文獻回顧

1.2.1 彎道理論文獻回顧

對於彎道之研究不外乎理論分析、模型試驗、現地量測及數值模 式之研發等。早期彎道研究始於模型試驗之水理現象觀察與分析，如 Yen (1965)利用固定平床之實驗模型試驗探討彎道水理之現象。Yen (1967)研究床形對彎道流場之影響。de Vriend (1977, 1978)由實驗觀察 非 平 床 之 定 床 彎 道 水 理 情 形 ， 並 針 對 二 次 流 之 現 象 稍 作 討 論 。 Rozovskii (1961)依據實驗和理論研究平床之彎道特性，至今仍為研究 彎道者常引用之文獻之一，以及Mockmore (1944)與 Shukry (1950)等。

定床模式方面，僅探討固定床形對水理之影響，如 Rozovskii (1961)由理論分析得到二次流的解析解，但只適用於平床完全發展 區。對於縱向流速、水面線與底床剪應力分佈，則依據全深積分求解。

Chiu (1978)與 Lin (1982)採用正交曲線座標轉換，由縱向流速分佈推 求二次流與剪應力之變化。Shimizu and Koch(1990)假設非三角對稱之 流速剖面與靜水壓分佈發展三維模式，並以180⁰彎道試驗進行測試。

Jin and Steffler(1993)假設拋物線流速剖面與靜水壓分佈，發展水深平 均二維模式。

動床模式方面，de Vriend (1980)利用水深平均積分方法，將三維 彎道問題簡化為二維，並考慮床行對流場流況之影響且假設靜水壓分 佈。Sturiksma 等(1985)發展穩態流之二維模式，在底床載運移演算 時，考慮曲率半徑、流速與底床坡降之影響，並以實驗資料驗證模式 之能力。Yeh and Kennedy(1993)發展穩態流之二維模式，此模式著重 於MOM(moment of momentum)方程式，考慮橫向底床坡降、曲率半 徑與縱、徑向之流速，納入沈滓運移計算中，但無考慮懸浮載源之計

算。連氏(1999)考慮二次流效應對彎道流場之影響，但於底床載源之 演 算 未 考 慮 曲 率 半 徑 、 流 速 與 底 床 坡 降 等 因 素 。Kassem and Chaudhry(2002)發展非穩態流之二維模式，將縱、徑方向之流速、曲 率半徑與底床坡降引入沈滓運移計算中，但未考慮二次流與懸浮載之 演算。

從近幾年的發展來看，模式有逐漸趨向於複雜化與一般化之傾 向，但每個模式均有其假設條件與限制，當應用在實際河川彎道時之 準確性與可靠度仍有待驗證，這是因為大部分模式皆是利用實驗室中 控制穩定之實驗數據來加以檢定，但檢定的結果必須靠更多的現地資 料來加以驗證。隨著電腦之迅速發展，計算速度大幅的提升，計算量 的多寡已不再是考慮的重點，因而分析彎道流況之數值模式不斷地更 新，三維模式也將取代二維模式成為較合乎實際流況之演算模式。

1.2.2 潛板理論文獻回顧

潛板為國外河岸保護工法之一，將潛板設置於渠道底床改變其下 游之底床徑向剪應力分佈，重新分佈底床泥沙分佈，強化凹岸處之河 岸基礎，達到保護河岸之目的。

潛板可與岸壁相連或孤立於河道中，若與岸壁相連者，則類似丁 壩形式，可將流心挑向河中而達到淤積之目的。潛板亦可設置彎道內 或直線段，均可達到護岸之效果。Potapov (1951)是被認為最早將翼 板(vane)理論應用在明渠水流者，但實際將潛板應用在河岸保護系統 之研究，則始於美國愛荷華大學水力研究所(IIHR)，先後有 Odgaard &

Kennedy (1982)、Odgaard & Kennedy (1983)、Nakato、Kennedy&Vadnal (1983)、Odgaard (1984)、Odgaard & Lee (1984)、Odgaard & Mosconi (1987)、Odgaard 等(1988)、 Odgaard & Wang (1990, 1991)、Wang(1991)

及Wang & Odgaard(1993)等長期之研究，其理論及經驗已逐漸成熟。

葉及楊 (1995)曾引用 Odgaard 教授相關潛板理論之研究成果，應 用於基隆河截彎取直段(麥帥一號橋及舊內湖橋處之彎道)，提供河川 治理規劃相關參考，但報告針對潛板理論初步估計有無潛板設置時，

彎道沖淤程度之差異，並未提供更進一步之設計規範。另外，在第二 河川局所管轄之鳳山溪流域已實際設置潛板，分別設置於鳳山溪貓兒 錠與鳳崗大橋彎道處，並已有保護凹岸之成效顯現，有待後續之監測 與探討。

Wang(1996)於河川入水口處設置潛板，改變底床剪應力的方向與 強度，造成流速與輸砂現象之重新分佈，降低入水口處之底床高程，

避免淤泥阻塞入水口而引起抽水系統的癱瘓造成危險。Marelius and Sinha(1998)由試驗探討較大之沖擊角之影響，以沖擊角為25⁰、36⁰、

400、45⁰與57⁰時進行觀察，結果顯示當40⁰時，所產生之動量矩為最 大，相對地，其產生之反二次流也最大，因此將40⁰視為最佳之沖擊 角角度。Johnson and Koch (2001)將潛板與岸壁相連接設置於深水槽 中，發現對位於高灘地上橋台沖刷量減少之效果頗佳，其潛板伸向上 游，與岸壁之夾角在20^o ~30^o度間，寬度為深槽寬之三分之一。圖 1.1 係在 IIHR 之水工試驗室所拍攝，可看出設置潛板前後彎道凹岸沖刷 變化之情形有顯著的不同。圖1.2 為愛荷華州境內一條河流在某一橋 樑底下之流心原偏向右岸，經與設置潛板後流心回復到河道中心線附 近之對照圖。Tan(2005)藉由模型試驗探討潛板周圍之流體流動情形與 底床載運移行為，依試驗得知，當潛板沖擊角為30⁰與潛板高度為平 均水深之2 到 3 倍時，輸砂運移行為最佳。盧志晃，歐陽慧濤(2006) 研究針對潛板設置攻角、潛板高度、潛板長度、渠道曲寬比、寬深比 及沈滓福禄數等六項潛板與流場參數進行探討，分析潛板的最佳設置

位置，依據研究結果顯示，渠道之曲寬比與寬深比的影響最大，此外，

也探討潛板間間距各不相同時，估算所產生之交互作用因子，以得到 實際之環流量。羅元宏，歐陽慧濤(2006)研究河川潛板最佳之尺寸，

結果顯示，潛板的最佳高度約為 0.58 至 0.7 倍之水深，而與沖擊角及 沈滓福禄數的關係不大。潛板的長度則無一定的最佳值，長度越大則 導流效果愈好，但單位面積的導流效率則變低，所以要視潛板長度與 導流效率間之關係來加以評估。