前一章已針對軟岩侵蝕模組進行相關模組測試，由測試結果可發 現，軟岩侵蝕模組各參數之敏感度關係及模擬結果之物理特性，皆與 真實現象相近。為了更進一步驗證結合軟岩侵蝕模組之 EFA 模式於 真實河川之適用性，蒐集民國 89 年、93 及 96 年大安溪斷面資料及 相關模擬條件資料，進行長時間洪水事件之模擬。
5-1 現場案例簡介與參數設定
對於大安溪等軟岩河川之侵蝕現況，目前尚無合適之侵蝕破壞機 制與模式，在工程防治上並無可參考之依據，實需要對於其侵蝕機制 進行研究。因此，本研究選擇大安溪流域為對象，以下分別對其流域 概述、模擬範圍及模擬所需參數進行說明。
5-1-1 流域概述
大安溪位於台灣中部台中縣、苗栗縣境內，南臨大甲溪，北為後 龍溪。大安溪主流長度約 96 公里，流域面積約 758 平方公里，上游 發源於雪山山脈之大霸尖山，海拔約 3,488 公尺。全流域多屬山地，
地勢由東部高峻逐漸向西傾斜，自發源地分水嶺至雙崎段，坡陡流急，
岩石外露，形成深溪峽谷，河道高程由2,840 公尺降自 485 公尺左右，
由 485 公尺降至約海平面高程，坡度約為 0.013，此二段河道坡度差 異甚大，河道特性亦有所不同。
大安溪蘭勢大橋上游河段於921 地震時受到抬升作用，最大抬升 高度達 10 公尺，造成上游河水堰塞，下游河道坡降由 0.013 劇增至 0.028。民國 97 年初河道現況已經受水流侵蝕下切成峽谷地形，峽谷 附近地貌如圖 5-1 所示，河道深槽部分與河岸最大高程落差可達 20 公尺以上。本河段經過現地勘查結果顯示，河床大多為裸露的軟弱砂 岩、頁岩、或砂頁岩互層所組成，抗侵蝕能力不佳，民國 88 年 921 地震迄民國 97 年初僅約 9 年餘之時間即造成河道地形如此劇烈之變 化，且侵蝕現象仍相當活躍作用於本河段上，且根據「軟弱岩床劇烈 沖蝕河斷沖蝕行為之探討─以大安溪為例」(2009)一文，大安溪劇烈 沖蝕斷面之材料強度參數
M s
數值介於6 至 15 之間，亦符合 Annandale (1995)對於軟弱岩盤之定義，因此本研究將以本河段為例探討軟弱岩 床河道的侵蝕原因、機制、以及未來河道變遷之趨勢等，可供河川管 理單位擬訂相似河川治理規劃之參考。5-1-2 模擬範圍
大安溪流域近年來進行過四次斷面測量，分別為民國 82 年中下 游段測量、民國 89 年 921 地震後中上游段測量(斷面 21~67)、民國
93 年全域測量及民國 96 年全域測量，表 5-1 為所蒐集之斷面資料彙 整。根據上述之斷面資料，可發現 921 地震後，大安溪中上游段之斷 面資料較為齊全，且現場案例模擬目的為測試軟岩侵蝕模組是否能反 應大安溪河段因民國 89 年 921 地震拱隆後造成軟岩外露進而產生劇 烈侵蝕之現象，故本研究在模擬範圍規劃上，挑選 921 地震後民國 89 年之斷面資料作為模擬起始值，而民國 93 年及民國 96 年之斷面 資料作為模式檢定與驗證之基礎，取斷面56(白布帆橋)為上游邊界，
斷面25(義里橋)為下游邊界，圖 5-2 為模擬流域及流域內各流量、水 位測站位置示意圖。
5-1-3 模擬所需參數
1. 初始河道幾何資料
大安溪現場案例之河道幾何資料，採用經濟部水利署第三河川局 於民國89 年辦理之大安溪本流之斷面測量資料，作為模式起算條件，
而此模擬範圍之斷面樁號整理如表5-2 所示。
2. 初始河床質粒徑資料
