第五章 草嶺潭河段模擬
6.2 建議
本研究發展之模式目前系一維定床模式，而實際河道中，存在許 多複雜之流況（如彎道、河道沖淤變化、主支流交匯問題等），尚有 待進一步的研究與改善：
1、二維或三維數值模式之建立
實際河道斷面極不規則且其流況多屬複雜，以一維水流解得之水
合流河段以二維或三維水流模擬，可對局部複雜流況有較詳盡之描 述。
2、主支流交匯模式之發展
天然河系或都市及農田排水系統，常存在有渠道交匯之情形，河 川或渠道於支渠入流交匯區附近之流況極為複雜，若於河道坡度過於 陡峭，易存在超臨界流與亞臨界流共存之複雜流況，未來本模式可以 擴充至模擬此種複雜流況。
3、動床模式之發展
為考慮洪水過程中河道沖淤變化或河道底床長期演變之趨勢，一 維陡坡動床模式之研發有其必要性。
參考文獻
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圖 3-1 亞臨界流況下之特性速度
圖 3-2 超臨界流況下之特性速度
C- C+
1 2 N-1 N
M
R
P
L Dt Dx
3 N-2
C+
C-A A
Q QA Q Q
C+ C-
M
R
P
L Dt Dx
3
1 2 N-2 N-1 N
C+
C-
Q A Q A Q A Q
圖 3-3 超臨界流況下之外插特性速度 C+ C-
M
R L Dt Dx
3
1 2 N-2 N-1 N
C+
C-
Q A Q A Q A Q
P
1
Time Step n +1
矩形渠道,slope=0.5
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA (m) HEC-RAS(m)
圖 4-1 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.281cms,Dini=0.05m)
矩形渠道,slope=0.5
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA (m) HEC-RAS(m)
圖 4-2 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.843cms,Dini=0.1m)
矩形渠道,slope=0.5
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA (m) HEC-RAS(m)
圖 4-3 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=1.571cms,Dini=0.15m)
矩形渠道,slope=0.1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA (m) HEC-RAS(m)
圖 4-4 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.1259cms,Dini=0.05m)
矩形渠道,slope=0.1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-5 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.3771cms,Dini=0.1m)
矩形渠道,slope=0.1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-6 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.7026cms,Dini=0.15m)
矩形渠道,slope=0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-7 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.0398cms,Dini=0.05m)
矩形渠道,slope=0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-8 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.1192cms,Dini=0.1m)
矩形渠道,slope=0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-9 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.2221cms,Dini=0.15m)
矩型漸縮渠道,slope=0.5
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-10 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.281cms,Dini=0.05m)
矩型漸縮渠道,slope=0.5
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-11 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.843cms,Dini=0.1m)
矩型漸縮渠道,slope=0.5
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-12 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=1.571cms,Dini=0.15m)
矩型漸縮渠道,slope=0.1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-13 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.1259cms,Dini=0.05m)
矩型漸縮渠道,slope=0.1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-14 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.3771cms,Dini=0.1m)
矩型漸縮渠道,slope=0.1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-15 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.7026cms,Dini=0.15m)
矩型漸縮渠道,slope=0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-16 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.0398cms,Dini=0.05m)
矩型漸縮渠道,slope=0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-17 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.1192cms,Dini=0.1m)
矩型漸縮渠道,slope=0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-18 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.2221cms,Dini=0.15m)
矩型漸擴渠道,slope=0.5
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-19 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.1328cms,Dini=0.05m)
矩型漸擴渠道,slope=0.5
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-20 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.3804cms,Dini=0.1m)
矩型漸擴渠道,Slope=0.5
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-21 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.684cms,Dini=0.15m)
矩型漸擴渠道,slope=0.1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-22 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.0594cms,Dini=0.05m)
矩型漸擴渠道,slope=0.1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-23 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.1701cms,Dini=0.1m)
矩型漸擴渠道,Slope=0.1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-24 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.3059cms,Dini=0.15m)
