本研究選擇台灣中部濁水溪河段做為模式應用之案例，本章首先針對應用案例區 域以及模擬條件進行概述，再以所建立之分析模式進行颱洪事件之模擬，除評估泥砂 產量與河岸退縮長度外，並與實測資料進行比對與討論。
4.1 案例說明
濁水溪流域位於臺灣中南部，地形東高西低，坡度由西向東遞增，全長 186.6 公 里，為全台灣最長之河川。主流發源於中央山脈合歡山主峰與東峰之「佐久間鞍部」，
上游段為霧社溪，係集合歡山西坡之水，沿縱谷流下，至廬山附近與大羅灣溪匯流，
至萬大附近與萬大溪合流，再併丹大溪、巒大溪、郡大溪、水里溪、陳有蘭溪等支流。
其下河谷漸闊，於集集盆地再匯納清水溝溪、東埔蚋溪與清水溪後流入彰雲平原，並 於彰化縣大城鄉之下海墘村與雲林縣麥寮鄉許厝寮間流入台灣海峽。
近十年來本流域發生的嚴重洪災，包括民國 90 年桃芝颱風、納莉颱風、民國 93 年敏督利颱風、民國 94 年海棠颱風、泰利颱風、民國 95 年 6 月豪雨、民國 96 年聖帕 颱風、柯羅莎颱風、民國 97 年卡玫基颱風、辛樂克颱風、薔蜜颱風、民國 98 年莫拉 克颱風、民國 99 年凡那比颱風等，所挾帶的大量豪雨常造成兩岸土地流失、堤防沖毀 等重大災害。例如桃芝颱風帶來超過 200 年重現期距洪水量，造成濁水溪本流及支流 堤防沖毀及受損達 8.6 公里、護岸工程受損或損毀達 14.8 公里，並造成溪州大橋、西 螺大橋等重要橋梁橋基的嚴重裸露。
4.2 數值模式設定
模擬區域
選擇溪洲大橋(斷面 51.9)與自強大橋(斷面 36.5)間，位於高鐵橋左岸無護岸工施做 之斷面 43、44 以及 45 做為應用案例模擬範圍。各斷面相對位置如圖 4.1 所示。
土壤基本參數
參考經濟部水利署水利規劃詴驗所(2009)，該研究報告曾於高鐵橋左岸附近進行 採樣(TWD97 橫座標 193183；TWD97 橫座標 2634855)，其相對位置可見圖 4.1。土壤 剪力強度參數的取得係利用飽和壓密不排水三軸詴驗，詴驗結果如圖 4.2 所示，土壤 基本參數則如下所列：
d= 14.4 kN/m3，c=3.48 kPa，
=27.3°。另外，依照經濟部水 利署水利規劃詴驗所(2007)所載之河床質調查資料，該河段屬砂質河床，D50約介於 2.14 至 2.77 mm，考量所模擬的對象為河岸土體並參考土壤強度參數詴驗結果，未飽和土 壤水力相關參數則以壤土砂質進行設定。水流沖蝕相關參數
本研究為獲得臨界剪應力與沖蝕係數兩個參數，於詴驗地點(TWD97 橫座標 193111；TWD97 橫座標 2634847)進行 jet-test，其相關理論與詴驗方法可參考 Hanson and Simon (2001)、ASTM Standard D5852-00 (2007)。詴驗結果如圖 4.3 所示，並將兩次詴 驗結果與圖 2.14 套疊繪製於圖 4.4。由圖 4.4 可知，本河段臨界剪應力均小於 1.0 Pa，
換言之，土壤抗沖蝕能力偏小，其沖刷行為較為劇烈。模式中，臨界剪應力與沖蝕係 數兩個參數則取兩次詴驗之平均值。另外，底床坡降則取斷面 43 至 45 之深槽平均坡 降，其值約為 0.0653 %。
降雨資料
降雨資料選取水利署所設西螺(2)雨量站(水利署站號 1510P080)之時雨量資料，其 相對位置(TWD97 橫座標 194640；TWD97 橫座標 2633240)如圖 4.1 所示。
河川水位
由於本研究僅針對河川水位變化進行探討，而暫不考慮河床的沖淤變化，故採用 美國陸軍工兵團水文工程中心(Hydrologic Engineering Center, U.S. Army Corps of Engineers)所發展之一維水理演算模式 HEC-RAS 4.1.0，進行一維變量流水理分析推求 擬探討斷面之河川水位升降變化。在模式應用前，首先進行曼寧糙度係數之檢定，其 值依據經濟部水利署水利規劃詴驗所(2007)所載之參考值(0.023 至 0.040)設定，以民國
