第七章
第七章 第七章 結論與建議 結論與建議 結論與建議 結論與建議
7.1 結論結論結論 結論
1. RESED3D 數值模式係結合高含砂水流密度、流變關係與沉滓運移機制，探討
高含砂水流效應對明渠水理、動床之影響。沉滓運移機制考慮高含砂水流適 用之懸浮載源與底床載源輔助關係式，可合理解析流變關係與密度對濃度與 底床沖淤之影響。流場與懸浮載源均考量三維流場之影響，可合理模擬高含 砂水流之三維濃度分布。
2. 藉由模式參數敏感度分析，解析影響模式流速、水深、濃度與底床沖淤之重 要參數。除了邊界條件、幾何條件與粒徑外，模式其他之參數敏感度結果如 下：
(1) 定床部分，高含砂效應的賓漢黏滯係數明顯影響水深平均速度與流速剖 面。對流速剖面而言，受到紊流黏滯係數之影響更高於賓漢黏滯係數。
水深部分，底床糙度影響程度高於流變關係，趨勢上流變關係數值越高 則水深漸高。
(2) 濃度分布的敏感度分析結果，顯示濃度剖面主要受紊流擴散係數影響，
另外底床糙度與賓漢黏滯係數也有相當程度之影響。
(3) 底床沖淤敏感度分析結果，顯示賓漢黏滯係數與底床糙度為影響底床沖 淤深度的重要參數。
3. 模式測試在水理部分，採用高含砂水流湧波傳遞與彎道超臨界流之實驗案 例，合理探討高含砂水流流變關係影響下，潰壩湧波傳遞時水位急遽變化到 停止運移現象發生的動態行為，以及彎道超臨界流水位在平面空間極端不均 勻分布受流變關係之影響，且藉由水面側向坡降最大值的發生位置，可率定
適合的流變關係參數。
4. 模式於沉滓運移測試部分，分別採用底床載與懸浮載之實驗案例，解析流變 關係藉由底床剪力對底床載之影響，以及紊流擴散係數對懸浮載在三維空間 分布之影響。
(1) 底床載案例之模擬方面，藉由比對實驗量測之底床載運移量，顯示為了 能夠模擬高含砂水流影響之底床載運移，除了密度影響沉滓的浮力外，
流變關係增加的底床剪力也有顯著的影響。
(2) 懸浮載案例之模擬方面，比對實驗量測之流速剖面與濃度剖面，分別檢 定水理之紊流黏滯係數與沉滓之紊流擴散係數分布型態。
a. 紊流黏滯係數檢定方面，以拋物線分布之經驗式υ κt = U D* σ(1−σ)計 算紊流黏滯係數，可合理模擬高含砂水流之流速剖面；卡門係數κ與 剪力速度U*均考慮濃度與流變關係之影響。D為水深，σ 為無因次 水深。
b. 紊流擴散係數檢定部分，面臨選擇拋物線分布與拋物線-常數分布兩 種紊流擴散係數分布型態之困擾。以數值模式進行差異性分析後，
發現在相同案例下wf /U*參數(落淤速度除以剪力速度)越大，兩種紊 流擴散係數分布所模擬之濃度剖面會產生較大的差異。進一步比較 文獻實驗數據後，本研究提出wf /U*> 0.1 可採用拋物線-常數分布之 紊流擴散係數；wf /U*<0.1 可採用拋物線分布之紊流擴散係數。以實 驗案例進行驗證後，本研究所提出之wf /U* 分界可良好的模擬高含 砂水流濃度之濃度剖面分布。
5. 進一步釐清高含砂水流效應對水理之影響程度，藉由統計迴歸分析，以參數 分析得到一無因次參數Tm，可作為界定高含砂水流效應對水深、流速與剪力
之主控參數：
2
8
B
m B w
K U
T U
H
τ µ ρ
= +
該無因次參數包含賓漢降伏應力τB、賓漢黏滯係數µB、高含砂水流濃度(反映
於τB、µB)與相同流況下的清水流流速 U 與水深 H。剪力增量也與高含砂水
流密度有重要關係，研究成果也提出以Tm或密度計算剪力增量之判斷條件。
6. 以動床角度，釐清高含砂水流情況下底床載對底床沖淤之影響程度。提出福 祿數與流體密度兩者無因次參數，可作為界定底床載影響程度之參數。
7.2 建議建議建議 建議
1. 建議考量非零方程之紊流模式，如 k-ɛ 紊流模式，或是次格網紊流模式，增 加求解紊流黏滯係數之可靠度。
2. 數值模式基本假設為垂向靜水壓分布，建議可以考量垂直方向動量方程 式，建構為非靜水壓(non-hydrostatic)模式：
(1) 可進一步更合理的探討結構物局部流場、水位變化劇烈流場與岸壁沖刷 之現象，例如橋墩、丁壩周圍流場、緩彎急彎交界處、河道突擴或突縮 處與岸壁崩塌後急遽之流場變化。
(2) 對於寬深比較小的明渠水流案例，結合適用的紊流模式，或可模擬最大 流速位於水面下的流速分布。如本研究模擬高含砂水流案例時，部分案 例寬深比<5 之流速剖面模擬結果有些許誤差。
3. 所設計之三組彎道案例模擬結果顯示，受二次流效應之影響，於原直線道 為沖淤平衡之水理、泥砂條件，均在所延長之彎道凹岸下游直線道部分產 生最大沖刷，在凸岸下游直線道產生最大淤積。相對的，文獻中清水沖刷
且底床載主控的案例，底床沖淤最大值通常發生於彎道段入口。後續可採 用高含砂水流彎道之濃度量測案例，進行較複雜案例之測試與驗證。