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計畫背景與緣由

近年來因濁水溪出海口向南輸砂近岸沉積,麥寮以北呈現大幅淤積趨勢,造成出海口回淤,亦使濁水溪河口段揚塵問題。本分署辦理濁水溪河口段束水攻砂長期穩定布置水工模型試,以利配合第四河川分署相關計畫與工程規劃設計案,考量生態議題納入後續試驗評估,以利試驗檢討改善濁水溪出海口向南輸砂受阻沉積,達到束水攻砂降低海口淤積、補充外傘頂洲砂源,以及減緩濁水溪河口段揚塵問題。

由於數值模擬的河川模式需要較多資料進行檢定驗證,海岸漂砂模式亦需河口輸砂量作為邊界條件,而且現場全洪程可提供的資料較為有限。故擬以物模動床不等比模型試驗取得相關資料,試驗成果可提供河道河床載加砂量檢定、驗證以及出海口推移載輸砂量的數模參酌,爰成立本計畫檢討各工程規劃設計案的可行性,以利優選或精進工程規劃設計案的參採。

整體試驗內容與期程

本計畫模型範圍為濁水溪河口段至河道斷面S33,河道縱斷面全長約14.7公里,橫斷面寬度平均約3.5公里,工作範圍現場全景(如圖1所示),主要工作在探討濁水溪河口段現況與初步規劃工程方案的河道底床沖淤變化及出海口推移載輸砂量評估。

本計畫分二期辦理,第一期(民國110年6月至民國111年12月),第二期(民國112年1月至民國113年12月)。主要工作項目有不同時期濁水溪地形與不同工程規劃方案數值模擬分析,以及動床模型建置(如圖2所示)、現況動床試驗及工程規劃方案動床試驗等,整體試驗內容與期程(如表1所示)。

試驗技術性說明

試驗目的

  1. 變量流動床加砂試驗:施放過去洪水歷程流量及加砂量,量測試驗後的底床高程與下游收砂量,可針對目標河段進行其上游加砂量的檢定與驗證。
  2. 定量流動床加砂試驗:施放代表性固定流量及加砂量,量測試驗後的底床高程與下游收砂量,可探討目標河段長期的流路、底床沖淤變化及通過河口的輸砂量,做為工程方案的評估依據及提供相關數模參數使用。

模型種類:採用不等比動床模型。

模型比尺:模型水平與垂直的比例尺,水平比=1/300及垂直比=1/50。

相似律:採用福祿律相似。

模型配置:濁水溪河口段至河道斷面33的長度約20公里,河道地形現場縮比後,模型長度約73公尺,平均寬度約14公尺,包括供水系統、迴水系統及試驗廠棚等。

工作概要

本計畫工作期間自110年6月至113年12月,工作概要如下:

110年度

完成濁水溪模型建置,並進行上游加砂量檢定試驗,提供四河局相關計畫數值模擬參數使用。 

111年度

完成濁水溪上游加砂量驗證試驗、現況及工程方案的河道動床試驗,以及分析現況及工程方案的河道流路、地形、沖淤變化及輸砂量等,提供四河局相關計畫數值模擬參數使用,以利確認工程方案可行性及提供工程設計參考。

112年度

先採用107年度地形試驗長導流堤的束水攻砂功能,初步測試結果長導流堤需加高加固才能發揮導流與導砂功能,經與第四河川分署研商導流堤功能後,尚需考量生物通道議題。接著先完成濁水溪模型111年度地形建置,並進行現況及工程方案的河道動床模型試驗,以利分析現況及工程方案的河道流路、地形、沖淤變化及輸砂量。試驗結果明顯111年度現況地形與工程案南側輸砂量均較107年度減少,呈現在111年度地形條件下深槽流路越往北偏,(詳如表2~表3及圖3~圖5)。本計畫採用新購置的Lidar儀器,藉由掃描正射影像圖及等高線圖,降低試驗前後地形測量人力與分析時間(如圖5及圖6所示)。

