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台灣區域排水系統複雜且土地使用方式多元,規劃採用預設數值模式參數,不易反映合理水文水理現象。隨著水文觀測技術的提升,許多水文觀測技術已逐步應用於區域排水,近年以多元流量觀測推估方法研究(非接觸式流量推估影像辨識技術)及試驗流域完整長期的水文觀測,其水文觀測資料可進行不同土地利用下數值模式檢定驗證,以擇定適用之水文水理模式參數,提升水理模式之準確性與計算效能。

一、實驗流域擇定

自108年起擇定位於新竹市八股排水為水文觀測實驗流域,八股排水位於新竹市香山區南端,其東起茄苳里,經大湖、內湖里後,於內湖橋旁排入鹽港溪,係新竹市香山區南側主要排水路徑,集水區東臨客雅溪流域,北與海水川溪、三姓溪流域相接,南邊則與鹽港溪流域毗鄰,總集水區面積約7.89 平方公里。八股排水系統相關整治工程均已完工,渠道斷面工整有利於進行集水區內水文監測、資料檢核、地文資料蒐集及現地流量觀測等作業,並長期進行颱洪事件全洪程流量推估、水文水理模式檢定驗證與建立水位流量率定曲線。

圖1八股排水集水區

八股排水集水區

 

二、水文測站架設與監測

八股排水集水區內目前自設2處雨量站,且欲掌握各排水路匯入及總匯集處之水位、水位-流量等資料,亦佈設17站水位站、4站為水位-流量站全自動觀測並即時傳輸,其涵蓋八股排水集水區上、中、下游,現況水文監測站佈設情況如下圖。

圖2八股排水水文監測站佈設情況

八股排水水文監測站佈設情況

 

三、影像辨識流速觀測

傳統流速量測方式大多為接觸式量測,即便如LDV般之非接觸量測方式也只能量測單一點位數據。為了取得量測區域的整體速度場,往往需花費龐大的時間逐點進行施測。且傳統流速量測方式只能得到平均數據,不能獲取二維非穩態流場之瞬時速度變化。故發展出一套高準確度且多點、非接觸式的流速量測方法是世界各國許多研究人員所追求的目標。

粒子影像測速法(Particle Image Velocimetry, PIV)即為一種非接觸式且能測量二維速度場的方法。其透過架設固定式相機,拍攝流體連續性影像,並計算影像中的特徵點移動距離,搭配兩幀影像之時間差,計算出流速。它能將流體運動可視化,使複雜的流體運動現象能被直接觀測(Raffel et al., 2018)。而將PIV應用於實際尺度之現地量測有非常多種方法,其中以大尺度影像測速法(Large-Scale Particle Image Velocimetry, LSPIV)以及時空間影像測速法(Space-Time Image Velocimetry, STIV)最廣為使用。

選擇D4、D5測站作為影像流量設備之架設地點,架設狀況如下圖。依照過往ADCP之觀測資料顯示,兩測站底床沉積變化較小,且河道相對較為順直。另外從過去數值模擬的資料來看,兩測站皆不受感潮河段所影響,故相當適合作為影像辨識流速觀測河段。

圖3CCTV現場架設情況(D4測站)

CCTV現場架設情況(D4測站)

 

圖4影像辨識流速觀測圖

影像辨識流速觀測圖