Chapter 4 模式驗證與模擬結果
4.4 懸浮泥沙濃度驗證
在懸浮泥沙濃度的驗證上，首先會對懸浮泥沙於高、低平潮時懸浮泥沙分布 與從關渡橋位置量測5 天內懸浮泥沙濃度變化，兩種情形個別進行驗證。
首先是針對高、低平潮時懸浮泥沙分布進行驗證，這部分我們參考Hsu et al.
(2006) 在 2003 年 6 月 25 日進行實際的懸浮濃度量測，並將其量測結果與我們模 擬的結果作比較。他們量測所使用的儀器為CTD，量測潮汐在高平潮與低平潮時 的懸浮泥沙濃度分布，量測位置是從河口開始往上游量測，詳列如圖4-13 所示。
圖 4-13 許明熙教授 於 2006 量測懸浮泥沙之位置點 (Hsu et al.2006)
該文章量測方法是從選定位置，以相同間隔往河道底部進行量測，但是若是 在不同位置進行的量測，其往下深度的間距也不同，量測總長度約25 公里。圖 4-14 為6 月 23 日低平潮與高平潮懸浮泥沙粒徑分布之量測結果，由圖可以看出，低平 潮 (SBF) 之懸浮泥沙粒徑大約為 20～36μm，高平潮 (SBE) 之懸浮泥沙粒徑分布 大約為20～140μm。表4-2 為我們使用的懸浮泥沙參數。利用史托克法(Stokes law) 將我們所使用的沉降速度代入，可求得泥沙粒徑約為60μm，粒徑大小介於Hsu et al. (2006) 所觀察之範圍之間。另外，表 4-3 為模式中我們所使用的底床沖刷參數，
我們將上游與外海邊界帶入模式中，並使用上述的沖刷參數進行模擬。
圖 4-14 2003 年 06 月 25 號 低平潮與高平潮懸浮泥沙粒徑分布 (Hsu et al., 2006)
表4-2 模式中所使用的懸浮泥沙參數
名稱 量值
沉降速度 0.0032 ms1 底床臨界剪應力 0.27 Pa
底床沖刷常數 0.01 gm s 2 1
表4-3 模式中所使用的懸浮泥沙底床沖刷參數
我們將從第十河川局取得的2003 年 6 月之流量與潮汐資料，給入我們的外海 與上游開放性邊界中，以模擬6 月 25 日高、低平潮時的懸浮泥沙分布，模擬時間 為6 月 17 日至 6 月 25 日，並讓流場預先發展 7 天 (spin-up) 。如圖 4-15 所示，
我們沿用實驗室之前的設置所使用的斷面位置 (Shen,2016) ，對懸浮泥沙分布進行 驗證。
圖 4-15 模擬結果河道取段示意圖 (Shen, 2016)
層數 乾密度
(gm-3)
臨界剪應力 (Nm-2)
淘刷常數 (gm s-2 -1)
厚度 (m)
1 75,000 0.27 0.01 1.5
2 530,000 0.5 0.01 1.5
3 1,200,000 0.7 0.01 4.0
圖 4-16 6 月 25 號低平潮懸浮泥沙濃度，上圖為量測結果(Hsu et al., 2006)，紅色 三角形為量測位置，下圖為模擬結果
圖4-16 為我們對 2003 年 6 月 25 日低平潮懸浮泥沙分布的模擬與實測比較圖，
上圖為Hsu at al. (2006) 量測的結果，下圖為我們模擬的結果。上圖中紅色三角形 為Hsu 選定之量測位置，我們模擬時所使用的地形資料為 2014 年第十河川局所量 色的地形資料，在低平潮的懸浮泥沙分布上，模擬與量測結果大致相同，在距離 河口6 至 10 公尺處，有較大的懸浮泥沙濃度，其他河道較淺的區域也有濃度分層 的現象。接下來是高平潮時懸浮泥沙分佈。
圖 4-17 6 月 25 號高平潮懸浮泥沙濃度，上圖為量測結果(Hsu et al., 2006)，紅色 三角形為量測位置，下圖為模擬結果
圖4-17 我們對 2003 年 6 月 25 日高平潮懸浮泥沙分布的模擬與實測比較圖，
與圖4-16 一樣，上圖為 Hsu at al. (2006) 量測的結果，下圖為我們模擬的結果。
由於河流流量為低流量，退潮時所沖刷的泥沙被漲潮時的還水往內陸推擠，
並匯聚於距離河口約14 公里的地方，模擬的結果顯示，我們大致上都能捕捉到泥 沙於漲退潮時的趨勢。
接著，我們要針對懸浮泥沙濃度隨時間改變情形進行模擬，資料來源是周憲 德 ( 2015 ) 的研究資料，水面資料與流量資料如圖 4-18 所示，時間是 2014 年 4 月13 日至 4 月 20 日在關渡站量測到的自由液面、流速與懸浮濃度資料，懸浮泥 沙濃度量測點資料為水面下1.2 公尺處。其中，由於我們只有在關渡地區量測到的 流速資料，並沒有三支流上游的流速資料，所以我們依照各河川流量所佔的比例 給入三個河川上游處(即大漢溪為 38.8%、新店溪為 45%、基隆河為 16.2%)。將已 知條件給入模式後，得到的結果如圖4-19 所示。
圖 4-18 2014 年 4 月 13 日至 4 月 20 日之量測資料(周憲德, 2015 )
圖 4-19 模式計算之結果與量測資料比較圖
圖4-19 中，黑色叉叉為量測到的資料點，黑色線為模擬結果，計算出來的技 巧評分值約為0.70，是還不錯的模擬結果，且在趨勢上大約吻合。