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規劃工具與知識

經濟部水利署

水利規劃試驗所

Water Resources Planning Institute, Water Resources Agency, Ministry of Economic Affairs
水利規劃試驗所
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水工模型試驗程序

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水工模型試驗並非單一工作,而是一系列工作之整合,因此執行水工模型試驗,首先需依據水工模型試驗目的,針對模型試驗範圍與相似律進行研究,以確實掌握模型試驗目的及試驗內容。其步驟與流程簡要說明如下列敘述及圖1所示:

  1. 試驗需求確認

    在辦理模型試驗計畫前需先確認試驗需求,如水工構造物水理、河川泥砂沖淤或水庫防淤布置等有明顯不同之試驗目的及需求,依據不同之試驗需求在後續模型設計上考量之項目亦不同(如動床、定床等)。除確認試驗需求外,亦需事先針對研究對象蒐集地質地形、水文、泥砂、設計方案、構造物細部構造等模型設計及試驗需要的基本資料。

  2. 模型設計與建置

    模型設計上主要為選定模型相似律、動床或定床、等比或不等比模型、模型比尺大小、劃定試驗範圍及選擇模型砂等。

    模型建置上除模型主體範圍外,仍需考慮供水加砂、量水、尾水等控制設備的建造和安裝。製作時依照斷面高程或等高線塑造地形,並進行水工構造物(如堰、壩、進出水工等)安裝,並製作頭水箱及尾水板等設施。

  3. 模型驗證

    依據原型實測資料,檢驗模型幾何、運動、動力之相似性,並驗證模型的流速分佈、水面線、流路及河床沖淤等與原型的符合程度,必要時需進行模型砂的起動流速、沉降速度等預備性水槽試驗。

  4. 試驗方案執行

    以試驗目的為依據,考慮水理及輸砂條件與試驗資源,規劃試驗內容,擬定確實可行的試驗方案,依時程限制訂定工作進度。試驗方案可包括預備試驗、原布置試驗、修正試驗及定案試驗。

    預備試驗為進行設計流量下之現況水理模擬,供後續布置試驗參考之依據,若試驗前有需求可先進行泥砂啟動試驗、沉降試驗等小型基礎試驗,亦為預備試驗之範疇。有了預備試驗提供設計流量下之水理流況,針對欲改善部份進而擬定初始工程設計布置並進行試驗,稱為原布置試驗。通常工程設計布置之目的為使流速、沖刷量、濃度等達一定標準(如欲使流速降低至一定程度、沖刷量減少或提高排砂比等),若原布置試驗無法達到其目的,會再著手進行修正試驗,不斷修正工程設計布置及試驗直到滿足原定之目標才會停止,最後針對已修正過可滿足目標且擬採納之布置進行試驗,以確認其相關水理現象為可行者,稱為定案試驗。因此工程設計之試驗方案為一系列重複回饋之試驗系列,上述一系列試驗方案執行流程如圖2所示。

    另一類型為基礎研究試驗之試驗方案,通常考慮有相關之參數例如流量、坡度、粒徑等,將這些參數進行一系列參數條件改變之試驗,以獲得不同參數下之試驗結果,並進行物理分析或無因次化以獲得結論。

  5. 試驗成果分析

    針對制定好的試驗方案,進行放水試驗,詳細量測各水理、地形沖淤等,獲取符合精度的試驗數據、圖像等資料,進行分析以獲得規劃設計所需的試驗成果。若為基礎研究試驗類型,可將物理因子進行無因次化後再進行成果歸納分析。

    圖1 水工模型試驗程序圖

    水工模型試驗程序圖

    圖2 試驗方案執行流程圖

    試驗方案執行流程圖

最後更新時間:2017-10-28