113年度

試驗評估長導流堤的精進方案,如修訂長導流堤為分段霞堤(NBS工法)的可行性及浚渫深槽流路規模,如圖7所示。接著完成濁水溪111年度現況地形長期穩定試驗及規劃方案長期穩定試驗,提供四河局確認工程方案的可行性及提供工程設計參考。

 

圖1 濁水溪河口段至河道斷面33長度約20公里之工作範圍現場全景圖

圖1 濁水溪河口段至河道斷面33長度約20公里之工作範圍現場全景圖

 

圖2 濁水溪河口段動床模型布置(水平比1_300,垂直比1_50)

圖2 濁水溪河口段動床模型布置(水平比1_300,垂直比1_50)

 

圖3 濁水溪河口段成大規劃導流堤至EL.-1.0m水深

圖3 濁水溪河口段成大規劃導流堤至EL.-1.0m水深

 

圖4 試驗修訂成大導流堤採用第7場洪水(Qp=13,990cms)及試驗後地形(右)

圖4-1 試驗修訂成大導流堤採用第7場洪水(Qp=13,990cms)及試驗後地形(右)

 

圖4 試驗修訂成大導流堤採用第7場洪水(Qp=13,990cms)及試驗後地形(左)

圖4-2 試驗修訂成大導流堤採用第7場洪水(Qp=13,990cms)及試驗後地形(左)

 

圖5 修訂成大長導流堤加高加固模型正射影像

圖5 修訂成大長導流堤加高加固模型正射影像

 

圖6 民國107年地形工程案加上修訂長導流堤第7場洪水試驗後

圖6 民國107年地形工程案加上修訂長導流堤第7場洪水試驗後

 

表1 整體試驗內容與期程
第一期
年度 工作項目 工作內容
110年 資料蒐集分析 1. 濁水溪相關水文及地文等基本資料蒐集分析。
2. 相關設施及跨河構造物完工圖及地形圖蒐集。
3. 濁水溪相關輸砂量資料蒐集分析。
4. 文獻資料蒐集分析。
模型建置 1. 模型試驗場地整理。
2. 模型放樣、邊界建造及防漏處理。
3. 建置測架、台車、軌道及觀測儀器等。
4. 供水、回水及尾水板設計建置。
5. 試驗用砂及地形鋪設。
頭水箱流量率定 頭水箱變量流流量率定。
動床加砂量檢定 1. 上游變量流加砂量估算。
2. 河口段深槽沖淤高程檢測。
3. 上游變量流加砂量率定調整。
試驗成果分析 1. 濁水溪出海口輸砂量分析。
2. 濁水溪流路分析。
3. 濁水溪河口段沖淤高程分析。
111年 資料蒐集分析 1. 工程布置方案資料蒐集分析。
2. 文獻資料蒐集分析。
動床加砂量驗證 1. 上游變量流加砂量估算。
2. 河口段深槽沖淤高程檢測。
現況動床試驗 現況加砂動床試驗。
方案模型布置修改 1. 工程設施布置。
2. 地形鋪設。
方案動床試驗 濁水溪工程方案試驗及調整。
試驗成果分析 1. 不同工程方案結果比較。
2. 濁水溪出海口輸砂量分析。
3. 濁水溪流路分析。
4. 濁水溪沖淤高程分析。
第二期
年度 工作項目 工作內容
112年 資料蒐集分析 1. 濁水溪相關水文及地文等基本資料蒐集分析。
2. 相關設施及跨河構造物竣工圖及地形圖蒐集。
3. 濁水溪相關輸砂量資料蒐集分析。
4. 文獻資料蒐集分析。
模型建置與試驗 1. 根據107年地形建置導流堤與浚渫深槽。
2. 試驗107年地形搭配規劃案導流堤與浚渫深槽。
3. 試驗107年地形研擬修訂案導流堤與浚渫深槽。
4. 繪製111年地形模型陽板斷面圖與內插斷面圖。
5. 111年地形試驗現況沖淤變化與輸砂量。
6. 111年地形試驗規劃設計案沖淤變化與輸砂量。
7. 111年地形試驗修訂規劃設計案沖淤變化與輸砂量。
數值模擬與分析 1. 107年地形模擬不同高程導流堤與不同浚渫深槽規模。
2. 111年地形模擬不同高程導流堤與不同浚渫深槽規模。
3. 111年地形模擬分析優選修訂規劃設計案供試驗參考。
試驗成果綜合檢討 濁水溪河口段現況與工程方案的輸砂量、流路及沖淤等綜合檢檢討。
113年 資料蒐集分析 1. 精進工程規劃案布置資料蒐集分析。
2. 文獻資料蒐集分析。
現況長期穩定試驗 1. 111年現況地形長期穩定試驗。
2. 規劃方案長期穩定試驗。
精進工程長期穩定試驗驗 1. 精進工程規劃案長期穩定試驗。
2. 修訂精進工程規劃案長期穩定試驗。
試驗成果綜合檢討 濁水溪河口段現況與工程方案長期的輸砂量、流路及沖淤等綜合檢討。

