符，

顯見河道的沖蝕，主要發生在洪汛期間。

圖 5-12 濃度與沖蝕率關係圖(綜合比較)

由表 5-2、表 5-3、表 5-4、表 5-5、表 5-6 及圖 5-8、圖 5-9、圖 5-10、