本研究在現場施測部分主要是以測深作業為主，其目的是在水庫內，利用對 地形具有高解析能力的多音束測深系統(Multi-Beam Echo Sounder System，
MBES)，去求得在地形平面座標上具公尺級解析與在垂直軸上具公分解析能力的 水深採樣測值，經過資料校正，可將收集到的水深值還原成為地形的絕對高程。
此外，將前後期的高程值相減可得知淤砂堆積量，由於其推算量是利用選訂時間 內(各次施測時間內)之水下地形值差演算所得，因此測量所得的值需精確至公分 級，且水深值之間需為高密度分布。
在歷年的施測中，大部分的區域利用多音束測深系統測量，在水深小於5 公 尺的淺水區域則用單音束測深系統進行施測。在高程約1003 公尺以上的陸域範 圍，則進行即時動態測量(RTK)作業，測量至水庫滿水高程 1005 公尺高程線為止。
另外，為了了解庫底下的沉積層次，因此在 2010 年，在水庫南端進行了淺層震測 施測調查。
2-1 多音束測深系統的使用與水庫淤積調查
2-1-1 多音束測深系統
多音束測深系統發展初期受限於當時電腦軟硬體及周邊設備支援不足，因此 在 70 年代晚期起至 80 年代末期這段時間內，多音束測深機多用於科學探測及學 術研究上，為海洋科學家探測大洋中深海區海底地形使用，至於在淺水區以及工 程實務相關應用方面，限於較高頻的船體運動(roll、pitch 和 yaw)、定位、潮位等 影響，因此發展較為困難；近年來，電腦運算能力的提升，以及周邊支援設備的 更新與精進，多音束測深系統開始普遍的被運用在各相關領域。
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多音束測深系統（圖 2-1），除了最重要的轉能器外，還需要其他的配件方能 完成測深作業，其中包含姿態感應器（Motion Sensor）、電羅經（Gyro-Compass）、
GPS、系統控制軟硬體、導航及資料展示軟體、資料收集單元及事後資料處理軟體 等，各個單元環環相扣，缺一不可，只要有一環節疏失，即會造成資料品質的降 低，特別是現場安裝、測試、收集作業之品質好壞，往往大致決定資料的品質。
圖 2-1 多音束測深系統組織圖。
整套多音束測深系統包含了測深、定位、船體姿態及系統整合等四個主要單 元，包括為了後續資料處理所需參數取得所使用之其他儀器，分別簡述如下：
1. 測深單元：
本調查所使用的多音束測深機為美國 Reson 公司所生產製造的 Seabat 9001s 型多音束測深機（圖 2-2），有 60 個音束，每個束寬為 1.5°×1.5°，構成 90 度扇 形測面。音波頻率為 455kHz，測深能力為 0 至 100 公尺。可裝置在小型的測量船
音鼓 測深主機
導航電腦
全球衛星定位系統
船體運動感應器 電羅經
資料收集用電腦 (含控制軟體)
測深單元 定位單元 船體姿態單元
序列埠
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上，配合自行設計的音鼓架，可在各水域進行測探工作。隨著船行進，一個個剖 面將連結組成一個面狀分佈的水下地形資料，測點間距多小於 1 公尺，且分佈均 勻，因此大大提高水下地形測量的解析能力(圖 2-3)。
圖 2-2 Reson Seabat 9001s 多音束測深機。
圖 2-3 多音束測深系統之盤狀音束示意圖。
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2. 定位單元：
全球衛星定位系統(Global Positioning System，簡稱 GPS)，其擁有的即時 定位能力是目前所有定位相關儀器中最有效率者，動態差分定位精確度可達公尺 級，又可利用無線電，求得其差分位點。需特別注意的是，定位的品質會受到天 空透視度的好壞所影響，因而使其在山區的定位效果將較平地來的差。
使用全球衛星定位系統(Global Position System，GPS)，為美國國防部所發 展，起先用於軍事用途，後來才開放給一般民眾使用。本研究利用 GPS 衛星，提 供導航、測量及追蹤物體準確的瞬間座標位置。
歷年來在霧社水庫使用過美國 Ashtech M-12 型 DGPS 接收器、Ashtech GG24-Surveyor 型衛星接收儀以及 Thales DG14 型衛星接收儀(圖 2-4)來從事地形 量測定位作業，由於此區屬於狹長型且兩旁山壁較陡，其收集之原始值再經過資 料處理後，發現若試圖提高 DGPS 使用時效，會因衛星數鎖定數目太少，定位將會 因幾何精度因子變大而有 5 公尺以上的誤差。因此，本研究在有些時段使用 Ashtech GG24-Surveyor 型衛星接收儀來當作整套系統的定位單元，此型為 GPS/GLONASS 接 收器，其最主要為有效提高在山谷內定位的精度與能力，能在有限空域內提高衛 星收視的顆數。因此它在定位解算上更具有完整性，並可有較高的機會得到良好 的衛星排列幾何向量。測深值的定位採用相對定位方法之後差分處理方式修正定 位置，使其定位精度可達到公尺級，即時差分定位精度小於 1 公尺。
圖 2-4 Thales DG14 衛星接收儀。
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3. 船體姿態單元：
船在海面上航行時，會因為風及波浪的影響造成船隻的搖晃，所以要加裝船 體運動感應器(Motion Sensor)及羅經(Gyro-Compass)，以提供船隻在航行時每一 時間點的運動狀態參數(roll、pitch、yaw、heave)，其所代表方向如圖 2-5 所示，