為求能符合大安溪真實現況，並提高模擬精準度，對於河床質粒 徑選取，應採用與斷面測量資料時間相近之河床質採樣資料，但由於 民國89 年大安溪並無實測河床質粒徑資料，其後至 89 年亦缺乏實測
資料，因此本研究根據台灣省水利局於民國 81 年「大安溪治理規劃 報告」中之河床質採樣資料，各斷面相關粒徑組成資料整理如表 5-3 所示。本模式採用四組代表粒徑，分別以D1~D4 稱之，D1=0.73mm、
D2=27.16mm、D3=85.91mm、D4=141.78mm。
3. 底床糙度係數
對於底床糙度係數之選取，本研究參考前台灣省水利局民國 82 年「大安溪治理規劃報告」及經濟部水利署水利規劃試驗所民國 91 年「大安溪流域聯合整體治理規劃」中所建議的河床糙度進行水理輸 砂與軟岩侵蝕之演算，各斷面所採用之底床糙度資料整理如表 5-2 所 示。
4. 上游下游邊界條件
本研究於大安溪流域研究範圍內有四處水位流量觀測站，分別為 義里站、卓蘭站、雪山坑站及象鼻站，水位站另有雙崎站及大安溪橋 站。觀察各測站資料於88 年 921 地震後之逐時水位與流量觀測資料，
民國 88 年至民國 92 年缺乏水位、流量等實測資料，民國 93 至民國 95 年部分時段有實測資料不合理之現象，如全年度逐時流量皆在 1,000cms 以上等不合理現象。
因實測資料之缺乏與錯誤，本研究利用民國 89~93 年水利規劃試
驗所委託海洋大學李光敦教授等人於「流域整體規劃河川集水區數值 地 形 資 訊 系 統 建 立 」(2003)所發展之運動波 -地貌瞬時單位歷線 (KW-GIUH)模式為計算工具。上述報告中，係參考大安溪五個水為、
流量測站，分別為象鼻、雪山坑、雙崎、卓蘭與義里五站，擷取各測 站之河川網路地文特性，並對集水區進行逕流模擬與粗糙係數檢定，
報告亦提供大安溪流域各測站建議之糙度係數。利用運動波-地貌瞬 時單位歷線為模擬工具，結合氣象局於大安溪流域內馬達拉、象鼻、
雙崎、卓蘭、松安及雪嶺等六個雨量測站之實測雨量，計算徐昇式平 均雨量為模式輸入條件，推估雙崎站逕流歷線為模式上游邊界流量歷 線資料，並將推估之流量歷線與經濟部水利署民國 93 年「敏督利颱 風水文分析報告」與民國 93 年「艾利颱風水文分析報告」推估之流 量交互比較作為模式檢定之依據。運動波-地貌瞬時單位歷線操作流 程如附錄所示。
因缺乏下游邊界實測水位資料，本研究參考民國 82 年「大安溪 治理規劃報告」中，斷面 25 於各重現年期洪峰流量之水理分析成果，
推估下游水位歷線作為模式模擬之下游邊界條件。
大安溪現場案例因上游邊界流量與下游邊界水位歷線，均為利用 其他模式或率定曲線內差而得，為避免此一推估邊界條件對於模擬區
以減小推估邊界條件對模擬造成之影響，且為一緩坡狀態，因此邊界 條件除流量水位外，不需另給其他條件。
6. 超亞臨界流邊界條件
當超亞臨界混合流發生時，超臨界流下游端水躍發生處，會因上、
下游水深之共軛特性自然形成一限制條件，對整個流場而言，此限制 條件即為一內部邊界條件，其存在使超臨界流區域得到多於之邊界條 件，導致數值計算發生over-determined 現象。鍾(2009)利用內部相鄰 計算點之水位高程及流量，透過預測-修正數值方法先求取超亞臨界 混合流區域內各斷面通水面積及流量，其後顯式有限解析法利用已預 測修正後之通水面積、流量等數值繼續運算，得到真正所需超亞臨界 混合流區域之通水面積、流量及超臨界流區域之下游邊界水深，因此 模式於模擬運算時，不需另給其他超亞臨界流之邊界條件即可運算。
