書籍介紹
摘要
一、計畫說明
鳳山溪係中央管河川之ㄧ，每年颱洪期間常引發災害。經前水利局之調查規劃，於七十二年提出『鳳山溪治理基本計畫』，工程實施計畫範圍自關西渡船大橋至河口段止，長約28.26公里，包括新建兩岸堤防及鞏固強化舊有堤防。另外於90年9月17日納莉颱風來襲，早期老舊砌石之簡易堤防，難以防禦洪水侵襲，大多損壞，同年奉水利署指示，全面辦理災害復建，復建長度約34,544公尺，總工程費約8,247億元，於92年8月全部完工。鳳山溪兩岸雖已有堤防或護岸保護兩岸居民之生命財產，但近幾年仍常於颱洪期間受到大量洪水沖刷造成堤防或護岸基腳毀壞崩塌之情形，須重新修復損壞之堤防或基脚保護之。故本計劃利用美國愛荷華大學所發展出之Iowa vane (因其浸沒在設計洪水位下而稱之為潛板submerged vane)理論應用於鳳山溪，以導引彎道凹岸與堤岸基腳之流路，達到保護效果，並發展潛板數模及設置工法。
二、資料收集
國外採用潛板工法之國家，如美國Iowa州之West Fork Cedar River採用鋼版樁材料進行設置，而在East Nishnabotna彎道上之整治，則採用木板:另外，在日本之潛板使用圓木樁排列而成。目前國內潛板工法已在鳳山溪有實際案例，其設置地點為舊港堤防、貓兒錠堤防與白地堤防，均採用鋼版樁之材料進行佈置。對潛板材料的選擇大致可採用鋼版樁、預力混凝土管樁、預力混凝土版樁或木樁。鋼版樁堅固耐用，適用於河床較堅硬之土，且成本低可重複使用；預力混凝土管樁適用於堅硬黏性土、密實砂土、粉土、全風化岩及強風化岩，但對孤石和障礙物多的地層、堅硬夾層、石灰岩地層、從鬆軟突變到特別堅硬的地層不宜採用；預力混凝土版樁為預鑄混泥土構材，適用於粘性土、砂類土及碎石土類河床，且施工容易、工期短、耐沖刷、耐腐蝕，使用壽命長；木樁用於短跨距，側向載重不大，優點為易於切割，但續接困難，適合砂、礫混合土層，對於較堅硬岩層則不適合，其成本較低，當使用於水面下之永久結構物，必須進行防腐處理，但即使如此，其使用的年限亦相當短。
三、地形測量與河床質調查
設有潛板地點(貓兒錠彎道、鳳岡大橋下游之舊港堤防與白地堤防)進行地形測量以追蹤潛板工法對該處沖淤改善之效果。對於既設潛板地點進行兩次地形及斷面測量，分別為簽約後及今年汛期結束後，以評估潛板設置後，地形經洪水後之變遷趨勢；另三處預定設置潛板河段，則於簽約後進行地形與斷面測量，提供潛板設置所需之地形資料。兩次測量時間分別在今年9月中與11月初完成，地形測量相關說明見附錄三。測量結果顯示在已設有潛板三處之潛板左右側處底床均有沖刷或淤積之情形，如舊港堤防處淤積高度最高約0.46m，沖刷最大深度約0.63m，貓兒錠堤防處淤積高度最高約0.66m，沖刷最大深度約0.53m，白地堤防處淤積高度最高約0.21m，沖刷最大深度約0.55m。
藉由河床質調查以了解六處(含既設及預定規劃設置潛板地點)之床質粒徑分佈情形，每處挖取二個試坑，可供數模進行河川水理、輸砂能力計算及河床變遷行為等之模擬，其粒徑分析結果如摘表1。
四、潛板數模研發
鳳山溪已設有潛板地點(貓兒錠彎道、鳳岡大橋下游之舊港堤防與白地堤防處)之設計係依Odgaard彎道潛板理論發展之彎道動床模式進行模擬，此模式之優點為操作容易、率定參數少與計算量少，但其限制為定量流、固定曲率半徑與均勻沈滓粒徑，由此可見，此模式有許多條件的限制，雖可以模擬潛板對底床沖淤變化之情況，但對實際複雜河川而言，仍有待擴充至足以模擬變量流、變曲率半徑及非均勻沈滓粒徑等條件。故本計畫另以顯式有限解析法(explicit finite analytic method , EFA)動床數值模式為基礎，擴充其具有模擬河床設置潛板後底床沖淤變化之功能。
