水利規劃分署水利規劃分署

一、計畫背景與緣由

臺灣河川堤防基腳傾倒破壞的原因中，斜向水流衝擊為其重要的影響因素。斜向水流衝擊堤防時，會改變水流方向，並造成堤防基腳前河道底床之劇烈沖刷。水利署河川局於洪氾堤防破壞時，亦能適時地進行緊急搶險與災後復建工程，由於缺乏相關洪水斜向水流對堤防基腳沖刷經驗式的現場調查驗證，對於堤防設計與復建完成後的堤防抗洪成效仍難掌握。

本計畫以物模進行試驗研究，整體計畫期程9年(民國101年~109年)，分3期執行，經由建置不同斜向水流攻角之水工模型基本試驗水槽，並依照各項獨立控制變數(定量流量、底床砂粒徑、底床坡度、變量流尖峰流量及峰型)進行一系列基腳沖刷與保護清水試驗組合，相關試驗成果可提供規劃、設計與工程管理單位執行時之參考

二、試驗工作大事紀要

本計畫主要工作項目有物模基本試驗配置、基腳沖刷清水試驗組合及各期成果分析等。斜向水流攻角計有30度、60度、75度等3種，採用5種均勻底床砂粒徑、21種定量流量、5種底床坡度、5種變量流尖峰流量及峰型，總試驗組數計339組，主要工作大事紀要如表1。

表1  主要工作大事紀要

時間	大事記要
民國100年9月	水工模型試驗研究計畫成立
民國101年7月	第1期101年度期初會議審查
民國102年1月	第1期101年度期末會議審查
民國102年7月	第1期102年度期初會議審查
民國103年1月	第1期102年度期末會議審查
民國103年6月	第1期103年度期初會議審查
民國103年12月	第1期103年度期末報告審查
民國104年6月	第2期104年度期初報告審查
民國105年3月	第2期104 年度工作報告暨 105 年度期初會議審查 簡報審查
民國105年4月	完成第1期報告印刷分送
民國105年9月	王前署長瑞德、賴署長建信、王副署長藝峰等長官蒞臨參觀指導
民國105年9月	104年度成果推廣專題教育訓練課程暨工程觀摩講習會
民國106年3月	第2期105 年度成果報告審查
民國107年2月	第2期106 年度成果報告審查
民國108年1月	第3期107年度成果報告審查
民國108年4月	完成第2期報告印刷分送
民國109年2月	第3期108年度成果報告審查
民國110年1月	第3期109年度成果報告暨總報告審查
民國110年7月	完成第3期報告及總報告印刷分送

三、試驗技術性說明

(一)試驗目的

1.定床試驗：經施放固定流量，量測各斷面水位與流速剖面，據以瞭解斜向水流的水理流場特性。

2.動床試驗：經施放固定流量，量測試驗過程中水槽右側底床剖面之沖淤歷程及試驗後之底床沖淤變化，據以探討來流一般沖刷與基腳最大沖刷。

3.保護試驗：經搭配布置基腳保護工後，施放固定流量，量測試驗後之底床沖淤變化，據以探討基腳保護工的布置效果。

4.變量流試驗：經施放變化流量，量測試驗過程中水槽右側底床剖面之沖淤歷程及試驗後之底床沖淤變化，據以探討在變量流下之來流一般沖刷與基腳最大沖刷。

(二)模型種類：採用等比模型。

(三)相似律：採用福祿律相似。

(四)模型比尺：模型比例尺1/50及1/100。

(五)模型配置：第1~3期分別採用30度、60度及75度斜向水流攻角之水槽布置，如圖1~圖3及照片1所示。

圖1  第1期(101年~103年)30度斜向流水槽平面配置

圖2  第2期(104年~106年)60度斜向流水槽平面配置

圖3  第3期(107年~109年)75度斜向流水槽平面配置

照片1    模型配置

四、試驗參與人員及試驗情形

參與模型試驗人員及試驗情形如表2及照片2所示。

表2  模型試驗參與人員一欄表

計畫主辦	計畫協辦	專  家  學  者
郭耀麒	彭茂崧、翁緯明、 陳亭羽、楊婷卉	顏教授清連、楊教授錦釧、盧教授昭堯、蔡教授長泰、林委員襟江、陳委員義平、謝委員勝彥、蔡委員奇成、洪委員勝榮、蔡委員萬宮、張委員耀澤、謝委員天元

照片2  試驗情形

五、試驗工作成果與報告

(一)基腳最大沖刷與來流一般沖刷

本項物模試驗值與現場觀測值經整體迴歸後，所得之經驗式關係良好(圖4)，可提供現場實務設計參考。

圖4  基腳最大沖刷及來流一般沖刷比較

(二)基腳保護工布置方式

保護試驗後異型塊體均維持完整者之最大沖刷深度均有明顯減小效果，其比值平均約可減小至46%的最大沖刷深度。本項布置方式(圖5)，可提供河川局堤防新建與復建工程之規劃、設計參考。

圖5  堤防基腳保護塊布置方式設計參考圖