矩型渠道,slope=0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-25 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.0398cms,Dn_depth=0.1m)
矩型渠道,slope=0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-26 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.0398cms,Dn_depth=0.2m)
矩型渠道,slope=0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-27 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.1192cms,Dn_depth=0.2m)
矩型渠道,slope=0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-28 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.1192cms,Dn_depth=0.4m)
矩型渠道,slope=0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-29 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.2221cms,Dn_depth=0.3m)
矩型渠道,slope=0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-30 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.2221cms,Dn_depth=0.6m)
矩型漸擴渠道,slope=0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-31 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.0188cms,Dn_depth=0.1m)
矩型漸擴渠道,slope=0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-32 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.0188cms,Dn_depth=0.2m)
矩型漸擴渠道,slope=0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-33 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.0538cms,Dn_depth=0.2m)
矩型漸擴渠道,slope=0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-34 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.0538cms,Dn_depth=0.4m)
矩型漸擴渠道,slope=0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-35 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.0967cms,Dn_depth=0.3m)
矩型漸擴渠道,slope=0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
縱向距離(m)
高程(m)
底床高程(m) EFA(m) HEC-RAS(m)
圖 4-36 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.0967cms,Dn_depth=0.6m)
陡坡接緩坡,slope=0.01-0.005
圖 4-37 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.0398cms,Dn_depth=0.1m)
陡坡接緩坡,slope=0.01-0.005
圖 4-38 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.0398cms,Dn_depth=0.2m)
陡坡接緩坡,slope=0.01-0.005
圖 4-39 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.1192cms,Dn_depth=0.2m)
陡坡接緩坡,slope=0.01-0.005
圖 4-40 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.1192cms,Dn_depth=0.4m)
陡坡接緩坡,slope=0.01-0.005
圖 4-41 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.2221cms,Dn_depth=0.3m)
陡坡接緩坡,slope=0.01-0.005
圖 4-42 EFA&HEC-RAS 比較圖(Q=0.2221cms,Dn_depth=0.6m)
0 1 2 3 4 5 6
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Distance(m)
Elevation(m)
slope=0.002
slope=0.009
slope=0.001
圖 4-43 Meselhe(1994)數值模擬矩型渠道示意圖
0 1 2 3 4 5 6
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Distance(m)
Elevation(m)
1D-EFA(m) Meselhe-1994(m) Henderson-1966(m)
圖 4-44 EFA&Meselhe(1994)渠道沿程水面線比較圖
1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
時間(sec)
流量(c.m.s)
圖 4-45 超臨界變量流流場分析之上游入流歷線
0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
時間(sec)
水深(m)
圖 4-46 超臨界變量流流場分析之上游水深歷線
t=0sec Froude No.
Froude No.
圖 4-48 超臨界變量流流場分析 EFA 之渠道沿程水面線
t=1500sec Froude No.
Froude No.
圖 4-50 超臨界變量流流場分析 EFA 之渠道沿程水面線
t=3000sec
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
縱向距離(m)
高程(m)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Fr
底床高程(m) EFA(m) Froude No.
圖 4-51 超臨界變量流流場分析 EFA 之渠道沿程水面線
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
0 3600 7200 10800 14400 18000 21600
時間(sec)
流量(c.m.s)
圖 4-52 超亞臨界變量流流場分析之上游入流歷線
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
0 3600 7200 10800 14400 18000 21600
時間(sec)
水深(m)
圖 4-53 超亞臨界變量流流場分析之上游水深歷線
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
0 3600 7200 10800 14400 18000 21600
時間(sec)
水深(m)
圖 4-54 超亞臨界變量流流場分析之下游水深歷線
t=0sec Froude No.
圖 4-55 超亞臨界變量流流場分析之 EFA&HEC-RAS 比較圖 Froude No.
圖 4-56 超亞臨界變量流流場分析之 EFA&HEC-RAS 比較圖
t=7200sec Froude No.
圖 4-57 超亞臨界變量流流場分析之 EFA&HEC-RAS 比較圖 Froude No.
圖 4-58 超亞臨界變量流流場分析之 EFA&HEC-RAS 比較圖
t=14400sec Froude No.
圖 4-59 超亞臨界變量流流場分析之 EFA&HEC-RAS 比較圖 Froude No.
圖 4-60 超亞臨界變量流流場分析之 EFA&HEC-RAS 比較圖
t=21600sec
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
縱向距離(m)
高程(m)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Fr
底床高程(m) Fa(m)
Hec-Ras(m) Froude No.
