本章將測試案例分為二大部分進行探討。第一部分為單純考量降 雨期間，降雨強度大小對不同土壤性質河岸穩定之影響；第二部分為 河道水位上升或下降時，同時探討降雨強度對河岸穩定之影響。茲將 本章案例模擬條件整理如表4-1。
4.1 案例設定
土壤相關參數假設如下：摩擦角φ'=33º，φb=16º，凝聚力 =2 kPa，
單位重
c'
γ =18 kN/m3，河岸坡面角度β =60º。河岸高度(坡高)為 3 m，河 岸深度為5 倍坡高，有效飽和度為 0.4。
參考表3-2 並選取水力傳導係數相差一階之土壤進行探討，本研 究採用砂(Sand, K=11.78 cm/hr)、砂質壤土(Sandy loam, K=1.09 cm/hr) 和黏土質壤土(Clay loam, K=0.10 cm/hr)三種土壤。
考量降雨延時為12 小時，雨型為均勻型(uniform pattern)之降雨 事件，降雨強度(I, rainfall intensity)分別為 5、10、20、40、80 與 160 mm/hr 等六種降雨強度。
4.2 降雨特性對河岸穩定性之影響
考量起始河道水位(Hw)分別為 0.6 m、1.5 m 和 2.4 m，地下水面 線計算之河岸左右側邊界條件與起始條件皆設為起始河道水位，本案 例之河岸穩定分析示意圖如圖4-1 所示。
砂質土壤在不同起始水位以及降雨強度下，模擬結果如圖 4-2 所
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示，圖4-2 顯示降雨強度越大，地下水位較易上升，將產生較大之正 孔隙水壓致使安全係數大幅下降。另外，當起始河道水位為0.6 m、
1.5 m 與 2.4 m 時(起始地下水位亦分別為 0.6 m、1.5 m 與 2.4 m)，安 全係數之起始值分別為1.50、1.26 與 1.23。上述結果顯示起始地下水 位越高，安全係數之起始值越低，且降雨較易使得地下水位持續上升 使河岸土體達完全飽和，因此安全係數將下降並維持某一最低值，如 圖4.2(c)所示。
另外兩種土壤(砂質壤土與黏土質壤土)，其分析結果如圖 4-3 以 及圖4-4 所示。與圖 4-2 比較結果顯示當水力傳導係數越小，安全係 數變化幅度隨之越小。由於三種土壤主要差異在於水力傳導係數，茲 將三種土壤在不同降雨強度下隨時間變化之入滲率繪製於圖 4-5。圖 4-5 顯示砂質、砂質壤土與黏土質壤土會發生積水之臨界降雨強度與 時間分別為160 mm/hr(13 min)、40 mm/hr(16 min)以及 20 mm/hr(7 min)，由此可知當水力傳導係數越大，降雨量較易完全入滲至土體，
地下水位亦較易上升使得安全係數下降。反之，水力傳導係數越小，
積水現象較易發生，使得降雨量進入土體內的越少，即便降雨強度增 大，土壤入滲率並不會改變，因此地下水位較不易變動，對安全係數 的影響亦較小，如圖4-4(c)所示。此外，水力傳導係數亦為地下水流 動之重要參數，水力傳導係數越大，地下水流動越快，地下水面線變 動亦越為明顯，因此由圖4-2 至圖 4-4 可發現當降雨停止後，水力傳 導係數較大之土壤由於排水性良好，地下水位回降的速度較快，因此 安全係數回升速度亦較快。
由上述分析結果可知水力傳導係數影響土壤之入滲率與地下水 水流動頗巨，以下將本節所分析之案例以最小安全係數進行彙整與探 討，除可評估河岸整體穩定性外，更可進一步瞭解不同模擬條件對安
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全係數影響之程度。將三種土壤於不同起始水位與降雨強度下之最小 安全係數整理於圖 4-6。整體而言，安全係數最小值均落在降雨量為 160 mm/hr，而起始水位為 0.6 m 時，最小安全係數受降雨強度影響 較大，且較易造成河岸破壞。此外，水力傳導係數較小之土壤不易造 成地下水位的變動，因此安全係數變化幅度不大。