程式之研發主要以潛板於2D-EFA彎道定床模式、2D-EFA彎道動床模式與潛板於2D-EFA動床彎道模式依序發展。潛板於2D-EFA彎道定床模式以模擬凹岸設置潛板後流速變化之趨勢為要點，採用de Vriend and Koch(1997) 與Rozovskii(1961)之試驗水槽進行模擬，且自行假設潛板相關參數。由de Vriend and Koch(1997) run1案例模擬結果顯示，每列設置一個潛板時，流速最大可下降16.3％；當每列設置兩片或三片時，流速最大可下降30％。而由Rozovskii(1961)案例模擬結果顯示，每列設置一個潛板時，流速最大可下降14.6％；當每列設置兩片或三片時，流速最大可下降16％，故已可模擬潛板設置後於彎道凹岸之流速下降情形。潛板於2D-EFA彎道動床模式之研發為探討二次流效應造成彎道凹岸底床淘刷、凸岸淤積情形，採用Odgaard & Wang(1991)之MB1(無潛板)案例進行模擬，結果顯示模擬值與實驗值大致相符。潛板於2D-EFA動床彎道模式之研發為討論凹岸設置潛板後底床之變化趨勢，採用Odgaard & Wang(1991)之MB2(每列2個潛板，共24列)案例進行模擬，從結果顯示在彎道25.4度至48.2度之模擬值與實驗值有些差距，將持續進行修正。
五、潛板在彎道凹岸之保護研究
本計畫以Odgaard潛板模式進行彎道的沖淤模擬，將數據結果進行圖表化，表格內容(如附錄四，v為潛板個數， 縱向主流流速剖面指數)為潛板設置前後凹岸之底床回淤率(回淤高度除以刷深深度)，提供工程師據以佈置潛板。若已知河川某一代表斷面之水理相關參數，如 沉滓福祿數，b河寬， 彎道中心曲率半徑， 水深， 縱向主流流速剖面之指數，並對照附錄四中附表1.1至附表1.3，可求得潛板設置後之凹岸回淤高度比例，並選用回淤效果最佳之案例進行潛板佈置。
鳳山溪之犁頭山護岸與樟樹林堤防為預定潛板規劃地點，根據地形測量與河床質調查之實測資料，選擇兩處之代表斷面(犁頭山堤防以距離25號斷面上游處約76m為代表斷面，樟樹林堤防以29號斷面為代表斷面)計算Q50洪水之水理參數，並對照附錄四，查出潛板設置後凹岸之底床回淤情形，若無法直接求得凹岸回淤高度比例，則以線性內插方法計算。均求得case30(潛板高度與水深比為0.5、沿徑向潛板間距為2倍潛板高、沿縱向潛板間距為12倍潛板高、最接近凹岸潛板至凹岸距離為3倍潛板高、潛板高長比為0.3、沖擊角250)之回淤效果最佳，故依此參數進行潛板設計。
六、潛板導引主深水槽偏離堤岸之應用研究
鳳山溪部分直線河段之河床寬淺，常出現水流橫向、斜向頂沖堤防而破壞堤岸之情況，故進行潛板設置於堤岸之應用研究，避免局部沖刷破損堤岸之狀況產生。預定保護地點為石頭坑一、二號堤防，以Odgaard潛板模式進行直線道的模擬，根據地形測量與河床質調查之實測資料，選擇一代表斷面(距離30號斷面約150公尺，計算Q50洪水之水理參數，模擬結果顯示case30(潛板高度與水深比為0.5、沿徑向潛板間距為2倍潛板高、沿縱向潛板間距為12倍潛板高、最接近凹岸潛板至凹岸距離為3倍潛板高、潛板高長比為0.3、沖擊角250)之回淤效果最佳，將依此參數進行潛板設計。
分類
其他詳細資訊
- 適用對象：成人(學術性)
- 關鍵詞：潛板，河川
- 附件：CD-ROM
- 頁/張/片數：249
授權資訊
- 著作財產權管理機關或擁有者：經濟部水利署第二河川局
- 取得授權資訊：聯絡人：吳正堂;聯絡電話：03-5322334-230;聯絡地址：新竹市北大路97號