 

表2 試驗107年地形下游出海口邊界收砂量成果分析表
編號 試驗洪水場次 加砂量
(萬方)
南側收砂量
(萬方)
北側收砂量
(萬方)
總收砂量
(萬方)
1 現況第1場
(4,846cms)
12.6 17.4(40.5%) 25.6(59.5%) 43.0(3.4倍)
2 現況第3場
(8,911cms)
6.1 3.8(24.9%) 12.1(76.1%) 15.9(2.6倍)
3 現況第7場
(13,990cms)
20.3 22.8(28.3%) 57.7(71.7%) 80.5(4.0倍)
4 工程案第1場
(4,846cms)
12.6 8.2(35.0%) 15.2(65.0%) 23.4(1.9倍)
5 工程案第3場
(8,911cms)
6.1 11.8(44.2%) 14.9(55.8%) 26.7(4.4倍)
6 工程案第7場(13,990cms) 20.3 23.8(19.8%) 96.7(80.2%) 120.5(5.9倍)
7 成大導流堤
第1場(4,846cms)
12.6 18.5(56.1%) 14.5(43.9%) 33.0(2.6倍)
8 導流堤加高加固
第1場
(4,846cms)
12.6 51.2(100.0%) 0(0.0%) 51.2(4.1倍)
9 導流堤加高加固
第7場
(13,990cms)
20.3 171.0(100.0%) 0(0.0%) 171.0(8.4倍)

 

表3 試驗111年地形下游出海口邊界收砂量成果分析表
編號 試驗洪水場次 加砂量
(萬方)
南側收砂量
(萬方)
北側收砂量
(萬方)
總收砂量
(萬方)
1 現況第1場
(4,846cms)
12.6 6.6(10.1%) 58.9(89.9%) 65.5(5.2倍)
2 現況第3場
(8,911cms)
6.1 5.5(17.4%) 26.1(82.6%) 31.6(5.2倍)
3 現況第7場
(13,990cms)
20.3 12.5(8.5%) 134.0(91.5%) 146.5(7.2倍)
4 現況長期定量流
第1場(6,709cms)
78.3 45.0(12.3%) 320.1(87.7%) 365.1(4.7倍)
5 現況長期定量流
第2場(6,709cms)
450.0 25.3(7.0%) 338.6(93.0%) 363.9(0.8倍)
6 工程案第1場
(4,846cms)
12.6 2.2(4.6%) 45.4(95.4%) 47.6(3.8倍)
7 工程案第3場
(8,911cms)
6.1 2.9(10.9%) 23.8(89.1%) 26.7(4.4倍)
8 工程案第7場
(13,990cms)
20.3 8.3(4.9%) 159.3(95.1%) 167.6(8.3倍)

 

圖7 濁水溪河口段分段霞堤(NBS工法)至EL.-1.0m水深

圖7 濁水溪河口段分段霞堤(NBS工法)至EL.-1.0m水深