4-2 FLO-2D 數值模擬參數
4-2-1 流變參數
因為本研究區域並未進行現地土樣之實驗室分析，故其流變參數參考 詹錢登（1997）以管式流變計對南投縣神木村出水溪土壤試樣的流變特性，
其α2 =0.811、β2 =13.72、α1 =0.00462、β1 =11.24，代入式（2-14）及式（2-15）
中即完成下列關係式做為分析模擬之用。
其中，τy =0.811e13.72Cv 式（4-1）
η =0.00462e11.24Cv 式（4-2）
4-2-2 體積濃度參數
彙整 FLO-2D 手冊及以往研究中對土石流體積濃度所做估計及分析所 使用的參數如表 4-1、4-2，本研究採用 FLO-2D 使用手冊所建議的體積濃度 使用值 0.55。
4-2-3 土石比重
彙整先前研究對土石流體土石比重所使用的參數如表 4-3。本研究所採 用的土石比重則參考現地狀況較接近之林美聆等（1999、2000、2001、2003）
採用為 2.73。
4-2-4 層流阻滯係數 Engineering Center, HEC)所研發之物件導向化模式 HEC-HMS 模擬桶盤崛溪 集水區於降雨事件後所得到之清水流歷線變化。首先利用前處理程式- Arc
為分析的依據，延時採用 89 年 10 月 31 日 0 時至 89 年 11 月 2 日 23 時止。
HEC-HMS 進行清水流歷線分析之分析架構如圖 4-4 所示，此模式包含 雨量和流量資料庫以及流域模型(Basin model)、氣象模型(Meteorologic model)、控制設定(Control specification) 等三單元模組。各模組內容說明如 下:
一、流域模型
本模組可選用降水損失法(Subbasin Loss Methods)、直接逕流轉換法
(Subbasin Transform Methods)與基流量法(Subbasin Baseflow Methods)，其目 的在建立集水區之地文環境狀況、水文參數、水文流域系統之各項元件 (Hydrologic elements)。本研究所使用（如圖 4-5 所示）水文元件為集水區
(Subbasin)（程式模組 ）、匯流點(Junction)（ ）兩項，其餘支流 (Reach)、分流(Diversion)、源流(Source)、堰(Reservoir)與沉流(Sink)等其他
1.降雨損失之 SCS curve No.法
2.直接逕流轉換之單位歷線法(Clark，s Unit Hydrograph Method)
Clark，s 單位歷線法使用瞬時單位歷線之線性水庫和線性渠道的概念，
當降雨流過集水區到達出口時，該方法清楚地代表超滲降雨的轉移和減 少。轉移是由於對稱的時間-面積曲線與集流時間，減少是線性水庫之模式。
採用此法時需要輸入之參數為集流時間(Time of Concentration)及蓄水係數
(Storage Coefficient)，輸入視窗如圖 4-8 所示。本研究依據水保技術規範第 19 條計算集流時間(Time of Concentration)與蓄水係數(Storage Coefficient)。
3.基流選用無基流(No Baseflow)
一般降雨-逕流模式都將觀測流量與基流分開考慮，而入滲率則以分開 後的直接逕流量決定，之後將計算直接逕流量加上分開的基流量，以得到 逕流量的模擬值。然而當無基流量時，基流計算值視為零。由現勘結果可
二、氣象模組
本模組主要在設定集水區內降雨-逕流模擬所須之雨量資料。其分析方 法有雨量組體圖法(User Hyetograph Method)、雨量站權重法(User Gage Weighting Method)、雨量站與距離平方倒數的權重法
(Inverse-Distance-Square Gage Weighting Method)、網格降雨法(Gridded precipitation Method)、頻率暴雨法(Frequency Storm Method)、SCS 假設性 暴雨法(SCS Hyetograph Storm Method)、標準計畫性暴雨法(Standard Project
Storm Method)。本研究採用雨量組體圖法(User Hyetograph Method) （輸入 視窗如圖 4-10 所示），將中央氣象局頭城雨量站所得到的象神颱風的之降雨
小時，由雨量歷線可估計時間約為 10 月 31 日 22 時 30 分至 10 月 31 日 23 時 30 分。輸入視窗如圖 4-12 所示。此清水流歷線即為 FLO-2D 進行土石流 模擬分析之基本資料。
4-3-2 土石流量歷線
將上節所得之清水流量歷線乘以放大因子 BF（bulking factor）模擬土 石流流量歷線。BF 為體積濃度之函數，其關係式為：
本研究嘗試以 FLO-2D 採用不同之土石流發生前降雨時距作以下四種
圖 4-17 所示，此模擬方式為不影響土石流停淤影響分析結果又不需耗時全
水流）之結果（圖 4-17），與模擬二至土石流結束之淤積（圖 4-15）相比較，
可知其淤積深度範圍已甚接近。此結果顯示土石流發生前 1 小時之清水流 已足以於現地形成一完整的流場，所提供之初始流速已與全程模擬相當，
而其所花費之電腦執行時間 7 小時，遠較全程模擬少，故本研究採用模擬 土石流發生前先模擬 1 小時清水流之分析模式進行後續之整治效益評估模 擬。
表 4-1 土石流體積濃度建議使用值（FLO-2D Users Manual Version 2006.01）
Mudflow Behavior as a Function of Sediment Concentration Sediment Concentration
by Volume by Weight Flow Characteristics 0.65-0.80 0.83-0.91 Will not flow；failure by block sliding
Landslide 0.55-0.65 0.76-0.83 Block sliding failure with internal deformation during the slide；slow creep prior to failure 0.48-0.55 0.72-0.76 Flow evident；slow creep sustained mudflow；
plastic deformation under its own weight ； cohesive；will not spread on level surface
Mudflow
0.45-0.48 0.69-0.72 Flow spreading on level surface；cohesive flow；
some mixing
