第五章 模擬結果分析與討論
5.2 實際案例分析
5.2.2 頻率年模擬結果分析
此部分採不同頻率年洪峰流量做定量流動床分析，首先以 Q200 為例，圖5.37為Q200 在 n=0.036 下模擬後底床沖淤趨勢，在此模擬 條件下，整體河床沖淤並不明顯，僅部分區塊有少量淤積，因此可推 估此分析案例底床變動對於洪水位壅高影響程度較低。圖 5.38 為模 擬高灘地不同糙度下之水位沿程剖面圖，可看出下游段改變糙度之區 域水位有明顯抬升，圖 5.39 為水位抬升段局部放大圖，其中糙度 n=0.066 之水位上升程度為最高，而水位上升區段有向上游無改變糙 度區域延伸之趨勢；將上升最明顯之斷面剖面圖繪出，如圖 5.40 所 示，在同一糙度條件下，主深槽區域之水位相較左岸高灘地區域來的 低些，越往左岸有壅高之趨勢，顯示受到高灘地糙度改變之影響，靠
近岸邊之水位存在著壅高之風險。
同理，進行另一組頻率年流量Q5 搭配高灘地不同糙度 n=0.046、
0.056、0.066 分析，就水位上升程度最大之 I=123 斷面，整理如圖 5.41、
5.42所示，圖中橫座標為不同高灘地之糙度曼寧 n 值，縱座標分別為 水位上升值、上升百分比，其中上升百分比定義如5.1.2 節中之註 2，
為斷面水位上升之比例。在同一流量條件下，其水位上升程度隨著高 灘地糙度增加而增加，而流量加大時，上升值亦隨之增加；從上升百 分比來看，此案例中水位最大可上升到約平均水深之 7%，此上升程 度對於防洪安全具有一定之風險性。
表 5.1 國科會「水庫洩洪對下游淹水影響之研究」整合型計畫模擬溢 流區段
海棠颱洪(94 年)
左岸斷面 右岸斷面
#95 ~ #93
#89 ~ #87 #89 ~ #87
#85 ~ #81 #85 ~ #81
#79 ~ #77 #64 ~ #62
#76 ~ #74
#65 ~ #58
圖 5.1 變量流測試案例水位沿程立體圖 t=0min
圖 5.2 變量流測試案例水位沿程立體圖 t=4min
圖 5.3 變量流測試案例水位沿程立體圖 t=12min
圖 5.4 變量流測試案例水位沿程立體圖 t=48min
圖 5.5 變量流測試案例 t=48min 底床高程立體圖
底床縱剖面圖 t=4min
0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
0 2 4 6 8 10 12 14 16
距離(m) 高程(m)
18 t=4min 底床高程 原始底床 水面線 高灘地位置
圖 5.6 實驗案例底床縱剖面圖 t=4min
底床縱剖面圖 t=12min
0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
0 2 4 6 8 10 12 14 16
距離(m) 高程(m)
18 t=12min 底床高程 原始底床 水面線 高灘地位置
圖 5.7 實驗案例底床縱剖面圖 t=12min
底床縱剖面圖 t=36min
0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
距離(m) 高程(m)
t=36min 底床高程 原始底床 水面線 高灘地位置
圖 5.8 實驗案例底床縱剖面圖 t=36min
底床縱剖面圖 t=48min
0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
0 2 4 6 8 10 12 14 16
距離(m) 高程(m)
18 t=48min 底床高程 原始底床 水面線 高灘地位置
圖 5.9 實驗案例底床縱剖面圖 t=48min
懸浮質濃度沿程分佈
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
距離(m)
濃度(ppm) t=4min濃度
t=12min t=48min
圖 5.10 懸浮質濃度沿程變化
圖 5.11 q=0.08cms/m, n=0.017 水位沿程立體圖
圖 5.12 q=0.08cms/m, n=0.017 水平方向流速分佈圖(1/2)
圖 5.13 q=0.08cms/m, n=0.017 水平方向流速分佈圖放大(2/2)
q=0.08cms/m流速分佈剖面圖
0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 距離(m)
高程(m)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
流速(m/s)
底床高程 n=0.017流速
圖 5.14 q=0.08cms/m, n=0.017 流速分佈剖面圖
q=0.08cms/m流速分佈剖面圖
水位上升值與高灘地曼寧n值關係
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05
0.017 0.027 0.037 0.047 0.057 0.067
高灘地曼寧n值 水位上升值(m)
q=0.02 cms/m q=0.04 cms/m q=0.06 cms/m q=0.08 cms/m 多項式
圖 5.17 水位上升值與曼寧 n 值關係圖
水位上升百分比與高灘地曼寧n值關係
0 10 20 30 40
0.017 0.027 0.037 0.047 0.057 0.067
