第五章 現場案例應用及分析
6.2 建議
1. 在現場案例應用時，除了作粒徑分析外，凝聚性沉滓部分應針對 其現場採樣之顆粒性質做一完整性分析，例如針對某一渠道應對其凝 聚性沉滓做沉降速度分析，以及渠道在不同河段和深度進行土壤試驗 求得土壤含水率，正確迴歸土壤臨界剪應力，以供模式採用。
2. 本研究為凝聚性沉滓之基本輸砂運移行為之模擬分析，但為更了 解應用水庫及河口之沉滓影響因子，應配合實驗結果得到完整研究。
3. 凝聚性沉滓之沉降剪應力至今乃無一特定函數關係式，由敏感度
測試得知其重要性，現今許多模式及文獻中直接將其值由率定方式給 之。本研究將此當作一模擬因子，藉以了解沉降剪應力對沉降機制的 變化，在未來應用時為一值得探討的變數。
49
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53
表 2-1 實驗參數表(摘錄 Roberts 1998) Mean diameter of
sediment particles (μ ) m
N
cM
cA
c5.7 1.9 -29.0 3.28
× 10
414.8 2.27 -27.4 2.68
× 10
418.3 2.31 -25.6 1.49
× 10
448 2.23 -23.8 8.27
× 10
375 2.1 -22.3 4.70
× 10
3125 2.82 -20.6 4.23
× 10
3222 3.32 0 1.25
× 10
−2432 2.56 0 2.25
× 10
−21020 2.51 0 1.14
× 10
−21350 2.92 0 6.74
× 10
−3表 4-1 敏感度分析表_Krone 沉淤公式採用 Migiot 沉降速度
淤積公式 Krone 沉淤公式採用 Migiot 沉降速度
敏感參數 變動量 底床變化 濃度變化 懸浮值變化
最小改變量 最大改變量 最小改變量 最大改變量 最小改變量 最大改變量
上游入砂濃度 -10% -4.63E-06 -1.78E-05 -4.82E+02 -4.99E+02 -2.75E-05 -5.40E-05 +10% +4.62E-06 +1.78E-05 +4.82E+02 +4.99E+02 +2.75E-05 +5.40E-05 沉降剪應力 -10% -4.64E-05 -1.54E-04 +4.97E+00 +1.73E+02 -2.77E-04 -4.63E-04 +10% +6.10E-05 +1.26E-04 -4.06E+00 -1.59E+02 +3.63E-04 +3.77E-04 顆粒大小 -10% +1.04E-05 +2.08E-05 -6.70E-01 -2.77E+01 +6.22E-05 +6.73E-05 +10% -1.02E-05 -2.03E-05 +6.50E-01 +2.71E+01 -6.06E-05 -6.60E-05 坡度 -10% +4.34E-05 +8.68E-05 -2.77E+00 -1.14E+02 +2.56E-04 +2.76E-04 +10% -4.11E-05 -8.22E-05 +2.64E+00 +1.11E+02 -2.45E-04 -2.77E-04 註 : “+”代表正成長，“-”代表負成長
55
表 4-2 敏感度分析表_ Krone 沉淤公式採用 Krishnappan 沉降速度
淤積公式 Krone 沉淤公式採用 Krishnappan 沉降速度
敏感參數 變動量 底床變化 濃度變化 懸浮值變化
最小改變量 最大改變量 最小改變量 最大改變量 最小改變量 最大改變量
上游入砂濃度 -10% -1.12E-06 -4.20E-06 -4.96E+02 -5.00E+02 -6.71E-06 -1.27E-05 +10% +1.12E-06 +4.20E-06 +4.96E+02 +5.00E+02 +6.71E-06 +1.27E-05 沉降剪應力 -10% -1.12E-05 -3.64E-05 +1.17E+00 +4.14E+01 -6.72E-05 -1.10E-04 +10% +1.49E-05 +2.97E-05 -9.60E-01 -3.89E+01 +8.89E-05 +9.21E-05 顆粒大小 -10% +5.30E-07 +2.70E-06 -8.00E-02 -1.40E+00 +3.18E-06 +8.37E-06 +10% -1.27E-06 -1.59E-06 +3.90E-01 +4.70E-01 -5.07E-06 -7.58E-06 坡度 -10% +1.02E-05 +2.05E-05 -6.60E-01 -2.86E+01 +6.04E-05 +6.95E-05 +10% -9.69E-06 -1.94E-05 +6.20E-01 +2.72E+01 -5.76E-05 -6.72E-05 註 : “+”代表正成長，“-”代表負成長
表 4-3 敏感度分析表_ Krone 沉淤公式採用 You 沉降速度
淤積公式 Krone 沉淤公式採用 You 沉降速度
敏感參數 變動量 底床變化 濃度變化 懸浮值變化
最小改變量 最大改變量 最小改變量 最大改變量 最小改變量 最大改變量