4.3 河道水位上升對河岸穩定性之影響
本節進一步探討河道水位上升時，降雨對河岸穩定之影響。河道 水位分別以0.05 m/hr、0.1 m/hr 和 0.3 m/hr 三種速度(Vw)，由最低水 位(0.6 m)上升至最高水位(2.4 m)。地下水面線計算之起始條件與河岸 左右側邊界條件皆假設為起始水位高度(0.6 m)。本案例之河岸穩定分 析示意圖如圖4-1 所示。
砂質土壤在不同河道水位上升速度以及降雨強度下，模擬結果如 圖4-7 所示。由圖 4-7 與圖 4-2 比較，發現在降雨強度小於或等於 40 mm/hr 時，河道水位上升速度越快時，安全係數下降程度越為趨緩，
甚至有上升的現象，如圖4-7(c)之模擬結果所示。由於河道水位所提 供的靜水壓力對安全係數呈正面影響，因此河道水位上升速度越快，
若地下水位仍維持在相對較低，此時即有可能使安全係數增加。尤其 是對於水力傳導係數較低之土壤，如圖4-8 與 4-9 所示，進一步分別 與圖 4-3 與圖 4-4 比較，結果顯示河道水位上升將增加河岸之穩定 性，且水力傳導係數較低之土壤較不受降雨強度影響，而是與河道水 位有較大之關連性。但砂質土壤河岸於降雨強度為 80 mm/hr 或 160 mm/hr 時，河道水位上升卻使得安全係數驟減，究其原因，應是水力 傳導係數較高之緣故，使得河道水位上升時較易帶動地下水面線的上 升，因此造成安全係數下降。
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同樣將本節所分析之案例以最小安全係數進行彙整並於圖 4-10 展示其結果。由圖 4-10 可知，大致上河道水位上升對安全係數有正 面之影響，且上升速度越快、水力傳導係數越小之土壤，影響程度越 為明顯。但當水力傳導係數較高(砂質土壤)，降雨強度較大且伴隨河 道水位上升，反而使安全係數驟降。
4.4 河道水位下降對河岸穩定性之影響
河道水位下降時，降雨對河岸穩定之影響將於本節進行探討。河 道水位分別以0.05 m/hr、0.1 m/hr 和 0.3 m/hr 三種速度(Vw)，由最高 水位(2.4 m)下降至最低水位(0.6 m)。地下水面線計算之起始條件與河 岸左右側邊界條件皆假設為起始水位高度(2.4 m)。本案例之河岸穩定 分析示意圖如圖4-1 所示。
三種土質河岸在不同河道水位下降速度以及降雨強度下，模擬結 果如圖 4-11 至圖 4-13 所示。與圖 4-2 至圖 4-4 相較發現，當河道水 位下降時，河岸之安全係數隨時間變化的整體趨勢大幅下降。由於河 道水位下降使其所提供之靜水壓力減少，此時若因降雨強度較大或水 力傳導係數較小，使地下水位仍維持相對較高，則安全係數將隨河道 水位下降而減少。對於水力傳導係數較小之黏土質壤土，模擬結果如 圖 4-13 所示，雖然安全係數受降雨強度影響不明顯，但卻隨河道水 位下降，且河道水位下降速度越快，河岸發生不穩定現象的時間越早。
圖 4-14 彙整本節所有分析案例之最小安全係數。由圖 4-6 與圖 4-14 相較後可清楚發現，當河道水位下降，安全係數皆呈下降趨勢，
尤其是水力傳導係數較小之土壤(黏土質壤土)，即使降雨強度僅 5 mm/hr，河道水位下降速度僅 0.05 m/hr，依據模擬結果顯示河岸仍會 破壞(安全係數小於 1.0)。因此，河道水位下降及其下降速度對河岸
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穩定與破壞發生時間有重大之影響。
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