第三章 模擬案例
3.2 現場案例
1. 模擬條件
本研究於模擬範圍之 94 年航拍圖如圖 3.12 所示，為曾文溪下游麻善大 橋至國聖大橋河段，橘色、紅色、黃色分別標示模擬邊界、河岸堤防範圍 及主要深槽流路。近年來有關曾文溪地形的量測分別有 92 年、95 年、98 年大斷面地形及 94 年 DEM 地形資料，故使用 94 年度 DEM 地形資料做為 現場案例模擬的初始地形，模擬 94~95 年及 95~98 年間代表性颱洪事件，
並與相對應年份之大斷面進行結果比較。以下簡稱為 95 年案例及 98 案例。
2. 模擬格網與初始地形
取得 94 年度 DEM 數值地形為初始地形之後，使用 CCHE-MESH 格網 產生器進行格網產生，模擬格網數為 42×310。初始地形分布如圖 3.13 所示。
本次模擬範圍全長約 17.7 公里，河寬設定以堤防為邊界，寬約 900 公尺。
此範圍皆為單一深槽明顯之複式斷面，如圖 3.14 所示(以斷面 26 為例)。因 DEM 數值地形皆為水面上地形資料，故模擬範圍內之地形高程介於 0 公尺
~ 9 公尺之間。
3. 河床質粒徑與曼寧 n 值
模式中使用之河床質及曼寧 n 值資料參考「曾文溪及鹽水溪河床變動 與防洪分析研究」(2007) 曾文溪河床質採樣分析結果。此河段為河川下游，
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粒徑皆小於 0.1mm 且分布相當接近。模式使用三組代表粒徑，各組粒徑所 佔比例及分布範圍如表 3.5 及圖 3.15 所示。曼寧 n 值的設定上使用治理規 畫報告中建議值，深槽為 0.030、高灘地為 0.034。
4. 邊界條件
挑選 2005 年至 2009 年流量較大之代表性洪水事件，採用之颱洪事件 及其發生時間如表 3.6 所示。由於模擬範圍上下游邊界處皆無流量站及水位 站實測資料，故使用「深槽流量增加對河床沖刷與河道變遷之影響(2/2)」
(2012)中 CCHE1D 之模擬結果，根據模擬結果截取相對應地點的流量及水 位資料為二維模擬之邊界條件。其中挑選流量的依據為 94 年 DEM 地形資 料定量流模擬之滿槽流量，模擬結果約為 1,800cms。以此結果為挑選依據，
能夠考慮枯水期之深槽流量及颱洪期間之溢岸流對河床的影響，並可減少 模擬時間。上游入砂量根據一維模擬結果進行演算如圖 3.16，懸浮載與河 床載比例假設為 90%與 10%。其流量、入砂量、水位歷線如圖 3.17 至圖 3.19 所示。泥砂相關參數設定如表 3.7 所示。
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表 3.1 DHL 及 DLFM 彎道動床模擬各項參數表
表 3.2 蜿蜒渠流岸壁侵蝕模擬參數表
Flume Q
(m
3/s) B (m)
h
0(m)
U (m/s)
S
0(×10
-3)
Chezy (m
1/2/s)
D50 (mm)
Rc (m)
Lc
(m) grid B/Rc
Struiksma
(1983) DHL-T2 0.062 1.5 0.1 0.41 2.03 28.8 0.45 12 29.32 241X35 0.125
Sutmuller &
Glerum (1980) DLFM
0.17 1.7 0.2 0.5 1.8 26.4 0.78 4.25 13.35 235X39 0.4
Case name Discharge (cms)
Initial water
depth (m) Bed slope D 50 (m) Wall slipness
coefficient Width (m) Mesh
Run 1 0.00198 0.033 1/300 0.00013 0.8 0.2 16x448
Run 2 0.00063 0.014 1/100 0.00013 0.8 0.2 16x448
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表 3.3 蜿蜒複式斷面渠道模型幾何條件表
主深槽之蜿蜒曲率半徑 65 cm
渠槽全寬 170 cm
主深槽寬 40 cm
主深槽高 10 cm
幅角 80˚
前後曲率中心距 53.57 cm
波長
(Wave length) 276.8 cm 蜿蜒長
(Meander length) 324.70 cm 底床坡度
(Slope) 0.00126
振幅
(Amplitude) 76.43 cm 蜿蜒帶寬
(Inside width of meander belt) 116.43 cm 蜿 蜒 帶 外 寬
(Outside width of meander belt) 53.57 cm 連接槽長
(Crossing length) 71.59 cm 蜿蜒度
(Sinuosity) 1.173
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表 3.4 複式斷面蜿蜒渠流溢岸流動床模擬參數表
表 3.5 代表粒徑與河床質代號
Case Name Relative Depth
Main channel Depth (m)
Floodplain Depth (m)
Discharge (cms)
Suspended load (kg/s)
Bed load (kg/s) CASE I-1
