一、試驗目的
現代的水工模型試驗已轉向自動化與非接觸的方式來測量水槽的水理變化資料來避免傳統的侵入式測量所導致的流場擾動，有別於傳統的人工方式單點取得資料，非接觸式的測量方法能以線、面的方式取得多維度的資料。未來如能利用非接觸式的量測技術取得水深與流場資料來了解水流與地形的耦合作用，將有助未來水工結構物的設計。本計畫主要目的為利用非接觸式的量測技術取得水深與流場資料來了解水流與地形的耦合作用，將有助未來水工結構物的設計。文獻收集既有量測技術(影像粒子分析、都卜勒量測水下地形及水深為主)之相關分析方法，並透過本計畫直接移植光學與聲學之技術至室內水槽試驗執行，並提出相關問題分析及討論成果。
二、既有水工模型應用新興量測技術評估與建議
1. 既有水工模型量測技術
水文觀測一般依其觀測位置可區分為地面水、地下水及近海水文觀測。相關測量儀器大致分為雨量站、水位流量站、地下水位水質測站以及近海水文觀測站 (如資料浮標、潮位站及氣象站)等。本計畫收集水位、流速及流量測量儀器相關資料，有利後續執行計畫時進行新興量測技術評估與建議。相關技術皆已在現地有成功案例，未來可考量其於小尺度場域的安裝可行性、經費限制性，並進一步探討應用於試驗之適用性。
2. 國際先進量測技術
本計畫蒐集國內外先進量測方法，期能擷取他人經驗，來輔助說明本計畫之結果。近年來利用大尺度流速量測法(Large Scale Particle Image Velocimetry，LS-PIV)專家已可以從二維滲流破壞土壤顆粒的實驗中分析移動狀況 (T. Tanaka, 2016) 或是進行逆壓湍流邊界層測量 (Zhao Z, Ding J F, Shi S X, 2019) 與利用無人機(UAV)拍攝影像之水域得到表面流速 (Lai et al. 2015) 所拍攝出的照片，利用互相關函數法計算連續兩張影像之水流移動方向與位移量，而水流的速度(u,v)只需將位移量除以時間dt即可獲得，而隨著科技硬體的進步，LSPIV法以可分析二維淺水模型中的流速(J.Naves, 2019)，並解決影扭曲失真的缺點Santiago Rojas Arques & Matteo Rubinato, 2018)，除了單角度相機的量測以外，藉由多視角獲得的圖像計算出速度場的方法(Ryota Tsubaki, 2020)也日益發展。水深方面利用非接觸之聲學方法量測在國內外也是一種非常成熟的方法，它具有低功耗、實際測量精度特性(Abdullah-Al-Mamun, 2014) ，(Ken W. Krauss, 2009)利用聲波式水位計記錄襲擊美國及墨西哥沿岸的兩次颶風事件引起的水位波動數據。且隨著物聯網技術的發展，聲波式水位計作為水位遠端監控系統也以被廣泛應用在大壩溢洪道 (Yutaka Gonda 2019) 、酸性礦坑湖(Trent Armstrong2011)。
三、影像流速水深分析結果
針對六場的水工試驗之流速及水深進行影像量測，為了因應不同之場域，在現場使用多個控制點進行模型尺度的修正。且為更全面分析量測成果，本計畫加值量測七場實 驗，分別為：二重疏洪道及淡水河出海口2場、大安溪模型2場、基腳沖刷模型1場、大甲溪模型2場。
1.大安溪模型
2場實驗均模擬辛樂克颱風之流量歷線情境，於洪峰時 (模型流量0.0716 cms)量測不同斷面流速進行比較分析，分析比較方法為在各斷面距邊壁約20公分處為中心，延伸向外約5~10公分取一網格分析網格平均流速再與本所量測之數據進行比對。分析結果如圖1。水深方面則於洪峰時拍攝放水中以及在試驗結束前拍攝另一組照片 (放水後)，放水中拍攝129張，放水後拍攝147張，兩組照片經由建模套疊進行分析，因本試驗場次並無本所試驗量測資料，故將聲波計與影像量測之水深值進行比較驗證。圖2則為水深分析結果。
2.大甲溪模型
2場實驗分別在5年重現期情 (模擬實際現場流量3800 cms)、100年重現期情 (模擬實際現場流量8800 cms) 情境下，量測不同斷面流速進行比較分析，分析比較方法為在各斷 面深槽點位，延伸向外約5~10公分取一網格分析網格平均流速再與本所量測之深槽流速數據進行比對。分析流場如圖3。水深方面則於流量穩定後拍攝放水中以及在試驗 開始前拍攝另一組照片 (放水前)，放水中拍攝332張，放水前拍攝297張，兩組照片經由建模套疊進行分析，並與本所試驗量測資料比較。則表1為水深比較結果。
3.基腳沖刷模型
本場實驗在模型流量設定為0.028cms之情境下量測不同斷面 (S02至S17)之流速再與本所量測之平均流速數據進行比較分析。分析結果如圖4。水深方面則於沖刷穩定後拍攝放水中以及在試驗結束前拍攝另一組照片 (放水後)，本場試驗放水中拍攝219張，放水後拍攝289張。兩組照片經由建模套疊進行分析，並與本所試驗量測資料比較。則圖5為水深分析結果。
4.淡水河二重疏洪道模型
本場實驗在模擬實際現場流量25000 cms之情境下，量測不同斷面 (斷面F001至F011)流速進行比較分析，分析比較方法為在各斷面之中心點位，延伸向外約5~10公分取一網格分析網格平均流速再與本所量測之斷面中間點位表面流速數據進行比對。分析流場如圖6。水深方面則於沖刷穩定後拍攝放水中以及在試驗開始前拍攝另一組照片 (放水前)，本場試驗放水中拍攝392張，放水前拍攝293張。兩組照片經由建模套疊進行分析，並與本所試驗量測資料比較。則表2為水深比較成果。