93 年大斷面測量資料，上游流量邊界條件設為彰雲大橋(斷面 86)，下游水位邊界條件 設為西濱大橋(斷面 12)，利用民國 94 年海棠颱風進行率定，於溪洲大橋(斷面 51.9)以 及自強大橋(斷面 36.5)與實測水位資料比對之結果如圖 4.5 所示，曼寧糙度係數率定結 果整理於表 4.1。其後，再分別以民國 95 年碧利斯颱風與民國 96 年柯羅莎颱風等二場 颱風進行驗證，結果分別如圖 4.6 至圖 4.7 所示，由圖 4.5 至圖 4.7 顯示模擬結果與實 測值誤差仍屬合理範圍內，因此，所設定之曼寧糙度係數應足以反映實際現況。
邊界與網格設定
地下水流邊界一側之設定，給予由前述 HEC-RAS 4.1.0 計算所得隨時間變化之河 川水位，另一側則假設在堤防處為一不透水邊界條件。另外，地表則依據降雨量資料，
給予入滲邊界條件。考量計算範圍廣大，數值計算空間間距 x
、 z
均設為 0.1 m，時 間間距 t
則設為 0.01 hr。模擬事件
採用民國 93 年與民國 96 年的大斷面測量資料為研究背景，茲將期間彰雲大橋流 量歷線繪製於圖 4.8，並選取洪峰流量較大的八個事件進行模擬，依序分別為海棠颱 風、馬莎颱風、泰利颱風、69 豪雨、碧利斯颱風、聖帕颱風、韋帕颱風與柯羅莎颱風。
採用民國 93 年大斷面測量資料進行初始河岸幾何形狀之設置，俟經上述八場颱洪事件 模擬後，再與民國 96 年大斷面測量資料相互比對並進行討論，其結果將詳述於下一小 節。
4.3 結果與討論
斷面 43、44 與 45 左岸於民國 93 年與 96 年間，模擬各颱洪事件的退縮歷程分別 如圖 4.9 至圖 4.11 所示，圖中所標示的編號表示在特定颱洪事件後之河岸退縮所在位 置，另將其泥砂累積產量與河岸退縮長度彙整於圖 4.12，相關數據則詳列於表 4.2。由 圖 4.9 結合圖 4.12 可知，造成斷面 43 大規模的退縮發生於柯羅莎颱風期間，且多由水 流沖蝕所致。進一步觀察圖 4.9 可知，歷經前七次的颱洪事件致使該斷面近河道地勢
稍高處漸縮，最後，因柯羅莎颱風帶來的流量頗大，洪流漫淹至灘地造成嚴重的沖刷，
以致灘地後退約達 490 m。
上述類似的現象同樣發生於斷面 44，由圖 4.10 可知，該斷面較大規模的退縮發生 於 69 豪雨事件，同樣因前幾場颱洪事件，使得地勢較高處逐漸退縮，因此，在 69 豪 雨事件帶來的高流量造成約 180 m 的退縮長度。至於斷面 45，由於其高程皆在 20 m 以上，幾場較大型的颱洪事件，其河川水位均未能上至灘地，故由圖 4.12 可知，該斷 面的退縮多由塊體破壞所致，河岸總退縮長度亦少於另外兩個斷面。
排除前述因水流沖蝕造成大規模河岸退縮的兩個極端案例，由表 4.2 可知各斷面 於單場颱洪事件後，河岸退縮長度為 5.3 m 至 59.4 m 不等，平均約為 35 m。茲將三個 斷面河岸退縮模擬長度與實測資料比較結果彙整於表 4.3，另將民國 93 與 96 年的航照 圖與灘線位置變化繪製於圖 4.13 與圖 4.14，綜合表 4.3、圖 4.13 與圖 4.14，就河岸總 退縮長度而言，斷面 43、44 與 45 模式所得與測量結果誤差分別為 72.0 m、63.8 m 以 及 97.9 m，相對誤差則分別為 11.84 %、14.97 %與 51.01 %。除斷面 45 外，誤差仍屬 可接受之範圍，此外，模擬結果皆有高估的情形，且底床高程的變化亦未能合理反映。
究其原因，斷面 45 可能受上游橋台保護工或橋墩周圍複雜流場影響，另除測量誤差與 模式參數不盡周全外，由於目前並未考量河川泥砂退水回淤的機制，且深槽流路變遷 與河寬變化的影響亦未能納入評估，皆可能為誤差之來源。
由上述分析結果綜而論之，本研究所建立之模式大致可獲一定程度之預測，但對 於河川水流與泥砂的複雜機制與交互作用仍力有未逮，未來若能對其考慮周全，應更 能符合實際現況。