0.40-0.45 0.65-0.69 Flow mixes easily； shows fluid properties in deformation；spreads on horizontal surface but maintains an inclined fluid surface ； large particle(boulder)setting ； waves appear but dissipate rapidly
0.35-0.40 0.59-0.65 Marked settling of gravels and cobbles；spreading nearly complete on horizontal surface；with two fluid phases appears；waves travel on surface 0.30-0.35 0.54-0.59 Separation of water on surface；waves travel
easily；most sand and gravel has settled out and moves as bedload
Mud Flood
0.20-0.30 0.41-0.54 Distinct wave action；fluid surface；all particles resting on bed in quiescent fluid condition
Water Flood ＜0.20 ＜0.41 Water flood with conventional suspended lad and bedload
表 4-2 土石流體積濃度參數
前人研究 體積濃度（％）
謝正倫（1998） 67
林美聆等（1999、2000、2001、2003）) 68
吳政貞（2003） 69
表 4-3 土石流體比重參數
前人研究 比重（Gs）
施國欽（1999） 沉積岩 2.01～2.78
林美聆等（1999、2000、2001、2003）) 2.73
表 4-4 曼寧係數建議值（FLO-2D Users Manual Version 2006.01）
Overland Flow Manning’s n Roughness Values’
surface n-value
Dense turf 0.17-0.80
Bermuda and dense grass, dense vegetation 0.17-0.48
Shrubs and forest litter,pasture 0.30-0.40
Average grass cover 0.20-0.40
Porr grass cover on rough surface 0.20-0.30
Short prairie grass 0.10-0.20
Sparse vegetation 0.05-0.13
Sparse rangeland with debris 0% cover
20% cover
0.09-0.34 0.05-0.25 Plowed or tilled fields
Fallow-no residue Conventional tillage Fall disking
No till-no residue
No till(20-40% residue cover) No till(60-100% residue cover)
0.008-0.012
Open ground with debris 0.10-0.20
Shallow glow on asphalt or concrete(0.25”to1.0”) 0.10-0.15
Fallow fields 0.08-0.12
Open ground,no debris 0.04-0.10
Asphalt or concrete 0.02-0.05
1Adapted from COE,HEC-1 Manual,1990 and the COE,Technical Engineering and Design Guide,No.19,1997 with modifications.
表 4-5 SCS 係數參考表
HYDROLOGIC SOIL GROUP
LAND USE DESCRIPTION A B C D
Cultivated land
Without conservation treatment 72 81 88 91
With conservation treatment 62 71 78 81
Pasture or range land
Poor condition 68 79 86 89
Good condition 39 61 74 80
Meadow
Good condition 30 58 71 78
Wood or forest land
Thin stand , poor cover , no mulch 45 66 77 83
Good cover 25 55 70 77
Open spaces , lawns , parks , golf courses , cemeteries , etc。
Good condition: grass cover on 75% or more of the area 39 61 74 80 Fair condition : grass cover on 50-75% of the area 49 69 79 84 Commercial and business areas (85% impervious) 89 92 94 95
Industrial districts (72% impervious) 81 88 91 93
Residential
Average lot size Average % impervious
1/8 ac or less 65 77 85 90 92
圖 4-1 土石流流入點位置
圖 4-2 桶盤崛溪土石流入流點位置
圖 4-4 HEC-HMS 分析架構 氣象模組
匯入 Geo HMS 之水文參數
HEC-HMS 水文模型系統
流域模組 控制模組
輸出清水流歷線 決定分析
方法與參數
象神颱風實 際降雨量
流量計算時間 解析度
HMS 水文計算
圖 4-5 HEC-HMS 水文分析元件視窗
圖 4-7 SCS Curve No.輸入參數視窗
圖 4-8 Clark 輸入參數視窗
圖 4-9 Baseflow 輸入參數視窗
圖 4-11 頭城地區象神颱風雨量組體圖
圖 4-12 HEC-HMS2.2.2 模擬清水流歷線（初始入滲＝10mm）
土石流發生歷時 1 個小時
圖 4-13 FLO-2D 模擬土石流（模擬時間 1 小時）深度圖（單位：m）
圖 4-15 FLO-2D 模擬土石流（模擬時間 19.3 小時）深度圖（單位：m）
圖 4-16 FLO-2D 模擬土石流（模擬時間 1.2 小時）深度圖（單位：m）
圖 4-17 FLO-2D 模擬土石流（模擬時間 2.0 小時）深度圖（單位：m）