第四章 模式適用性及二次流效應之敏感度測試分析
4.2 二次流效應之敏感度測試分析
4.2.4 底床載彎道效應分析
於彎曲渠道裡，底床沖淤之現象為多為外岸刷深、內岸淤積。一 般而言，認定在渠道彎曲處之底床沖淤現象的起因是因為曲率半徑之 影響，包含離心力之產生、水面外岸超高之現象、二次流效應、彎道 底床偏斜之床形等現象，均與其有極高之相關性，如 Ikeda 等(1985)、
Struiksma 等(1985)、Shimizu 等(1989)都將曲率半徑之影響引入其底 床載運移的計算。本研究主要則應用(2.24)~(2.26)等三個輔助關係 式，將沉滓運移角度因子應用至底床載源通量之計算中，其中曲率半 徑反應於(2.25)式之右式後項，因此彎道效應影響底床載源之通量亦 於此項表現。
為了解在彎道沉滓運移角度因子裡曲率半徑之影響程度，故考慮
之流速和底床坡降的影響，以反應出該項之影響程度。
由圖 4.14 為考慮取消曲率半徑r演算與否之比較圖，圖中虛線段 為不考慮r之效應，實線段則為有考慮r之效應，由圖可明顯看出當 不考慮r之效應時，彎道底床沖淤之現象極弱；表 4.2 可見得其水深 Erms值在內外岸 0.375m 處分別為 0.01596 和 0.01328，若考慮全彎道 網格之水深Erms值則為 0.02030；若以Emzp之值來觀察，由表 4.3 可得 知模擬此案例時，模式針對考慮底床載彎道效應與否影響整體彎道平 均之底床變動量達 98.8%，在距離彎道內岸 0.375m 之縱斷面為 111.3%，距離彎道外岸 0.375m 之縱斷面則為 86.2%，顯示在模擬彎 道動床模式時，底床載彎道效應對底床沖淤深度影響極大，遠大於其 他影響因子之敏感程度。
表 4.1 不同θb之MaxU*與SI之回歸函數一覽表(謝，2002)
表 4.3 二次流彎道效應對底床變動影響分析一覽表
X
Y
0 5 10 15 20 25 30
0 5 10 15 20 25 30
Flow direction
圖 4.1 Struiksma(1983) DHL-T2 實驗水槽幾何形狀圖
X
Y
0 0.5 1 1.5 2
0.5 1 1.5
0.02mx6
0.04mx6
0.06mx3
0.07mx6
0.06mx3
0.04mx6
0.02mx6 0.5m
圖 4.3 模擬 DHL-T2 實驗彎道段之水面高程示意圖
彎道入口_0度
0.8 1 1.2
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 (R-RI)/B
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 (R-RI)/B
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 (R-RI)/B
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 (R-RI)/B
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 (R-RI)/B
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 (R-RI)/B
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 (R-RI)/B
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 (R-RI)/B
0.000 0.500 1.000
(R-RI)/B
Zs/Zsm
內岸 Æ 外岸 模擬時間：400 min
-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4
-5 0 5 10 15 20 25
彎道距離/渠寬
底床變動量/平均水深
Measured data
Computed by RESED-2D
圖 4.4 模擬 DHL-T2 實驗之彎道縱向底床變化圖
bend
0.375m from inner bank
0.375m from outer bank 0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
5 10 15 20 25 30 35 40 45
距離(m)
水深(m)
Compute by Struiksma computed by RESED-2D measured data
圖 4.5 模擬 DHL-T2 實驗之彎道縱向水深示意圖
0.00
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45
SI
0.375 m from outer bank 0.375 m from inner bank
0.06
0.08
0.375 m from outer bank 0.375 m from inner bank
圖 4.9 考慮滑移邊界與否之縱向水深比較圖(DHL-T2 實驗) (SI=0.1149)
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
5 10 15 20 25 30 35 40 45
距離 (m)
水深
(m
)
有懸浮載二次流效應 無懸浮載二次流效應
(Dk =0.45mm) 圖 4.10 懸浮載二次流效應對縱向水深影響示意圖_1(DHL-T2 實驗)
bend
0.375m from the inner bank
0.375m from the outer bank 0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
5 10 15 20 25 30 35 40 45
距離 (m)
水深 (m)
有懸浮載二次流效應 無懸浮載二次流效應
(Dk =0.60mm) 圖 4.11 懸浮載二次流效應對縱向水深影響示意圖_2(DHL-T2 實驗)
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
5 10 15 20 25 30 35 40 45
距離 (m)
水深 (m)
有懸浮載二次流效應 無懸浮載二次流效應
(Dk =0.20mm) 圖 4.12 懸浮載二次流效應對縱向水深影響示意圖_3(DHL-T2 實驗)
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
5 10 15 20 25 30 35 40 45
距離 (m)
水深 (m)
粒徑=0.60mm 粒徑=0.45mm 粒徑=0.20mm
圖 4.13 模擬不同粒徑對沖淤影響示意圖(DHL-T2 實驗)
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
5 10 15 20 25 30 35 40 45
距離 (m)
水深
(m)
不考慮底床載二次流效應 考慮底床載二次流效應
圖 4.14 考慮底床載彎道效應與否之縱向水深比較圖(DHL-T2 實驗)