第五章 基隆河防洪系統風險分析實例應用
4. 河道糙度係數
5.3.10 風險分析成果探討
5.3.10.5 斷面沖淤對溢堤機率之影響評估
根據基隆河90 年至 96 年共七年之河川大斷面量測資料，將歷年 大斷面之河床最低點繪製成歷年大斷面谿壑縱剖面線，如圖 5-28 所 示。由圖顯示，基隆河在此七年間之河床斷面呈沖、淤互見，如 89 年象神颱風與90 年納莉颱風所造成汐止河段(江北橋附近)之淤積，而 南湖大橋與社后橋附近則河床略為局部沖刷。而因納莉颱風造成大規 模之淹水災害後，主管機關亦配合辦理河道清淤之工程，故造成河道 斷面與 90 年比較後有所變化原因之一。一般而言，洪水位可能因河 道淤積而上升，或者因河道沖刷而降低，故河道沖淤狀況為影響堤防 防洪功能之風險因子之一，因此本研究採用基隆河90 年至 96 年共七 年之大斷面量測資料，評估藉由改變不同斷面資料，來反應河道斷面 沖淤之不確定性，對河道防洪功能之影響。
以定性觀點而言，河道變遷可概分為橫向之河岸沖刷與淤積、垂 向之河床沖刷與淤積、以及深槽偏移等三種型態。本研究將參考「砂 質河川深槽變遷對河防建造物安全影響之分析(2008)」計畫中所提及 之量化深槽變遷之數據，其共計算下列三項指標：
(1) 滿槽河寬變化率 Wf：
定義為「較新年份之滿槽河寬
W
t / 較舊年份之滿槽河寬W
t0」，如圖 5-29(a)所示，可評估深槽橫向之變化，其值大於 1 與 小於 1 分別代表深槽變寬與變窄，且可表示深槽橫向變遷之程度 (百分率)。(2) 底床高程變化率 Hb：
一般河床垂向沖淤變化係依據河床最低點(或平均河床高)前 後期之變化加以研判，然由於河川上、中與下游之高程皆不相同，
為方便進行斷面與斷面間之變遷程度比較，固定義底床高程變化 率
H
b如下式所示，圖5-29(b)為其示意圖：0 0
0
L t
L t
b H H
H H H
較舊年份斷面最低高程 高
較舊年份斷面平均河床
較舊年份斷面最低高程 高
較新年份斷面平均河床
−
= −
(5-11) 其值大於 1 與小於 1 分別代表斷面淤積與沖刷，且 Hb亦可 小於零，當
H
b小於零時代表較新年份斷面平均河床高已低於較 舊年份之斷面最低點。一般而言，底床高程變化率增加，可能會 造成洪水位上升，圖 5-30 為基隆河流域歷年之底床高程變化率。(3) 深槽偏移變化率 Af：
定義為「(較新年份槽偏量 At – 較舊年份槽偏量 At0) / 河 寬」，如圖5-29(c)所示，其中槽偏量一般為深槽最低點與河道斷 面中點之距離。亦可定義為深槽橫向重心位置與深槽最低點之距 離，負值表深槽重心偏向左岸，正值表深槽重心偏向右岸，其示 意圖如圖 5-29(d)所示。深槽偏移變化率可評估是否發生深槽偏 移，其值以 0 為臨界，正值與負值分別代表分析年份內深槽向右 岸或左岸偏移，另外其絕對值則可表示相對於河寬之深槽偏移程 度。
由於欲探討河床橫向變遷之程度必須由航照圖上清楚界定深 槽、高灘地與砂洲之邊界，然而河川因季節與氣象等因素致使流量與 水位變動不定，因此研判河寬(滿槽河寬)常具有困難度與不確定性 (Hooke and Kain, 1982)。因此本研究以底床高程變化率 Hb為判斷河床 沖淤之指標，並將90 年份之斷面資料定義為基準斷面，亦為(式 5-11) 中之較舊年份。
為節省分析時間與步驟，並能充分反映基隆河之沖淤變化與溢堤 機率之影響評估，因此參考「洪災後基隆河沖淤調查與對策(2002)」
計畫中所提及之斷面選取原則，選定重要河川斷面計算溢堤機率以進
行風險分析，其選取標準如下所述：
(1) 分析斷面數考慮近年基隆河洪災發生地區大多集中於中游，故提 高中游之分析斷面數，用以了解該區之沖淤情況。故分配上游為 5∼8 個，中游為 18∼22 個，下游為 5∼8 個。
(2) 分析斷面位置盡量以十河局所規劃之現有量測斷面位置為原則，
以利與歷史資料進行比對。此外，盡量選擇與河道垂直之斷面進 行測量。
(3) 接近河川匯流口下游處一般河道沖淤現象較為明顯，故建議考量 選用。
(4) 河道轉彎段一般為沖淤變化較大之區域，故建議考慮選用。
(5) 河道平直段建議選擇一斷面作為代表該平直河道之沖淤狀況。
根據上述原則，下游段選用 SEC.10、SEC.14、SEC.22、SEC.23 與 SEC.34，共 5 處斷面；中游段選用 SEC.41、SEC.44、SEC.46、
