試驗設備與佈置

4.2.1 試驗渠槽

本試驗於逢甲大學水工試驗室進行，試驗渠槽為中型循環玻璃渠 槽，渠槽整體配置詳如圖4-1，詳細規格如下：

1. 試驗渠槽：渠槽全長 13.6m、寬 0.5m、深 0.75m，渠槽側壁之材質 為強化透明玻璃，以利於實驗進行時之觀測。渠槽尾端有一尾水閘 門(tailwater gate)，用以控制試驗水深，渠槽下方有一馬達可抬升前 後渠槽之高程，進而控制坡度。

2. 供水系統：以 15HP(Horse Power)之抽水馬達從蓄水池中抽水，經 由給水管送至定水頭水箱，再供應水量至渠槽中，水流經渠槽後流 入尾水池，再經由排水道流進蓄水池，形成一供水循環系統；而定 水頭水箱上緣有一溢流管，可將多餘之水量輸送至尾水池。

3. 流量控制：定水頭水箱至渠槽間設有一控制閘閥(gage value)及流量 控制器，可控制流量流至渠槽中。流槽前端有一 60 度之 V 型堰 (V-type weir)，以供量測試驗時之流量。

橋墩 排水道

定水頭 水箱

水流方向

15HP抽水馬達 給水管 蓄水池 尾

水 池

閘 閥 尾

水 池

60度V型堰

定 床

整流器

尾水閘門

尾水板

定水頭 水箱

(A) 頂視圖( plan view )

定 床

斜升坡

(B) 側視圖( side view )

動床

升降軸承

13.6m

0.5m

0.75m

圖4-1 試驗渠槽配置圖

4.2.2 試驗橋墩模型

本試驗之橋墩形式為非均勻圓柱型橋墩，其橋墩與基礎均為圓柱 型狀，而材質則為中空透明壓克力(acrylic)管所製成，以利光纖視鏡 置入觀測橋墩周圍沖刷現象。由於台灣西部主要河川之橋樑，不均勻 橋墩之設計其D/D^*大多為0.4 至 0.7 的範圍（詳如表 4-1），因此本研 究之試驗採不均勻橋墩墩徑比例(D/D^*)分別為 0.4 及 0.7，規格詳如圖 4-2 所示。

1. 基礎直徑(D^*)為 5cm，橋墩直徑(D)為 2cm，D/D^*=0.4。

2. 基礎直徑(D^*)為 5cm，橋墩直徑(D)為 3.5cm，D/D^*=0.7。

表 4-1 台灣西部主要河川跨河橋樑資料及其相關橋墩形式^[2]

橋名 河川段 橋墩直徑 D(m)

基礎直徑 D*(m)

覆土高度 Y(m)

/ D*

D

中山高大橋 頭前溪 1.7 4 3.8 0.43

中正大橋 頭前溪 2.5 5.5 5.3 0.45

新山線鐵路橋 大甲溪 2.4 5 -8 0.48

大度橋 烏溪 2.0 2.6 -2.8 0.77

名竹大橋 濁水溪 2.2 5.6 - 0.39

西螺大橋 濁水溪 2.4 2.5 -9.7 0.96 高美大橋 高屏溪 1.6 2.2 -1.3 0.73 里嶺大橋 高屏溪 2.8 7.5 -5.3 0.37

里港大橋 高屏溪 2 5 -1.3 0.4

(A) D/ D^*=0.4 (B) D/ D^*=0.7 圖4-2 研究試驗之不均勻橋墩規格

D=3.5cm D^*=5cm

D′=0.525cm D^*=5cm

D=2cm

D′=0.6cm

4.2.3 試驗佈置

為使水流進入試驗區段時能保持平順穩定，本試驗於三角形缺口 堰下游處擺設消波塊消能，同時設置整流板以減低水位波動，再以吸 管製成之蜂巢式(honey comb)整流器，以減緩水流紊亂程度，使水流 平順進入試驗區段。動床試驗區段全長為12.7m，試驗區段尾端設置 一壓克力尾水板，以防止泥砂流入尾水池。

4.2.4 試驗儀器

本研究主要使用量測儀器為光纖視鏡(videoscope)、超音波剖面 量測儀(ultrasonic profiler)、電磁流速計(electromagnetic velocimeter)、

筆記型電腦及攝影機（照相機）、顯示式管路手動矩形閘閥等，茲將 其規格及用途等分述如下：

1. 光纖視鏡（照片 4-1）

照片4-1 光纖視鏡

用途：量測不均勻橋墩於變量流沖刷 時之沖刷深度與觀測沖刷情 況，可配合V8 攝影機拍攝。

2. 超音波剖面量測儀（照片 4-2）

照片4-2 超音波剖面量測儀

規格：日本MASATAYO、E.P.I-2 型。

用途：用以量測不均勻橋墩附近沖刷 坑深度和範圍，了解橋墩周圍 沖刷及淤積之分佈狀況。

3. 電磁流速計（照片 4-3）

照片4-3 電磁流速計

規格：東京計測、SF-5511 型。

用途：量測試驗橋墩上游之接近 流速度，放置位置約為橋 墩上游1m 處，採單點量測

（0.6 倍水深）。

4. 筆記型電腦

規格：IBM Intel Pentium 4 1.80G

用途：儲存試驗資料，以利分析並減少人為錯誤。

5. 攝影機、照相機

規格：SONY DSC-1、SONY W1。

用途：錄影或拍攝沖刷試驗之結果，藉以探討橋墩周圍流場之流 況與泥砂運移之情形。

6. 顯示式管路手動矩形閘閥

照片 4-4 顯示式管路手動矩形閘閥

用途：可以使試驗流量控制為變量流，優點 為流量可由數字顯示閥來控制，而數 字顯示閥上下開度 0~12000 數字，無 間隙誤差，可確實達到實驗條件的設 定與實際狀況之需求。