高灘地曼寧n值 上升百分比(%)
q=0.02cms/m q=0.04cms/m q=0.06cms/m q=0.08cms/m 多項式
圖 5.18 水位上升百分比與曼寧 n 值關係圖
圖 5.19 曾文溪模擬海棠颱風案例_基流量下穩態速度向量分佈
圖 5.20 基流量下穩態速度向量分佈 (局部放大 1/3)
圖 5.21 基流量下穩態速度向量分佈 (局部放大 2/3)
圖 5.22 基流量下穩態速度向量分佈 (局部放大 3/3)
海棠颱風新中水位站驗證
2 4 6 8 10 12 14 16
0 10 20 30 40 50 60 70 80
時間(hr)
水位(m) 實測
模擬水位
圖 5.23 曾文溪模擬海棠颱風案例_新中測站水位比較
海棠颱風曾文溪98~59斷面水位沿程變化圖
-5 0 5 10 15 20 25 30
0 3000 6000 9000 12000 15000 18000 21000
距離(m) 高程(m)
底床高程 2hr 8hr 14hr 24hr 44hr 50hr 60hr 70hr
麻善大橋
圖 5.24 曾文溪模擬海棠颱風案例_水位沿程縱剖面圖
圖 5.25 曾文溪模擬海棠颱風案例_水位沿程立體圖 t=0hr
圖 5.26 曾文溪模擬海棠颱風案例_水位沿程立體圖 t=2hr
圖 5.27 曾文溪模擬海棠颱風案例_水位沿程立體圖 t=10hr
圖 5.28 曾文溪模擬海棠颱風案例_水位沿程立體圖 t=22hr
圖 5.29 曾文溪模擬海棠颱風案例_水位沿程立體圖 t=48hr
圖 5.30 曾文溪模擬海棠颱風案例_水位沿程立體圖 t=70hr
圖 5.31 曾文溪模擬海棠颱風案例_模擬後底床沖淤趨勢
海棠颱風模擬後計算斷面I=1底床變化(斷面98~59)
4 8 12 16 20 24
0 50 100 150 200 250 300 350 400
距離(m) 高程(m)
模擬後底床 初始底床
圖 5.32 曾文溪模擬海棠颱風案例_底床沖淤剖面 I=1
海棠颱風模擬後計算斷面I=27底床變化(斷面98~59)
4 8 12 16 20
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
距離(m)
高程(m)
模擬後底床 初始底床
圖 5.33 曾文溪模擬海棠颱風案例_底床沖淤剖面 I=27
海棠颱風模擬後計算斷面I=37底床變化(斷面98~59)
4 8 12 16 20
0 50 100 150 200 250 300 350 400
距離(m) 高程(m)
模擬後底床 初始底床
圖 5.34 曾文溪模擬海棠颱風案例_底床沖淤剖面 I=37
海棠颱風模擬後計算斷面I=95底床變化(斷面98~59)
4 8 12 16 20
0 50 100 150 200 250 300 350 400
距離(m) 高程(m)
模擬後底床 初始底床
圖 5.35 曾文溪模擬海棠颱風案例_底床沖淤剖面 I=95
海棠颱風模擬後計算斷面I=115底床變化(斷面98~59)
-4 0 4 8 12 16 20
0 100 200 300 400 500 600 700
距離(m) 高程(m)
模擬後底床 初始底床
圖 5.36 曾文溪模擬海棠颱風案例_底床沖淤剖面 I=115
圖 5.37 曾文溪模擬 Q200_模擬後底床沖淤趨勢
Q200高灘地不同n值水位沿程圖 (98~59)
-5 0 5 10 15 20 25 30
0 3000 6000 9000 12000 15000 18000 21000
距離(m) 高程(m)
底床 n=0.036 n=0.046 n=0.056 n=0.066 I=123
圖 5.38 曾文溪模擬 Q200 高灘地不同糙度_底床縱剖面圖
Q200高灘地不同n值水位沿程圖放大 (98~59)
-5 0 5 10 15 20 25
12000 15000 18000
距離(m) 高程(m)
底床 n=0.036 n=0.046 n=0.056 n=0.066 I=123
圖 5.39 曾文溪模擬 Q200 高灘地不同糙度_底床縱剖面圖放大
Q200計算點I=123斷面水位
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
距離(m) 高程(m)
底床 n=0.066 n=0.036
圖 5.40 曾文溪模擬 Q200 高灘地不同糙度案例_I=123 斷面剖面
水位上升值與高灘地曼寧n值關係 (曾文溪實例)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0.036 0.046 0.056 0.066 0.076
高灘地曼寧n值 水位上升值(m)
Q5 Q200
圖 5.41 曾文溪實例水位上升值與糙度關係圖
水位上升百分比與高灘地曼寧n值關係 (曾文溪實例)
0 2 4 6 8
0.036 0.046 0.056 0.066 0.076
高灘地曼寧n值 上升百分比(%)
Q5 Q200
圖 5.42 曾文溪實例水位上升百分比與糙度關係圖
第六章 結論與建議
本研究探討複式斷面高灘地糙度改變對於洪水位壅高之影響，在 模式中新增一乾濕點處理技巧，克服模擬變量流及不規則地形所遭遇 之乾濕點問題，藉由實驗室及實際案例模擬，量化高灘地不同糙度下 水位上升之程度，作為防洪安全之參考，以下歸納幾點研究結論。