各沖刷因子之敏感度分析

凝聚性沉滓沖刷機制相對於非凝聚性沉滓沖刷機制多了許多複 雜因子，無論化學方面如水溫、鹽性、及顆粒中電荷大小等或是物理 方面如河床層的壓密程度、底床坡度、顆粒大小等，將可能影響沖刷 程度的變異性，而現階段在化學因素所造成沖刷率影響並無完善的理 論架構。因此，此小節將針對濕密度、入流流量、粒徑的大小及底床 坡度等物理因子作敏感度測試，將有助往後應用時之參考，並驗證是 否合乎物理機制。由於河床層濕密度(bulk density)相對於其他因子對

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凝聚性沉滓沖刷率影響甚重要，故調整幅度為百分之五，以利方便說 明，其他因子則調整幅度為百分之十，選擇底床變化量、濃度變化量 及懸浮源變化量，與原始結果作一比較。

由表 4-5 至表 4-7 依序為 Roberts et al. (1998)、Krone (1999)、

Partheniades (1965)沖刷公式配合 Wilbert et al. (2004)啟動機制之模擬 結果。可以發現河床層濕密度愈小時對其底床、濃度、懸浮載源變化 影響最大，原因在於濕密度越小代表土壤含水量愈高，而顆粒間凝聚 力易遭水分子破壞，導致壓密程度愈為鬆散，故容易遭受水流帶走。

相對於其他變數可以看出其影響是較不顯著。另外，表中凝聚性顆粒 增大百分之十時，其底床變化、濃度變化、懸浮懸變化皆為正成長，

更可以證得凝聚性沉滓顆粒愈大時，顆粒間凝聚力會降低，導致沖刷 率變大，即沖刷行為愈趨近非凝聚性性質，尚合乎物理現象，表 4-8 則為 Van Rijn 輸砂公式針對非凝聚性沉滓進行敏感度分析之結果。

由圖 4-31、圖 4-32 可看出 Roberts et al. (1998)沖刷公式在各變數 中對整體渠道底床變化及濃度變化的影響程度，而河床土層濕密度在 正負百分之五的變動下，其影響依舊是佔極大比例，分別佔了 82%

及 87%，依序分別為入流流量、底床坡度及粒徑。因此凝聚性沉滓沖 刷中，河床層壓密程度是判斷沖刷量多寡的主要因素，當河床土層受 到外力擠壓時，即立刻影響到沉滓啟動的臨界剪應力，而沖刷量也會

隨著改變，而凝聚性粒徑大小幾乎不會造成底床改變及水體濃度變化 影響，所佔比例僅 1%及 2%。相對在整體渠道濃度變化方面，其濕 密度對濃度影響甚大，因此可以證實凝聚性沉滓被水流帶起後，立即 會在附近造成高濃度情形，加上凝聚性沉滓運移速度快，將快速影響 整條渠道濃度的改變。圖 4-37、圖 4-38 則為非凝聚性沉滓模擬結果，

在不考慮凝聚性的狀況下，入流流量、底床坡度及粒徑大小皆對底床 及濃度變化有一定的影響。圖 4-33 至圖 4-36 則分別為 Krone (1999)、

Partheniades (1965)沖刷公式中各變數對底床及濃度影響比例。

由以上模擬結果可得到下列結論 :

1. 凝聚性顆粒愈小時，顆粒間的凝聚力愈大，加上凝聚性沉滓凝聚 力遠比重力重要，導致沉滓淤積時沉淤通量會有增加之趨勢，在 沖刷時，因沉滓顆粒愈大其凝聚力愈小，故沖刷效能增加，其沖 刷行為將趨近於非凝聚性沉滓之行為。

2. Migniot (1989)沉降速度公式僅考慮粒徑大小，主要原因為沉滓在 低濃度時，顆粒重力具有其影響；相對在高濃度時，不考慮濃度 對沉降速度的影響，因此對於沉降速度修正有所欠缺。Krishnappan (2000)沉降速度公式對於顆粒在水中凝聚成較大的團絮粒徑尚未 有具體考量，因此會低估其沉降速度。

3. 凝聚性沉滓的沉降速度由於重力非主要考量因素，因此沉降速度

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非常緩慢，以致於粒徑及濃度的影響並不會即時對底床淤積有明 顯影響，而沉降剪應力在凝聚性沉滓淤積則是佔了非常重要的因 素，在物理上有凝聚性沉滓吸附底床的含意。

4. 沉降剪應力至今乃無一特定函數關係，現今許多模式及文獻中直 接將其值由率定方式給之，本研究將此當作一模擬因子，藉以了 解沉降剪應力對沉降機制的變化。

5. 凝聚性河床層之濕密度在沖刷過程中佔極重要的因子，當壓密愈 鬆散時，各公式的差異性愈大，原因在於凝聚性沖刷時，土層含 水量愈多，即凝聚行為已較為不明顯，沖刷率可能呈現非線性變 化，趨勢將趨向於非凝聚性沖刷行為，各公式皆有可能高估或低 估其沖刷率。

6. 在清水沖刷案例中，河床層濕密度對濃度變化則是佔非常重要因 素，因凝聚性沉滓在懸浮中運移速度快，加上濃度變化源於沖刷 的多寡，而河床層濕密度又直接反應到沖刷率的大小。