上游入砂濃度 -10% -4.33E-06 -1.71E-05 -4.83E+02 -4.99E+02 -2.58E-05 -5.27E-05 +10% +4.33E-06 +1.71E-05 +4.83E+02 +4.99E+02 +2.58E-05 +5.28E-05 沉降剪應力 -10% -4.33E-05 -1.48E-04 +4.76E+00 +1.64E+02 -2.58E-04 -4.43E-04 +10% +5.71E-05 +1.20E-04 -3.87E+00 -1.50E+02 +3.40E-04 +3.62E-04 顆粒大小 -10% +1.16E-05 +2.39E-05 -7.70E-01 -3.03E+01 +6.94E-05 +7.20E-05 +10% -1.09E-05 -2.22E-05 +7.20E-01 +2.83E+01 -6.52E-05 -6.68E-05 坡度 -10% +4.41E-05 +9.04E-05 -2.88E+00 -1.16E+02 +2.66E-04 +2.74E-04 +10% -4.05E-05 -8.10E-05 +2.60E+00 +1.07E+02 -2.41E-04 -2.58E-04 註 : “+”代表正成長，“-”代表負成長
57
表 4-4 敏感度分析表_ Shrestha 沉淤公式
淤積公式 Shrestha 沉淤公式
敏感參數 變動量 底床變化 濃度變化 懸浮值變化
最小改變量 最大改變量 最小改變量 最大改變量 最小改變量 最大改變量
上游入砂濃度 -10% -7.83E-06 -2.52E-05 -4.73E+02 -4.99E+02 -4.64E-05 -7.67E-05 +10% +7.83E-06 +2.52E-05 +4.73E+02 +4.99E+02 +4.63E-05 +7.68E-05 沉降剪應力 -10% -7.87E-05 -2.18E-04 +7.04E+00 +2.64E+02 -4.68E-04 -6.86E-04 +10% +1.01E-04 +1.78E-04 -5.76E+00 -2.40E+02 +5.29E-04 +5.98E-04
顆粒大小 -10% +1.81E-05 +2.75E-05 -8.90E-01 -3.99E+01 +8.10E-05 +1.08E-04 +10% -1.81E-05 -2.72E-05 +8.80E-01 +3.98E+01 -8.01E-05 -1.08E-04 坡度 -10% +4.01E-05 +5.09E-05 -1.61E+00 -8.56E+01 +1.43E-04 +2.69E-04
+10% -7.87E-05 -1.37E-04 +2.76E+00 +1.72E+02 -2.48E-04 -6.00E-04 註 : “+”代表正成長，“-”代表負成長
表 4-5 敏感度分析表_ Roberts et al.凝聚性沉滓沖刷機制 沖刷公式 Roberts 凝聚性沉滓沖刷機制
敏感參數 變動量 底床變化 濃度變化 懸浮質變化
最小改變量 最大改變量 最小改變量 最大改變量 最小改變量 最大改變量
濕密度 -5% +9.41E-06 +3.24E-04 +7.66E-01 +1.92E+01 +2.92E-05 +1.03E-03
+5% -3.45E-07 -7.93E-05 -1.87E-01 -4.72E+00 -2.20E-06 -2.53E-04
入流流量 -10% -1.33E-07 -1.75E-05 -1.43E-02 -5.54E-01 -5.80E-07 -5.17E-05
+10% +1.86E-07 +1.88E-05 +1.36E-02 +5.57E-01 +8.14E-07 +5.43E-05
顆粒大小 -10% -0.00E+00 -3.87E-06 -9.14E-03 -2.27E-01 -3.74E-08 -1.23E-05
+10% +2.39E-07 +3.92E-06 +8.64E-03 +2.34E-01 +3.68E-08 +1.16E-05
坡度 -10% -7.95E-08 -2.27E-05 -3.52E-02 -1.20E+00 -3.29E-07 -7.31E-05
+10% +1.06E-07 +2.46E-05 +3.60E-02 +1.27E+00 +3.50E-07 +7.90E-05
註 : “+”代表正成長，“-”代表負成長
59
表 4-6 敏感度分析表_ Krone 凝聚性沉滓沖刷機制
沖刷公式 Krone 凝聚性沉滓沖刷機制
敏感參數 變動量 底床變化 濃度變化 懸浮質變化
最小改變量 最大改變量 最小改變量 最大改變量 最小改變量 最大改變量
濕密度 -5% +5.96E-06 +1.24E-04 +2.93E-01 +7.52E+00 +1.87E-05 +3.94E-04
+5% -1.40E-07 -3.34E-05 -7.90E-02 -2.04E+00 -5.61E-07 -1.06E-04
入流流量 -10% -7.00E-08 -6.44E-06 -3.93E-03 -1.89E-01 -2.63E-07 -1.91E-05 +10% +8.00E-08 +6.83E-06 +3.66E-03 +1.87E-01 +3.49E-07 +2.01E-05 顆粒大小 -10% -0.00E+00 -1.41E-06 -3.33E-03 -8.45E-02 -1.26E-08 -4.48E-06 +10% +0.00E+00 +1.32E-06 +3.13E-03 +9.12E-02 +1.35E-08 +4.21E-06