6. 上游泥砂輸入條件
因雙崎站並無歷年實測泥砂濃度資料，本研究以上游端之象鼻站 歷年之實測泥砂濃度資料，加以迴歸出流量-含砂量濃度之率定曲線 Cv(PPM)=6.3198*Q(m
3
/s)+3.459，其結果如圖 5-3 所示。由於此入砂 濃度包含沖洗載之濃度，經檢定後扣除 95%之沖洗載濃度，並以最細 之D 1
粒徑代表懸浮載粒徑。7. 其他輸砂參數
實驗室案例可透過估算淤積鋒面來推求孔隙率，但現場案例無法 以相同方式推估，且粒徑均為非均勻泥砂，彼此代表粒徑間顆粒大小 差異性大，故本案例以0.3 作為模式設定值。參考高度則依檢定案例 結果設定為 0.05m。作用層厚度則根據以往經驗，設定此值介於 0.05~0.1 倍水深間。
8. 軟岩侵蝕模組參數
軟岩侵蝕模組參數部分，首先需設定具軟岩侵蝕特性之斷面區域，
參考經濟部水利署民國 97 年「軟弱岩床劇烈沖蝕河段沖蝕行為之探 討─以大安溪為例」報告，根據大安溪劇烈沖蝕河段之航拍圖，判定 模擬範圍內具軟岩侵蝕特性之區域介於斷面43 至斷面 46 之間。
沖蝕指數K 之數值，亦參考「軟弱岩床劇烈沖蝕河段沖蝕行為 之探討─以大安溪為例」報告建議值。由於各斷面於不同年份顯露之 軟岩岩性不同，沖蝕指數K 需根據歷年斷面測量結果以及現地觀測等 試驗方法決定代表各斷面各年份之數值，歷年斷面比較以及各岩性區 域分隔狀況，以斷面 44、斷面 44.1 及斷面 45 為例，如圖 5-4 至 5-6 所示，各分區經試驗後建議沖蝕指數K 值如表 5-4 所示。
粗糙高度則依相關經驗式，採用 2 倍 d
50
作為計算依據。其餘參數如軟岩彈性模數Y、軟岩張力強度σ
T
、軟岩強度參數kV
等則依該 區卓蘭地層相關調查報告之結果設定之，軟岩彈性模數 Y 設定值為 5.0*104
MPa，軟岩張力強度σT
設定值為 0.6MPa，軟岩強度參數 kV
設定為1.0*10
12
；無因次沖蝕系數kp
經檢定後設定為 10-7
。5-2 模擬結果與分析
5-2-1 檢定案例
檢定案例採用之洪水事件時間介於民國 89 年至民國 93 年間，此 一期間包含桃芝(民國 90 年 7 月 28 日至 7 月 31 日)、納莉(民國 90 年 9 月 8 日至 9 月 10 日、9 月 13 日至 9 月 19 日)、雷馬遜(民國 91 年 7 月2 日至 7 月 4 日)、娜克莉(民國 91 年 7 月 9 日至 7 月 10 日)、敏督 利(民國 93 年 6 月 28 號至 7 月 3 日)、蘭寧(民國 93 年 8 月 10 日至 8 月13 日)、艾利(民國 93 年 8 月 23 日至 8 月 26 日)等代表性颱洪事件。
本研究於此檢定案例中之總模擬時間為305 小時，圖 5-7 及圖 5-8 分 別為模擬演算時所輸入之上下游邊界條件，上游邊界洪峰流量約為 7,400cms。
圖 5-9 及圖 5-10 為民國 89 年大安溪底床經模式演算模擬後與民 國 93 年實測值之水位及底床高程岩程變化示意圖，由各斷面最低點
圖 5-9 及圖 5-10 為民國 89 年大安溪底床經模式演算模擬後與民 國 93 年實測值之水位及底床高程岩程變化示意圖，由各斷面最低點