將參數匯集到系統整合單元內計算音鼓位置，以利在後續的資料處理流程中，將 波浪所造成水深值的誤差量修正。
圖 2-5 船體姿態擺動示意圖。船在航行時於 X、Y、Z 軸上分別會產生 Pitch、Roll 及 Yaw 角度的搖晃，必須經過修正才能得到準確的水深值。(謝凱惠，2006)
本研究所使用的儀器分別為 S G BROWN Meridian Surveyor 電羅經（圖 2-6）
以及 TSS DMS2-05 姿態感應與波浪補償器（圖 2-7）來量測船體的運動狀態，以提 供系統作為修正水深資料所需之音鼓所在平面狀態的參數；本款電羅經擁有多種 傳輸界面可供任何多音束測深使用，儀器的 DTG 陀螺單元，其高性能仍優於最新 的光纖羅經的設計。在惡劣的環境及船速較快的情形下，卓越的定向功能在轉速 高於每秒 200º也能提供穩定的數據。而 TSS DMS2-05 姿態感應與波浪補償器是專 門針對海洋產業在姿態測量上的需要而設計，在任何大小的船隻上皆可達到國際 航道測量組織標準的測量規定。其精度在波動狀態下，最大精確度在 Z 軸方向變 化量為 5 公分，感應範圍為±10 公尺，解析度為 1 公分；而船首軸及船舷軸角度變
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化量精度為 0.04 度，感應範圍為±60 度。(宋國士，2006)
圖 2-6 S G BROWN Meridian Surveyor 電羅經。
圖 2-7 TSS DMS2-05 姿態感應與波 浪 浪補償器。
4. 系統整合單元：
經由以上三大單元各自運算處理後，透過一個序列埠，可將以上各數值傳入 電腦中儲存，使用 Hypack 水深收集軟體，進行初步的水深值計算和展視，將所收 集到的的水深資料、定位資料、船體運動資料整合成數位檔案儲存於電腦硬碟，
以供後續資料處理使用。
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2-1-2 多音束測深與單音束測深之比較
單音束測深系統(Single-Beam Echo Sounder System)到目前為止仍為國內普遍 用的測量工具。這是因為單音束測深機的成本較低廉，資料收集和處理方式也比 較簡單。
單音束測深機的發射頻率依型號的不同，可分為單頻和雙頻，每次只可量測 得一個水深值，隨著測量船支的移動可得測線水深，足夠的水深密度資料，可以 用內插法繪製高解析度地形圖，有助於觀察受測地區的海底地形變化。但是單音 束測深機受限於其音鼓設計，它的音波束寬較寬，也因此束寬的大小會影響地形 的解析能力，這時因波浪運動所產生的誤差量，常使得所繪出的地形圖中有為一 高頻之地形起伏變化量，此變化量為地形的假訊號，因此單音束測深資料的波浪 補償修正由其重要。
一般來說，測深作業用的音鼓頻率多為 30 至 200KHz，頻率越高，解析度也越 高，但是它的識底能力差；而當水深越深時，更需要用低頻的音鼓。低頻的測深 音鼓，其發射聲音的束寬會越寬，束寬越寬，所得的水深資料繪出的地形圖，其 剖面起伏解析度會更差。
傳統的單音束測深系統，雖然方便量測水下地形，有一些條件限制: (宋國士 等，1996)
1. 單音束測深的束寬比較寬，在船隻搖晃的情況下，可提高資料的品質。不過一 來資料搜集的效率較差。
2. 單音束測深的水深值是沿著航線方向收集，水深值在航向方向上較密集，加上 船隻航行的限制，垂直測線方向密集採樣較困難，造成航線間資料疏鬆，明顯 影響到水下地形的解析度。
3. 在近岸區、水深極淺區和礁岩區，因為受到船隻吃水量、儀器深度的限制，或 是基於安全考量，無法進入這些區域進行施測等因素影響，使得資料收集不完 整。
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為了提高解析度、增加工作效率、能在淺水區或礁岩區施測，漸漸發展出多 音束測深系統(Multibeam Echo Sounder System,MBS)。多音束測深系統可同時測量 多個水深點，集合窄束寬的單音束聲納同時可多方向測量海底的水深值。多音束 測深系統的原理是利用多個窄束寬的單音束集合起來，這些相鄰的水深測值可連 結成一個扇形測深剖面(swath width)，通常這個剖面和船行進的方向垂直，而在 船航線下方形成一個和航線平行的帶狀測面(swath)(圖 2-8)。這個帶狀測面的大 小，視多音束測深機的音束數目和其束寬，根據測量的深度而改變其測深剖面的 涵蓋範圍，藉由相鄰掃射出的音束剖面，交集得到密集的水深測點將可達到確認 資料的目的；若多音束測深機的音束數目越多，束寬越寬，此帶狀測面就會越寬，
資料收集的效率就會提高，如果在船體不易接近的地方還可將音鼓轉向岸邊側 打，減少船隻及人員的危險，比單音束測深系統能提供更精確的水深資料。不過，
由於涉及側向音束的傳遞，其接收的訊號不似單音束測深情形單純；加上多音束 測深觸發得到的水深量很多，資料龐大，增加了處理的的困難度，因此如何掌控 其資料品質更需嚴謹。圖 2-9 為單音束和多音束測深示意圖。
由於涉及側向音束的傳遞，其接收的訊號不似單音束測深情形單純；加上多音束 測深觸發得到的水深量很多，資料龐大，增加了處理的的困難度，因此如何掌控 其資料品質更需嚴謹。圖 2-9 為單音束和多音束測深示意圖。