坡度 -10% -3.00E-08 -8.52E-06 -1.29E-02 -4.54E-01 -1.25E-07 -2.74E-05
+10% +4.00E-08 +9.06E-06 +1.30E-02 +4.73E-01 +1.30E-07 +2.92E-05 註 : “+”代表正成長，“-”代表負成長
表 4-7 敏感度分析表_ Partheniades 凝聚性沉滓沖刷機制 沖刷公式 Partheniades 凝聚性沉滓沖刷機制
敏感參數 變動量 底床變化 濃度變化 懸浮質變化
最小改變量 最大改變量 最小改變量 最大改變量 最小改變量 最大改變量
濕密度 -5% +3.05E-06 +8.65E-04 +2.02E+00 +4.50E+01 +1.17E-05 +2.75E-03
+5% -9.00E-08 -2.60E-05 -6.03E-02 -1.31E+00 -3.59E-07 -8.28E-05
入流流量 -10% -1.00E-08 -7.96E-06 -1.32E-02 -3.18E-01 -3.86E-08 -2.46E-05 +10% +1.00E-08 +9.93E-06 +1.45E-02 +3.65E-01 +3.49E-08 +3.01E-05 顆粒大小 -10% -4.00E-08 -1.17E-05 -2.71E-02 -5.91E-01 -1.59E-07 -3.71E-05 +10% +7.00E-08 +1.75E-05 +4.07E-02 +8.93E-01 +2.36E-07 +5.57E-05
坡度 -10% -3.00E-08 -9.32E-06 -1.66E-02 -4.59E-01 -1.26E-07 -2.98E-05
+10% +5.00E-08 +1.16E-05 +1.94E-02 +5.80E-01 +1.59E-07 +3.72E-05 註 : “+”代表正成長，“-”代表負成長
61
表 4-8 敏感度分析表_非凝聚性沉滓機制
沖刷公式 非凝聚性沉滓機制
敏感參數 變動量 底床變化 濃度變化 懸浮質變化
最小改變量 最大改變量 最小改變量 最大改變量 最小改變量 最大改變量
濕密度 -5% 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
+5% 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
入流流量 -10% -7.10E-07 -1.84E-04 -1.41E-01 -4.51E+00 -0.00E+00 -5.53E-04 +10% +7.50E-07 +1.95E-04 +1.30E-01 +4.10E+00 +0.00E+00 +5.74E-04 顆粒大小 -10% -1.10E-07 -1.19E-04 -2.85E-01 -5.32E+00 -0.00E+00 -3.93E-04 +10% +1.00E-07 +1.19E-04 +2.86E-01 +5.19E+00 +0.00E+00 +3.94E-04 坡度 -10% -1.30E-07 -1.93E-04 -4.60E-01 -1.05E+01 -0.00E+00 -6.36E-04 +10% +1.00E-07 +2.08E-04 +3.70E-01 +9.85E+00 +0.00E+00 +6.59E-04 註 : “+”代表正成長，“-”代表負成長
1
圖 1-1 固結時間和土壤深度與底床剪應力強度之關係圖( Parchure &
Mehta 1985)
圖 1-2 粒徑為 5.7 微米時濕密度隨深度及固結時間之變化( Roberts et al.1998)
63
2
圖 2-1 凝聚性沉滓力平衡示意圖
圖 2-2 不同粒徑及濕密度下之啟動剪應力(摘錄 Wilbert et al.2004)
圖 2-3 團絮密度與沉降速度關係(摘錄 Krishnappan 2000)
圖 2-4 沉淤速度與濃度關係圖 (摘錄 You 2004)
65
3 distance, x
time, t
t n t
= ⋅ Δ
t n t=( +1)⋅Δ
Δ
t t
2Δ t
1Δ
t
LNSΔ
cc
Dl=1 l=2
current computed node
Δx
characteristics trajectory
l=LNS+1 l=LNS
l=3
圖 3-1 懸浮沈滓之移流特性軌跡
4
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
第一天
0 2000 4000 6000 8000 10000
第一天
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
第一天
67
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
第一天
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