0.009 0.11 0.01 0.016
0 0
CASE I-2 0.015 0.011
CASE I-3 0.031 0.022
CASE II-1
0.2 0.125 0.025 0.025
0 0
CASE II-2 0.021 0.026
CASE II-3 0.042 0.051
CASE III-1
0.5 0.2 0.1 0.081
0 0
CASE III-2 0.063 0.161
CASE III-3 0.127 0.323
Sample Porosity Size Class-1 Size Class-2 Size Class-2
Diameter (m) 0.0001 0.0003 0.001
1 0.4 0.4 0.5 0.1
2 0.4 0.6 0.4 0
3 0.4 0.8 0.2 0
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表 3.6 模擬現場案例曾文溪中下游主要颱洪事件
表 3.7 模式使用泥砂參數設定表
模擬案例 時間 颱洪事件名稱 模擬案例 時間 颱洪事件名稱
95年案例
2005/7 海棠
98年案例
2007/8 聖帕
2007/10 柯羅莎
2005/9 泰利 2008/7 鳳凰
2008/9 辛樂克
2006/7 碧利斯 2008/9 薔蜜
2009/8 莫拉克
Transport Model Adaptation Length For Bed Load
Adaptation Coefficient for suspended Load
Schmidt Number Total Load as Bed
Load Plus Suspended Load Model
1200 0.55 0.5
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圖 3.1 Struiksma (1983)DHL 140°彎道實驗幾何形狀圖
圖 3.2 DHL 實驗模擬案例使用格網示意圖
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圖 3.3 Sutmuller and Glerum (1980)DLFM180°彎道實驗幾何形狀圖
圖 3.4 DLFM 實驗模擬案例使用格網示意圖
63
圖 3.5 蜿蜒渠流岸壁侵蝕模擬初始地形圖
圖 3.6 蜿蜒渠流岸壁侵蝕模擬初始格網圖
2m 2m 2m
模擬結果展示位置
64
圖 3.7 蜿蜒深槽全波長幾何地形圖(cm)
圖 3.8 複式斷面蜿蜒渠流案例使用格網圖
40° 80°
53.57
20 Flow directioan
170 85 85
R60
Flow directioan
65
圖 3.9 蜿蜒複式河槽溢岸流模擬結果展示位置圖
圖 3.10 複式斷面蜿蜒渠流案例結果斷面位置圖
模擬結果展示位置
S1
S3
S4
S5 S6 S7
S2
Flow directioan
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圖 3.11 蜿蜒複式河槽溢岸流案例橫斷面圖
圖 3.12 現場案例曾文溪模擬範圍 94 年航拍圖 河寬
主 深 槽 水 深
左洪水平原 主深槽 右洪水平原 洪水平原
水深
國聖大橋
麻善大橋
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圖 3.13 曾文溪模擬範圍 94 初始 DEM 數值地形分布圖
圖 3.14 曾文溪斷面 26 大斷面實測圖
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圖 3.15 現場案例模擬河床質及曼寧 n 值設定分布圖
圖 3.16 麻善大橋含砂量與流量率定曲線
Sample 1
Sample 2
Sample 3
曼寧n值分佈 河床質分布
Qs = 8.2507Q
1.3348
R² = 0.83670.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
輸砂量
Q S (M .T/ D ay)
流量 Q (cms)
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圖 3.17 上游邊界條件麻善大橋流量歷線
圖 3.18 上游邊界條件麻善大橋入砂量歷線
0 2000 4000 6000 8000
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
流量
Q (c ms )
時間 (hr)
95年案例
(144hrs) 98年案例(336hrs)
0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
濃度
(k g/ s)
時間 (hr) 95年案例
(144 hrs) 98年案例(336 hrs)
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圖 3.19 下游邊界條件國聖大橋水位歷線
0 1 2 3 4 5 6 7
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
水位