頭前溪自動化水位流量站建置規劃

根據頭前溪流域的概況，以前述之站址選取考量因素，選定、建 置，以及規劃自動化水位流量站，並規劃流量觀測的方法。

一、流域概況

頭前溪位處台灣西北部，北鄰鳳山溪，東接淡水河及大安溪流 域，南有客雅溪及中港溪流域，西臨台灣海峽。上游主要支流上坪溪 發源於雪山山脈之鹿場大山（標高 2,616 公尺），流經五峰鄉、橫山 鄉，在竹東與上游與發源於李棟山（標高1,913公尺）之油羅溪會合，

以下始稱頭前溪。自會流點再向西流經竹東鎮、芎林鄉、竹北市、新 竹市後，於南寮附近與鳳山溪出口滙流約 500公尺，注入台灣海峽。

流域地形由東南山岳地帶向西北遞次傾斜，而至沿海，大致可分成起

伏狀之丘陵地、台地及沖積平原。頭前溪幹流長約 63 公里，流域面 積約 566平方公里；上坪溪流長約 44 公里，流域面積約 253平方公 里；油羅溪流長約 26 公里，流域面積約 178 平方公里，其流域地理 概況圖，如圖3-1 所示。

頭前溪目前設有經國橋、竹林大橋、內灣，以及上坪等4 個水文 測站，其站況資料及地理位置，分別如表3-1及圖 3-1所示。由水文 年報統計資料顯示，歷年最大流量為1,910秒立方公尺（民國 65年）， 豐水期約為每年 5 月至 9 月，民國 87 年本流域月平均流量介於7.70

至 75.35 秒立方公尺之間；枯水期則為 11 月至翌年 3 月，其月平均

流量只有 5.63至 68.51 秒立方公尺。最大日平均流量為民國 85 年之

150秒立方公尺（竹林大橋），最小日平均流量為民國 85年的0.01秒 立方公尺（經國橋）。

圖3-1 頭前溪流域範圍圖(水利署，2005)

中正 中正中正 中正橋橋橋 橋

．

．

．

．

表3-1 頭前溪流域流量站站況資料表

站名 位置

（編號） 水系 E

（公尺）

N

（公尺）

流域面積

（平方公里）

紀錄年限

（民國） 經辦單位

竹林大橋

H016 頭前溪 258636 2738036 441.38 1980~2004（現況站） 經濟部水利署 二重埔（1）

H010 頭前溪 253447 2742905 485.48 1951~1979 經濟部水利署 二重埔（2）

H011 頭前溪 254775 2742256 477.97 1940~1944 經濟部水利署 經國橋

H017 頭前溪 251139 2744702 499.18 1990~2004（現況站） 經濟部水利署 五峰

H002 上坪溪 261405 2724500 182.50 1937~1943,

1956~1968 台灣電力公司

上坪（1）

H003 上坪溪 261767 2726565 183.33 1937~1939 經濟部水利署 操樹排

H004 上坪溪 259273 2729613 225.29

1940~1943, 1951~1953, 1958~1970

經濟部水利署

上坪

H014 上坪溪 260738 2729329 221.73 1971~2004（現況站） 經濟部水利署 內灣

H013 油羅溪 267503 2733084 139.07 1971~2004（現況站） 經濟部水利署 九鑽頭

H008 油羅溪 263440 2733643 162.64 1940~1942 經濟部水利署

二、自動化水位流量站站址選定

經現場調查頭前溪主流河川概況，如圖3-2 所示。於連接新竹縣 芎林鄉與竹東鎮聯絡道路之中正橋，其下游處因位於新竹斷層及新城 斷層交接處，經長年沖蝕刷深致形成落差極大不連續斷面，分別如照 片3-1 及照片3-2所示，為保護橋梁安全，新竹縣政府橋梁維護單位 茲於主河道建造混凝土封底之三層階段平面型固床工，如照片3-3所 示，使之形成平坦穩定之河道斷面，並使頭前溪水流呈自由跌流況，