第一天
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
第一天
圖 4-7 底床變化量圖( You 2004)
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
第一天
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
第一天
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
第一天
0.00E+0
圖 4-13 底床變化量圖( Roberts et al.1998)
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1.65 1.7
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1.65
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1.65
71
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 90001.65 1.7
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1.65
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
1.65
圖 4-19 底床變化量圖( Partheniades 1965)
圖 4-20 懸浮濃度變化圖( Partheniades 1965)
圖 4-21 懸浮載源變化圖( Partheniades 1965)
‐0.0006
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1.65
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
1.65
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
1.65
73
圖 4-22 底床變化量圖(Q=250cms)
‐0.006
‐0.005
‐0.004
‐0.003
‐0.002
‐0.001 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
Krone(1999) Partheniads(1965) Roberts(1998) Van Rijn(1984)
渠道中軸距(m) 底床變化量(m)
圖 4-23 各影響因子對整體渠道底床變化之影響比例( Migiot 1989)
圖 4-24 各影響因子對整體渠道濃度變化之影響比例( Migiot 1989)
入砂濃度+‐10%
6% 粒徑+‐10%
8%
沉降剪應力+‐10%
52%
坡度+‐10%
34%
各變數對底床變化影響比例
by Migiot (1989)
入砂濃度+‐10%
76%
粒徑+‐10%
2%
沉降剪應力+‐10%
13%
坡度+‐
10%
9%
各變數對濃度變化影響比例
by Migiot (1989)
75
圖 4-25 各影響因子對整體渠道底床變化之影響比例( Krishnappan 2000)
圖 4-26 各影響因子對整體渠道濃度變化之影響比例( Krishnappan 2000)
入砂濃度+‐10%
6% 粒徑+‐10%
2%
沉降剪應力+‐10%
56%
坡度+‐10%
36%
各變數對底床變化影響比例
by Krishnappan (2000)
入砂濃度+‐10%
93%
粒徑+‐10%
0%
沉降剪應力+‐10%
4%
坡度+‐10%
3%
各變數對濃度變化影響比例
by Krishnappan (2000)
圖 4-27 各影響因子對整體渠道底床變化之影響比例( You 2004)
圖 4-28 各影響因子對整體渠道濃度變化之影響比例( You 2004)
入砂濃度+‐10%
6%
粒徑+‐10%
9%
沉降剪應力+‐10%
50%
坡度+‐10%
35%
各變數對底床變化影響比例
by You (2004)
入砂濃度+‐10%
76%
粒徑+‐10%
2%
沉降剪應力+‐10%
13%
坡度+‐10%
9%
各變數對濃度變化影響比例
by You (2004)
77
圖 4-29 各影響因子對整體渠道底床變化之影響比例( Shrestha 1996)
圖 4-30 各影響因子對整體渠道濃度變化之影響比例( Shrestha 1996)
入砂濃度+‐10%
6% 粒徑+‐10%
9%
沉降剪應力+‐10%
58%
坡度+‐10%
27%
各變數對底床變化影響比例
by Shrestha (1996)
入砂濃度+‐10%
70%
粒徑+‐10%
3%
沉降剪應力+‐10%
19%
坡度+‐10%
8%
各變數對濃度變化影響比例
by Shrestha (1996)
圖 4-31 各影響因子對整體渠道底床變化之影響比例( Roberts et al.
1998)
圖 4-32 各影響因子對整體渠道濃度變化之影響比例( Roberts et al.