SEC.51、SEC.53、SEC.63、SEC.64、SEC.66、SEC.67、SEC.69、SEC.72、
SEC.76、SEC.77、SEC.82、SEC.85、SEC.88、SEC.89、SEC.93、SEC.98，
共 19 處斷面；上游段選用 SEC.99、SEC.101、SEC.112、SEC.118、
SEC.125 與 K127 等，共 6 處斷面，全部共 30 處斷面。圖 5-31 為基 隆河 128 個分析斷面之相對位置。此 30 處斷面之底床高程變化率與 溢堤機率及洪水位統計特性之變化率，相關數據如表 5-32 與圖 5-32 所示，其中變化率均是以 90 年份為基準。以下將以下游、中游、上 游三部份來探討此 30 處斷面，於 90 年至 96 年間底床高程變化率與 溢堤機率及水位統計特性變化率之影響程度。
(1) 在下游段部分：
此河段平均底床高程變化率之變化範圍為 0.039，左岸溢堤 機率變化範圍為 0.027，右岸溢堤機率變化範圍為 0.060，平均洪
水位變化範圍為 0.277m，洪水位標準偏差變化範圍為 0.093。左、
右岸溢堤機率與平均洪水位以及平均標準偏差之最小值均發生 於民國 93 年，最大值發生於民國 92 年，惟獨 SEC.34 (麥帥二橋) 之溢堤機率與平均洪水位最大值均發生於民國 90 年，左岸溢堤 機率最小值則發生於民國 95 年，造成此現象之原因可由五個歷 年斷面圖中可發現 SEC.34 (麥帥二橋)較其餘 4 個斷面底床的變 化幅度稍大所致。
(2) 在中游段部份：
此河段平均底床高程變化率之變化範圍為 0.281，左岸溢堤 機率變化範圍為 0.043，右岸溢堤機率變化範圍為 0.040，平均洪 水位變化範圍為 0.301m，洪水位標準偏差變化範圍為 0.046。而 在 SEC.46 (南湖大橋附近) 處有最大之溢堤機率變化範圍，左右 岸溢堤機率最大值分別為 0.679 與 0.730 均發生於 90 年，其平均 洪水位於 90 年亦為最大值，造成此現象可對照其歷年斷面圖與 底床高程變化率可發現 90 年之底床淤積情況的確較其他年份嚴 重，故造成洪水位與溢堤機率均較高於其他年份。且溢堤機率在 93 年為最小值，爾後於 96 年溢堤機率有增加之趨勢，顯示疏濬 工程必須持續進行，否則風險會增加。另在SEC.77 (實踐橋)處底 床高程變化率有最大之變化範圍，而由歷年斷面圖與底床高程變 化率可發現 90 年至 94 年底床呈現沖刷之趨勢，爾後又逐漸淤 積，且溢堤機率在 90 年至 94 年逐年下降，爾後又逐漸上升，故 其變化趨勢與底床高程變化率呈正向，造成此現象之原因可能為 該河段於 91 年至 94 年間陸續有整治及疏浚工程進行所致。
(3) 在上游段部份，
此河段平均底床高程變化率之變化範圍為 0.229，左岸溢堤
機率變化範圍為 0.003，右岸溢堤機率變化範圍為 0.044，平均洪 水位變化範圍為 0.486m，洪水位標準偏差變化範圍為 0.091。由 此結果顯示，左岸溢堤機率變化範圍較右岸溢堤機率變化範圍 小，其原因可能為左岸之堤防高程在上游段較高於右岸所導致。
而在 SEC.125 (員山子分洪道附近)處，底床高程變化率於 91 年為 最高，爾後幾年斷面呈現沖刷之趨勢，直至94 與 95 年有稍為淤 積，但於 96 年底床高程變化又呈現沖刷的現象，此斷面為底床 高程變化率之變化範圍最大者，為 0.422，而溢堤機率隨底床高 程變化率增加而上升之變化除了 90 年至 91 年沒有呈現此趨勢 外，其餘各年份均有呈現出正向之趨勢，其原因推測為90 與 91 年之溢堤機率差距較小之緣故。(左岸差距為 1.560E-06，右岸差 距為 3.694E-02)
整體而言，由底床高程變化率與溢堤機率及水位統計特性之變化 圖，及其分析關係表5-33 中可發現，大部分斷面(SEC.10、SEC.14、
SEC.34、SEC.41、SEC.44、SEC.46、SEC.51、SEC.53、SEC.63、SEC.64 SEC.66、SEC.67、SEC.72、SEC.76、SEC.77、SEC.82、SEC.85、SEC.88、
SEC.89、SEC.93、SEC.98、SEC.101、SEC.112、SEC.118、SEC.125、
