河川流量量測方法比較

本章節以台灣目前河川流量量測較常使用的五種量測方法，即水 位流量率定曲線法、人工斷面積流速測量法、控制斷面法、聲波都卜 勒流速剖面儀觀測法（H-ADCP），以及微波雷達流速量測法。相關 方法說明如下：

1. 水位流量率定曲線法主要係利用量水結構物如堰、閘門或固定渠 道等，經由建立水位-流量率定關係、並透過水位的量測獲得流 量。然因天然河川流路經常變化，且多為具高灘地之複式斷面，

加以採砂及疏浚等人為影響，河床斷面多呈不穩定狀態，水位與 流量間率定關係亦隨之變化，造成水位-流量率定曲線使用上之限 制。

2. 人工斷面積流速測量法為目前水利署實務觀測常見之作業方 式，以人工持流速儀直接量測表面流速或水中垂向上多點流速，

再經由公式或水深計算平均流速再乘以通水面積之方法推計河 川流量值。由於是人工直接施測，施測作業受天候及地點之影響 大，尤其洪水流量的量測更是困難重重，必須考慮儀器與人員的 安全性，且因其流況為一變量過程，在量測時間及時機的掌握上

更形困難。

3. 控制斷面法主要係應用於人工定型化渠道或小型河川之跨河構 造物，惟應用於中大型天然河川則有其限制，因台灣地區河川多 屬複式斷面，倘為量測流量而設置跨河性之人為設施，不僅涉及 經費成本效益問題，且其阻滯洪水宣洩、抬昇水位等將影響防洪 安全，須審慎衡酌。若欲採此方法需以現已完成或配合其他目的 工程設施如攔河堰或橋樑固床工規劃設置。

4. 聲波都卜勒流速剖面儀觀測法（^H-ADCP）係以超音波量測分層 流速及超音波束之聲源與底床接觸點距離，且不要求測流斷面垂 直於河岸，具有提升流量觀測效率及準確性之優點。然H-ADCP 運用於天然河川流量量測仍存有下列主要限制：

（1） 河面蕩漾及水質混濁均會影響量測結果。

（2） 河床質粒徑會影響超音波反射訊號判釋。

（3） 設備安裝位置須與斷面形狀配合，避免形成超音波量測死 角。

（4） 超音波束可量測距離有限，隨頻率高低成反比。

（5） 量測流速有其限制 ± 5m至 10m間。

（6） 屬接觸式量測儀器易受懸浮物體或水中礫石沖擊而毀損。

5. 微波雷達流速量測法亦屬非接觸式量測法，安全性較高且可長期 設置，其僅量測表面流速，再藉速剖定律推算水深及平均流速，

可掌握河床沖淤變化對流量推計之影響。適合台灣天然河川特 性，為提昇設備觀測之精度可搭配ADCP法檢核模式相關轉換參 數。

文中並比較這五種流量量測方法的量測原理與作業方式，以第一 線人員之作業考量角度，就其人力需求、作業危險性、操作機動性、

方法適用性，以及資料連續性等方面來進行比較，詳細之比較資料整 理如表2-1 所示。

表2-1 流量觀測方式比較表

水位流量率 定曲線法

人工斷面積

流速測量法 控制斷面法

聲波都卜勒 流速剖面儀 觀測法

微波雷達流 速量測法

人力需求

需仰賴豐富 經驗之現場 人員，而後續 水位流量之 轉換作業人 力需求較低

需多人掌控 儀器設備並 以人工方式 記錄資料，人 力需求較多

若有穩定之 控制斷面僅 需維護標準 斷面之狀 況，人力需求 較低

需有人員操 作電腦設 備，現場人力 需求較低

需有人員操 作電腦設 備，現場人力 需求較低

作業危險性

室內作業危 險性低

現場作業危 險性高

室內作業危 險性低

室內作業危 險性低

室內作業危 險性低

操作機動性

可推求高低 水位流量

施測地點受 儀器作業限 制

需有控制斷 面處才能量 測

儀器設備雖 可車載但多 組量測時受 限人力機動 性下滑

儀器設備可 車載機動性 佳

方法適用性

需位於底床 沖淤穩定河 段，方能適用

人工施測需 考慮到施測 人員安全性 或是是否有 橋樑等施測 平台

需有標準斷 面之施設，一 般常見於取 水口

可同時測得 深度剖面流 速資料

可測得表面 流速資料，配 合速剖公式 可推算斷面 流量值

資料連續性

需 由 連 續 之 水 位 資 料 轉 換 求 得 流 量 資料

資 料 長 度 受 限 於 施 測 時 間

可 由 水 力 公 式 推 求 流 量 資料

可 連 續 觀 測 獲 得 連 續 性 資料

可 連 續 觀 測 獲 得 連 續 性 資料

2.4 流量觀測面臨之 流量觀測面臨之 流量觀測面臨之 流量觀測面臨之問題 問題 問題 問題

綜合本章節所述，可知目前台灣天然河川，在流量觀測上所面臨 之問題，說明如下：

1. 台灣河川洪枯流量差異大，深水河槽位置經常變化，低水時期主 流路常偏離水位站。

2. 河川高灘地高程變化大，使主流路及高灘地之水理特性大不相 同。

3. 台灣河川坡度甚陡，河川斷面不易穩定，洪水過程中底床變化劇 烈，降低水位流量率定曲線之代表性。

4. 河川水位站常設置於橋樑上，惟橋樑影響流場及斷面穩定，使得 流量觀測之難度大為提升。

因此，希望可以藉由比較流量量測的方法，根據各量測方法的優 缺點，來克服人為操作、儀器設備，以及氣候的限制，進而建立理想 的洪水流量監測的機制。