1998)
濕密度+‐5%
82%
粒徑+‐10%
1%
入流流量+‐10%
9%
坡度+‐10%
8%
各變數對底床變化影響比例
by Roberts(1998)
濕密度+‐5%
87%
粒徑+‐10%
2%
入流流量+‐10%
3%
坡度+‐10%
8%
各變數對濃度變化影響比例
by Roberts(1998)
79
圖 4-33 各影響因子對整體渠道底床變化之影響比例( Krone 1999)
圖 4-34 各影響因子對整體渠道濃度變化之影響比例( Krone 1999)
濕密度+‐5%
82%
粒徑+‐10%
1%
入流流量+‐10%
9%
坡度+‐10%
8%
各變數對底床變化影響比例
by Krone(1999)
濕密度+‐5%
88%
粒徑+‐10%
1%
入流流量+‐10%
3%
坡度+‐10%
8%
各變數對濃度變化影響比例
by Krone(1999)
圖 4-35 各影響因子對整體渠道底床變化之影響比例( Partheniades 1965)
圖 4-36 各影響因子對整體渠道濃度變化之影響比例( Partheniades 1965)
濕密度+‐5%
93%
粒徑+‐10%
3%
入流流量+‐10%
2% 坡度+‐10%
2%
各變數對底床變化影響比例
by Partheniades(1965)
濕密度+‐5%
94%
粒徑+‐10%
3%
入流流量+‐10%
1% 坡度+‐10%
2%
各變數對濃度變化影響比例
by Partheniades(1965)
81
圖 4-37 各影響因子對整體渠道底床變化之影響比例( Van Rijn 1984)
圖 4-38 各影響因子對整體渠道濃度變化之影響比例( Van Rijn 1984)
濕密度+‐10%
0%
粒徑+‐10%
21%
入流流量+‐10%
40%
坡度+‐10%
39%
各變數對底床變化影響比例
by Van Rijn(1984)
濕密度+‐10%
0%
粒徑+‐10%
29%
入流流量+‐10%
20%
坡度+‐10%
51%
各變數對濃度變化影響比例
by Van Rijn(1984)
5
圖 5-1 石門水庫下游水位歷線圖(艾利颱風) 241.0
241.5 242.0 242.5 243.0 243.5 244.0 244.5 245.0 245.5 246.0 246.5 247.0
23日 1
5 9 13 17 21 24日 1
5 9 13 17 21 25日 1
5 9 13 17 21 26日 1
5 9 13 17 21
水位(m)
時 間 (hr)
石 門 水 庫 水 位 歷 線 圖 (艾利颱 風) (93年8月23日1時~93年8月26日24時)
模擬時間
83
圖 5-2 石門水庫上游流量歷線圖(艾利颱風) 0
1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 10,000
23日 1
5 9 13 17 21 24日 1
5 9 13 17 21 25日 1
5 9 13 17 21 26日 1
5 9 13 17 21
流量(cms)
時 間 (hr)
石 門 水 庫 流 量 歷 線 (艾利颱 風) (93年8月23日1時~93年8月26日24時)
水庫進水量
模擬時間
圖 5-3 石門水庫上游入砂濃度歷線圖(艾利颱風)
0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000
23日1 5 9 13 17 21 24日1 5 9 13 17 21 25日1 5 9 13 17 21 26日1 5 9 13 17 21
石門水庫上游入砂歷線(艾利颱風) (93年8月23日1時~93年8月26日24時)
時間(hr)
入砂濃度(ppm)
模擬時間
85
圖 5-4 下游水庫出流量與實測結果比較圖(艾利颱風)
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
模擬結果 實測值
時間(hr)
下游水庫出流量(含放水量與洩洪量)與實測結果圖
流量 (cms)
24日5 9 13 17 21 25日1 5 9 13 17 21 26日1 5 9 13 17 21 27日1
圖 5-5 石門水庫模擬結束底床變化_水位圖(艾利颱風)
170 180 190 200 210 220 230 240 250
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
模擬水位 93_12底床實測 模擬結果 原始底床
河道中軸(m) 底床變化‐水位圖
羅浮 壩址
m
87
圖 5-6 石門水庫模擬結束底床變化量圖(艾利颱風)
‐5 0 5 10 15 20
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
模擬結果 不考慮凝聚性 實測點 74年起，於壩前1.5Km範圍庫區，
抽泥約300000~450000m3 底床變化量
河道中軸(m)
河道中軸(m)