SEC.127)其溢堤機率隨底床高程變化率呈正向關係，即溢堤機率隨底 床高程變化率上升而增加，亦隨底床高程變化率下降而減小，但部分 斷面(SEC.22、SEC.23、SEC.69、SEC.99)底床高程變化率與溢堤機率 並非完全隨著底床高程變化率增加(淤積)而上升，其呈現正向之趨勢 並不明顯，造成此結果之原因可能是由於90 至 96 年間之斷面沖淤變 化程度並不明顯，故水位之變動幅度有限，進而造成以洪水位之統計 特性再搭配高等一階二矩法所得之溢堤機率差距亦不明顯，導致底床 高程變化率與溢堤機率之趨勢無法完整的呈現在數據上。
表5-1 基隆河流域松山站平均氣溫統計表
1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 年平均 14.9 15.4 17.4 21.0 24.3 26.3 28.1 28.0 26.4 22.8 20.1 16.5 21.9
表5-2 基隆河流域平均年月雨量
月
份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年 11-4 月 5-10 月 公
厘 337.5 305.9 273.5 183.9 239.2 311.8 210.4 256.5 485.5 532.8 420.3 389.6 3,946.9 1,910.7 2,036.2
% 8.6 7.7 6.9 4.7 6.1 7.9 5.3 6.5 12.3 13.5 10.6 9.9 100 48.4 51.6
表5-3 基隆河流域橋樑相關資訊一覽表No. 橋樑名稱 橋長(M) 橋面寬 橋面 高程
橋墩寬 及個數
樑底 高程
橋底高(M)
(最高)/(最低) 引測點 1 百齡橋 442.05 46.5 9.01 2.0*13 6.31 7.26/6.20 基右11A 2 承德橋 256.13 29 11.27 2.3*4 8.77 9.14/9.14 基右 14A 3 捷運橋 181.4 6.5 13.11 2.4*3 10.11 11.20/11.04 基左 15A 4 高速公路橋 562.3 40 -- 3.3*3 -- 20.35/16.21 基左 15B 5 新生高架橋 298.52 40 17.46 6.0*2 10.86 16.07/10.97 基左 16A 6 高速公路橋 404.61 29 -- 3.14*7 -- 18.04/14.72 基左 16C 7 大直橋 418.15 20 8.01 1.2*9 5.01 14.89/12.92 基右 19 8 高速公路橋 496.85 27 13.65 1.6*4 11.7 13.23/12.02 基左 27A 9 民權橋 438.58 24 14.66 3.4*4 11.16 16.19/15.75 基左 28A 10 麥帥一橋 512.16 24 17.77 4.8*2
2.4*2 15.37 15.12/13.43 基左 20-8A 11 麥帥二橋 403.63 24 13.32 2.0*5 11.72 15.48/13.57 基左 34A 12 長壽橋 155.87 3.5 13.05 1.4*4 11.85 11.85/11.73 基左 35A 13 成美橋 205.71 20 10.98 1.6*7 8.98 10.15/10.02 基右 35B 14 成功橋 231.03 20 13.82 2.4*6 11.42 11.34/11.06 基右 37T.P 15 南湖大橋 215.06 20 13.35 1.2*7 11.6 12.56/12.50 基右 43 16 北山大橋 240.64 14 14.88 2.0*4 12.03 14.75/12.21 基右 47-1 17 北山大橋 219.65 14 14.88 2.0*4 12.03 14.87/13.99 基右 48-1 18 南陽橋 114.52 14 14.23 12.63 15.00/12.55 基右 48-2 19 社后橋 78.5 14 12.02 3.95*4 10.72 10.99/10.61 基左 50 20 高速公路橋 147.77 13 19.86 2.2*5 17.96 18.14/14.63 基左 52-1 21 高速公路橋 33 15.35 2.3*4 13.45 基左53 22 樟江橋 133.38 10 17.92 2.5*3 15.92 17.31/15.25 基左 55-1