如寬頂堰之控制斷面，其上游水深及流量關係應呈單一率定關係，因 此，選定中正橋為流量標準斷面規劃位址。

中正橋橋長680 公尺，梁底高程為74.05公尺，16座墩柱之直徑 為3 公尺，由民國88年及94年兩次河床質採樣資料，由全河段平均 粒徑（Dm）或中值粒徑（D50）資料顯示，除中正橋上下游河段河床 質外，河床質均有粗化趨勢，如照片3-4所示，含砂百分比亦有降低 趨勢，中正橋固床工下游面由於泥岩裸露，含砂量高達 90%且幾無大 於1.0 公厘之顆粒。

頭前溪流域各洪水頻率條件下之水理分析結果如，表3-2所示，

由表可知，中正橋（斷面 31.1）於各重現期距流量時，其水位介於 62.32 公尺至66.53公尺，流速介於 3.88公尺/秒至 6.72公尺/秒間。

固床工

新中正大橋

芎林鄉

竹東鎮 中正大橋

微波雷達

圖3-2 頭前溪主流地理位置概況

流 向 流 向 流 向 流 向

照片3-1 頭前溪中正大橋下游面

照片3-2 頭前溪中正大橋固床工及下游河床狀況

中正橋 中正橋 中正橋 中正橋

固 固 固

固 床 床 床 床 工 工 工 工

流向 流向 流向 流向

流向 流向

流向 流向

照片3-3 頭前溪中正大橋下游面現況

照片3-4 頭前溪中正大橋上游面河床現況

流向 流向

流向 流向

表 3-2 頭前溪斷31.1至斷35水理計算成果表

三、頭前溪自動化水位流量站設備安裝規劃

計畫於橋上設置雷達波水位計以量測水位，據以推定流量。另考 量固床工使之形成平坦穩定之斷面，因此，規劃於橋梁上游側裝設 1 組併聯式連續波微波雷達表面流速量測系統，以量測其水流表面流速 及推計其流量，系統配置詳如圖3-3。

各重現期距

2 年 5 年 10 年 20 年 50 年 100 年 200 年

斷面 編號

河心 累距 (公里) 水位

(公尺) 速度 (公尺/

秒)

水位 (公尺)

速度 (公尺/

秒)

水位 (公尺)

速度 (公尺/

秒)

水位 (公尺)

速度 (公尺/

秒)

水位 (公尺)

速度 (公尺/

秒)

水位 (公尺)

速度 (公尺/

秒)

水位 (公尺)

速度 (公尺/

秒)

31.1 15.11 62.32 3.88 63.31 4.85 63.96 5.40 64.60 5.86 65.44 6.24 66.05 6.38 66.53 6.72

31.2 中正大橋

32 15.25 63.66 2.03 65.03 2.78 65.97 3.08 66.81 3.37 67.72 3.78 68.35 4.09 69.46 3.05

33 15.73 64.81 2.51 66.17 2.75 67.08 2.91 67.87 3.16 68.82 3.46 69.51 3.66 70.08 3.91

34 16.30 67.77 2.86 68.56 3.92 68.97 4.61 69.59 4.52 70.39 4.58 70.97 4.65 71.50 4.78

34.5 新中正大橋

35 16.76 70.63 3.51 71.50 3.96 72.01 4.08 72.35 4.48 72.79 4.92 73.11 5.23 73.42 5.52

圖3-3 頭前溪標準流量測站量測系統整體配置示意圖 四、流量量測方法規劃

本文以微波雷達表面流速儀，觀測水流表面流速之流量資料獲 取，係利用儀器測得之水流表面流速，利用對數律或冪次律垂向速度 剖面公式分別推算量測點次斷面之平均流速及水深，進而推計該次斷 面之流量，該斷面之流量則為各次斷面流量累計而得，茲將其推計方 法說明如圖 3-4所示。

圖3-4 流量推估流程示意圖