以 FLO-2D 模擬研究區域之溪頭三號坑

5.4.1 區域概況 1. 現地調查之探勘

為瞭解本研究區三號坑溪致災原因及破壞情形，而到現地進行地質地貌調 查、地形測量和粒徑採樣等工作，希望藉由正確的地文和水理資料，作為理論實 驗驗證之依據。由於三號坑溪在土石流災害後，因沖刷與堆積，造成河道地形有 部份已遭改變。現地測量是利用全球衛星定位系統（GPS）及全站式經緯儀（TSS）

等儀器，來進行地形測量。

2. 明坑挖掘

為充分瞭解三號坑溪土石材料之特性，需於該研究區進行現地試坑，並於試 坑位置進行現地密度及篩分析試驗，以求得土石材料之粒徑分佈曲線及物理特 性，作為後續整治或模擬的依據。因台大實驗林委託中華顧問工程司為三號坑溪 整治計劃的規劃設計單位，該單位曾對三號坑溪地區做現地試坑，故蒐集其試驗 報告與資料，作為本次研究的依據。

3. 河床表面粒徑調查分析

在河床表面粒徑調查，以實地調查方式放置比例尺拍攝現場情形。根據河床 表面粒徑調查分析結果可推求曼寧粗糙係數（n）之值，所推求之曼寧 n 值為 0.04。

5.4.2 FLO-2D所需資料及工作流程

本研究利用FLO-2D 軟體做土石流境況模擬，將其流下土石量堆積厚度和溢 流範圍與歷史資料相比對，希望能呈現民國90 年 7 月 31 日桃芝颱風時，大量的 雨水所造成土石的流動時之沖淤情況，作為其他土石流溪流模擬的依據。為完成 上述工作，必先蒐集模擬區域之基本地文、水文及歷史文獻等資料，其中 DTM 之更新及泥砂資料之蒐集皆需至現場，做現地測量及現地泥砂採樣才能取得。

5.4.3 模擬區域之劃定

由於本研究為模擬土石流之境況，故模擬區域之範圍應以集水區範圍並加上 土石流危險範圍為主，土石流危險範圍之推估依「水土保持技術規範」第三百十

三條第三項：「土石流：其危險範圍之劃定方式，首先決定危險區之頂點A，其 以山谷之出口、扇狀地之頂點，或坡度十度為頂點；其次由A 點依據土石流最 大擴展角度（一百零五度）向下游劃出一扇狀區域；最後以扇狀區內坡度二度之 等坡度線B 作為土石流之到達邊界，則該扇形區與線 B 所涵括之範圍，即為土 石流之危險範圍」，將扇狀堆積區劃出後，再去除扇狀區中土石流不可能淹沒之 區域，如丘陵、小山等界外區域，即為本計畫研究區域，如圖5-4-1。

圖5-4-1 三號坑溪2~10 度扇形區域範圍 1. DTM 建置

由於 FLO-2D 需輸入 DTM 以模擬二維土石流，故 DTM 資料之正確與否遂成 為模擬準確與否之重要關鍵，本研究為建立境況模擬地理資訊系統（GIS）資料 庫，向國立中央大學太空遙測中心取得此集水區於民國69 年建置之 40m×40m 數 值地形模型（DTM）。由於 DTM 資料年代久遠，為求正確之模擬成果，於民國 92 年 2 月 28 日和 3 月 1 日曾到現地做細部地形測量加以補遺，用以更新 DTM 資料。本區域於修正後之3D 數值地形資料如圖 5-4-2。

圖5-4-2 溪頭三號坑溪3D 數值地形資料圖 2. 水文資料之統計

（1）雨量

本研究之雨量資料，蒐集高程與三號坑溪相仿之溪頭雨量站，溪頭雨量站位 於森林巷溪頭林營區（鳳凰山瞭望臺旁），故足以代表三號坑溪集水區桃芝颱風。

（2）流量歷線

FLO-2D 模式需給定入流點及入流歷線，故應用單位流量歷線於各集水區指 定之入流點，如：溪流之會流口、集水點等。由降雨組體圖之雨量乘以單位流量 歷線即可求得流量歷線，本研究三號坑溪屬於南投縣屬鹿谷鄉之工作範圍，其境 內無流量站之設置，故蒐集同屬濁水溪流域之龍神橋流量站之單位流量歷線資 料。

（3）出流點與入流點地理位置之選定

FLO-2D 程式中入流點之選定原則為配合入流歷線推算之合理性，故入流點 定為各集水區域模擬河段之最上游端點。故取上游南北坑溪匯流處兩點和土石流 衝破蛇籠護床工之溢流點一點，作為本研究之三個入流點。

3. 分析參數之決定

（1）曼寧粗糙係數

本研究將現地表面粒徑調查分析之結果，代入各家學者推求曼寧n 值的方式 比較，取平均值n=0.04。

（2）土砂比重

現地泥砂調查可獲得土砂比重，本研究參閱中華顧問工程司之土力試驗報 告，土砂比重由土粒比重試驗得值為2.67。

（3）漫地流層流阻力係數

層流阻力係數K 其值和坡度、形狀及植生有關，範圍在 24 至 50,000 之間。，

本研究K 值採用 FLO-2D 使用手冊建議參數 “被侵蝕的裸露泥土－被侵蝕的壤

土”之K 值範圍平均值 300。

（4）黏滯性阻力係數（η）、黏滯性降伏應力（τy）

本研究直接採用詹錢登（1997）於南投縣出水溪採樣，進行室內流變試驗之 數據：η值之係數（coefficient）及指數（exponent）分別為 0.00462 及 11.24；

τy 值之係數（coefficient）及指數（exponent）分別為 0.811 及 13.72。

（5）土石流體積濃度（CD）

依據水土保持技術規範第七十三條第一款規定得知，土石流體積濃度之估算 以理論推估為主，其合理值應介於0.3~0.9 C*之間(C*=溪床上土石流堆積物之體 積濃度)，三號坑之 C*=0.62（中華顧問公司，2002），故合理值應介於0.186~0.558 之間。由於三號坑溪床縱斷面坡度變化很大，本研究取流動段與堆積段之平均值 0.391。