圖 4-61 超亞臨界變量流流場分析之 EFA&HEC-RAS 比較圖
圖5-1 民國88年草嶺堰塞湖平面示意圖
圖5-2 草嶺潭地區清水溪之上游河段距堰塞湖溢流口0.9km~ 4.5km處之3-D示意圖
距堰塞湖0.9km處 距堰塞湖4.5km處
200年洪水潰壩下不同潰壩延時潰口流量歷線比較圖
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000
0 1 2 3 4 5 6 7 8
時間(hr)
流量(cms)
潰壩延時0.5小時 潰壩延時1.0小時 潰壩延時3.0小時
圖 5-3 200 年洪水潰壩下(方案 C1、C2、C3)不同潰壩 延時潰口流量歷線比較圖
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
00:00 01:00 02:00 03:00 04:00
時間(hr)
流量(cms)
圖 5-4 距草嶺潭溢流口 0.9 公里處之上游入流歷線
538 540 542 544 546 548 550 552
00:00 01:00 02:00 03:00 04:00
時間(hr)
水位(m)
圖 5-5 距草嶺潭溢流口 0.9 公里處之上游水位歷線
364 366 368 370 372 374 376 378 380 382 384
00:00 01:00 02:00 03:00 04:00
時間(hr)
水位(m)
圖 5-6 距草嶺潭溢流口 4.5 公里處之下游水位歷線
0 300 600 900 1050 1200 1350 1500 1800 2100 2250 2400 2550 2700 3000 3300 3600 distance(m) Froude No.
圖 5-7 清水溪上游段之渠道沿程水面線
0 300 600 900 1050 1200 1350 1500 1800 2100 2250 2400 2550 2700 3000 3300 3600 distance(m) Froude No.
圖 5-8 清水溪上游段之渠道沿程水面線
t=51min
0 300 600 900 1050 1200 1350 1500 1800 2100 2250 2400 2550 2700 3000 3300 3600 distance(m) Froude No.
圖 5-9 清水溪上游段之渠道沿程水面線
0 300 600 900 1050 1200 1350 1500 1800 2100 2250 2400 2550 2700 3000 3300 3600 distance(m) Froude No.
圖 5-10 清水溪上游段之渠道沿程水面線
t=69min
0 300 600 900 1050 1200 1350 1500 1800 2100 2250 2400 2550 2700 3000 3300 3600 distance(m) Froude No.
圖 5-11 清水溪上游段之渠道沿程水面線
0 300 600 900 1050 1200 1350 1500 1800 2100 2250 2400 2550 2700 3000 3300 3600 distance(m) Froude No.
圖 5-12 清水溪上游段之渠道沿程水面線
t=87min
0 300 600 900 1050 1200 1350 1500 1800 2100 2250 2400 2550 2700 3000 3300 3600 distance(m) Froude No.
圖 5-13 清水溪上游段之渠道沿程水面線
0 300 600 900 1050 1200 1350 1500 1800 2100 2250 2400 2550 2700 3000 3300 3600 distance(m) Froude No.
圖 5-14 清水溪上游段之渠道沿程水面線
t=105min
0 300 600 900 1050 1200 1350 1500 1800 2100 2250 2400 2550 2700 3000 3300 3600 distance(m) Froude No.
圖 5-15 清水溪上游段之渠道沿程水面線
0 300 600 900 1050 1200 1350 1500 1800 2100 2250 2400 2550 2700 3000 3300 3600 distance(m) Froude No.
圖 5-16 清水溪上游段之渠道沿程水面線
t=123min
300 350 400 450 500 550 600
0 300 600 900 1050 1200 1350 1500 1800 2100 2250 2400 2550 2700 3000 3300 3600 distance(m)
elevation(m)
0 1 2 3 4 5 6
Fr
底床高程(m) EFA(m) Froude No.
圖 5-17 清水溪上游段之渠道沿程水面線
附錄一 特性線之推導
附錄二 開放邊界條件處理原則 Case1 Case2 Case3 Case4 上游流況 超臨界流 超臨界流亞臨界流亞臨界流 邊界給定條件 流量Q及水位h 流量Q及水位h 流量Q或水位h 流量Q或水位h 下游流況 超臨界流亞臨界流超臨界流亞臨界流 邊界給定條件 無 水位h 無 水位h