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重點業務與回顧

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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  1. 首頁
  2. 重點業務與回顧
  3. 河川類
  4. 現行重點業務

流域土砂經營管理

  1. 背景緣由

    近年因地震、颱風造成山坡地崩塌,大量土砂進入河道,造成嚴重淤積,以致水位抬高漫溢河槽;又或因山壁崩塌、土石流沖積扇迫使河川改道沖擊堤防,亦有巨石、流木破壞堤防,致使河水奔流氾濫於低地平原浸沒成災。另一方面受人為開發影響,多數河川呈現河床下刷的趨勢,颱洪期間,橋梁斷落、堤防毀壞造成民眾生命財產損失。由此可知臺灣地區河川土砂嚴重失衡,過去僅考慮洪水量,現階段已無法滿足河防安全的需求,唯有同時掌握水、砂情勢方能減緩負面影響。

  2. 主要工作項目

    本所為降低流域土砂失衡造成之災害,針對流域土砂之經理研擬短中長期策略,短期策略為整合流域土砂生產與運移評估模式,中期策略為件力流域土砂管理機制,長期策略為擬訂流域土砂經理計畫,流程如下圖所示。

    流域土砂之經理研擬短中長期策略流程圖

    而本所因應行政院核定五大重要示範流域(淡水河、大甲溪、濁水溪、曾文溪及高屏溪),並對其他重要流域亦建立流域土砂產生、河道沖淤模擬等相關模式,歷年及未來將辦理流域土砂經理之整體性相關研究如下圖所示。

    推動整體性土砂調查研究及規劃

    本所辦理流域土砂經理之研究案以流域土砂管理目標研擬、流域土砂經理策略研擬河道泥砂運移量化分析技術為主,包括河性及土砂研究及水理輸砂模式研究兩個領域,主要包括:「流域土砂經理推動之研究」、「臺灣河川輸砂公式建置及應用研究」及「重要河川流域土砂調查及其影響災害潛勢因應研究」等研究,茲說明如下:

    1. 流域土砂經理推動之研究:

      自民國88年921地震後,土砂問題已成為流域重要災害成因,為降低此複合性災害所引發二次災害,水利署擬推動新思維流域土砂經理策略,以流域整體治理角度考量,期能透過流域土砂經理計畫,進行流域土砂出流管理,以維護流域河川水流正常機能(防洪安全)、土砂運移連續性、水庫庫容維持、海岸動態穩定、生物多樣性保育,避免人為開發衍生流域土砂之問題(土砂生產、運移、沉積失衡),減輕國內之土砂災害,推動新思維流域土砂經理有其必要性及迫切性。104年度為計畫執行第一年,工作項目包括有其中:基本資料蒐集調查、流域土砂課題分析、流域土砂管理目標研擬、流域土砂經理策略研擬 (部分)、辦理專家學者研商會議(2場);而105年度(2/2)工作項目則為:流域土砂經理策略研擬、流域土砂經理措施研擬、前置作業各機關分工建議、辦理專家學者研商會議(2場)。

    2. 臺灣河川輸砂公式建置及應用研究:

      臺灣河川坡陡流急、沖淤劇烈,受到降雨極端、水文特性驟變、地形變化劇烈與地質年輕等之影響,輸砂量頗為驚人,既有國外常用之輸砂公式,有其粒徑、坡度與流量範圍,應用於臺灣河川之適用性與不確定性值得加以探討。本計畫針對臺灣河川之土砂特性,如河床質粒徑、泥砂濃度等,檢討不同土砂特性下之輸砂行為,進行本土輸砂公式之建置與應用研究,以利後續河川治理規劃及流域管理。藉由基本資料收集、國內外輸砂公式之回顧與評估,配合相關資料之補充調查與監測,探討流域土砂、水文、地文與輸砂量之關係,以國際合作交流形式,進行臺灣本土輸砂公式之建置與應用研究,辦理相關學術與實務交流及教育訓練工作,提升臺灣水利工程師在輸砂課題之技術能力。

      104年度先以臺灣典型卵礫石河川大甲溪為計畫範圍,完成相關水文、地文資料之收集;河床質粒徑採樣體積法採樣、表面法補充調查;大甲溪水文觀測站之儀器建置、濃度取樣、流速量測;彙整國內外相關輸砂公式;既有輸砂公式於大甲溪之評估;最後,建立輸砂公式相關程式模組,進行一維河道動床模式於大甲溪之模擬,作為後續(105~106)年度本土化輸砂公式建置與應用研究之基礎。

    3. 重要河川流域土砂調查及其影響災害潛勢因應研究:

      近年因地震、颱風造成山坡地崩塌,大量土砂進入河道,造成嚴重淤積,以致水位抬高漫溢河槽;又或者山壁崩塌、土石流沖積扇迫使河川改道沖擊堤防,亦有巨石、流木破壞堤防,致使河水奔流氾濫於低地平原浸沒成災。另一方面受人為開發影響,多數河川呈現河床下刷的趨勢,颱洪期間,橋梁斷落、堤防毀壞造成民眾生命財產損失。

      104年度選定之研究範圍為大安溪流域為例,成果包括:歷年降雨量、逕流量、輸砂量之特性分析、利用極端降雨事件及全球氣候變遷下水文因子情境設定檢討現況防洪設計標準是否符合需求、並進行防洪設施完成後對其防洪能力之探討、提出土砂崩塌量、流域總土砂量評估模式、流域內河道土砂運移及堆積評估、極端降雨帶來土砂對坡地防砂、防洪結構物、水工結構物、水庫之衝擊評估、堤防脆弱度及風險評估、風險地圖製作、調適策略與行動方案。105年度則以卑南溪為例,進行流域土砂調查及其影響災害潛勢因應研究。

  3. 已完成工作及成果

    從民國94年至104年間本所已進行五大重要河川流域(淡水河、大甲溪、濁水溪、曾文溪及高屏溪)之集水區及河川土砂評估因應氣候變遷之調適及其他重要河川之流域土砂產生、河道沖淤模擬等相關模式研究,已完成工作及成果簡述如下:

    1. 土砂研究調查類:

      研究案件包括民國94年大甲溪流域整體治理規劃檢討等12件。

    2. 模式策略研究類:

      研究案件包括民國95~97年流域整體治理規劃與淹水資訊系統建置等11件。

      表1 民國94年至104年間所進行土砂相關研究案件
      年度(民國) 研究案名 內容概要 發展使用情形
      94 大甲溪流域整體治理規劃檢討 針對大甲溪流域內崩塌地土石流危險溪流河川野溪嚴重沖淤地段以及土石流淹水地區參考九二一地震後大甲溪流域聯合整體治理規劃成果及依據九三水災後之環境現狀調查結果從源頭著手並作可能執行之治理及管理策略具體方案研擬及建議整合性治本之聯合整體治理規劃檢討 其中土砂研究成果已做為其他計畫之土砂參考資料
      95~97 流域整體治理規劃與淹水資訊系統建置 建立「流域整體治理規劃與淹水資訊系統」,提供流域整體規劃時能以快速簡捷的方式,求取流域整體治理規劃與淹水災害防治所需之相關地文與水文資訊。 提供後續各畫所需之相關地文與水文資訊
      95~106 台美水利技術合作計畫 本計畫係水利署與美國內政部墾務局進行實質之水利技術合作,藉由該局技術服務中心之泥砂運移及生態復育專門技術,發展適用於台灣河川之分析數值模式與專門技術諮詢,並藉由計畫執行來台辦理之教育訓練課程,落實雙方技術合作之成果發展及應用。 計畫繼續辦理中
      96~98 美國國家計算水科學及工程中心河道變遷模式之引進及應用研究 引進美國密西西比大學內之國家水科學及工程中心之CCHE1D、CCHE2D及CCHE3D模式,針對河道變遷(泥砂運移)、堰壩上下游河道局部沖淤、及河道岸壁沖刷等現象進行探討,短程目標為CCHE水理模式之引進與應用研究,長程目標則在拓展國與國間之水利技術合作;並藉由本計畫之實質技術合作開始,繼續擴展雙方合作之層級與規模。 持續應將CCHE1D、CCHE2D及CCHE3D應用於相關課題之分析研究。
      96~100 大甲溪石岡壩下游河段河床穩定方案之研究(4年計畫)(96年中~100年中) 近年來大甲溪下游河段河床持續下降,大甲溪下游段橋梁因沖刷恐將危及橋梁安全,且取水構造物也可能因河床高程變動而需不斷改變取水位置,另石岡壩下游河床岩盤出露處河道明顯有持續刷深趨勢。爰此期望透過數值、模型試驗研究,研提如何穩定河床之相關措施,以保護下游公共建設及居民生命財產安全。本計畫研擬之現階段河床穩定方案,包含 9 項河道調整措施及9 項河岸保護措施。 1.「大甲溪石岡壩下游河段河床穩定方案之研究-初步治理方案第1次專案報告」奉行政院備查,交各相關機關辦理河床穩定方案。
      2.第三河川局已於后豐大橋至新山線鐵路橋河段分期進行左岸灘地開挖(河道深槽拓寬)工程(執行中);公路總局二工處已完成后豐大橋進行左岸橋基改建工程;第三河川局已完成埤豐橋下游固床工新建工程。
      99~100 氣候變遷下台灣南部河川流域土砂處理對策研究-以高屏溪為例    工作範圍為南部高屏溪、曾文溪、朴子溪、八掌溪及急水溪等5大流域,以高屏溪流域為例,整合土砂災害對坡地、河道、海岸的影響,以建立極端事件下南部流域現階段土砂災害處理對策,檢討現有土砂災害預警系統,擬定在發生極端事件時,流域水土災害疏散避難與救災對策。 做為後續高屏溪流域土砂分析之參考資料
      100~102 流域洪氾防災及土資源管理之研究 林邊溪流域洪氾沖淤演算模式之建立與應用;流域土砂長期而言運移不平衡,應以「維持流域現況土砂環境良好安定」為目標,結合「流域洪水管理策略」成為「流域土砂資源管理規範及防災策略」。基於流域水土資源綜合管理之洪氾防災策略,研擬流域土砂資源管理規範項目及防災措施,並依據專家座談會議,修定流域土砂資源管理規範及防災措施。 已完成成果報告,可做為其他研究計畫之參考資料
      100~102 軟岩質河床沖蝕模式之建立 改良提出軟岩質河床沖蝕評估流程,包含擬定軟岩質河床沖蝕的區位研判、評估軟岩質河床沖蝕潛勢、觀測軟岩質河床沖蝕過程、軟岩質河床沖蝕因應策略等相關作業程序,可應用於評估河道軟岩沖蝕行為及研擬因應策略。 以大安溪與八掌溪進行預測模擬,供後續治理計畫應用。
      101~102 GPU應用於即時淹水模擬技術之引進及應用研究 應用NVIDIA CUDA技術與Fermi架構圖形處理器,於美國路易斯安那州立大學提供技術指導與諮詢下,完成GPU一維淹水模擬技術應用研究,可於5分鐘內完成曾文溪流域未來72小時溢堤淹水模擬作業。 尚無
      101~102 淡水河流域因應氣候變遷防洪及土砂研究計畫  擬建立流域整體防洪需求、土砂產生、處理對策相關評估模式,整合土砂災害對坡地、河道、海岸的影響,以建立極端事件下淡水河現階段防洪及土砂災害處理對策,並檢討現有的防洪及土砂災害預警系統,擬定在發生極端降雨事件時,流域水土災害疏散避難與救災對策。 可做為後續淡水溪流域土砂分析之參考資料
      101~103 國家級防災監測及模式測試基地建置 透過水文監測站之設置彌補測試基地(宜蘭河流域)內原有水文監測之不足,大幅強化流域內對於水文事件之掌握,藉由監測資料完整說明水文事件歷程,而非僅事件後之調查,對即時防災應變決策具有正面助益。並利用高密度水文監測資料進行驗證後之水文水理數值模式結合大氣定量降雨預報實驗結果,建構成完整預警模擬系統。 可做為後續流域觀測系統及預警系統建置參考。
      102 曾文溪流域因應氣候變遷防洪及土砂研究計畫 建立極端事件下曾文溪現階段防洪及土砂災害處理對策,並檢討現有的防洪及土砂災害預警系統,擬定在發生極端降雨事件時,流域水土災害疏散避難與救災對策。 可做為後續曾文溪流域土砂分析之參考資料
      102 濁水溪流域因應氣候變遷防洪及土砂研究計畫 建立極端事件下濁水溪流域現階段土砂災害處理對策,並檢討現有的土砂災害預警系統,擬定在發生極端降雨事件時,濁水溪流域水土災害疏散避難與救災對策。 可做為後續濁水溪流域土砂分析之參考資料
      102 高屏溪流域因應氣候變遷防洪及土砂更新研究計畫 臺灣氣候變遷推估與資訊平台計畫TCCIP所提供GCMs全球環流模式空間降尺度後由25公里解析度更新為5公里之資料,本計畫欲將「強化高屏溪因應氣候變遷防洪調適能力研究計畫」與「氣候變遷下台灣南部河川流域土砂處理對策研究-以高屏溪流域為例」所產出之成果,做資料上之更新。 可做為後續高屏溪流域土砂分析之參考資料
      102~103 水庫排洪排砂兼顧下游河道河槽建立之研究 由歷年水文地文資料及動床數值模式,探討水庫排洪排砂與下游河道河槽建立之關係,研析水庫下游河道短期與長期之沖淤、河口段變遷、河防安全等影響,研擬合宜之水庫排洪排砂與下游河道動態穩定河槽建立策略方案;並提出維持下游河道動態穩定所需之上游來水來砂條件,以供河川、水庫堰壩規劃及管理單位參考。 可做為其他研究計畫之參考資料
      102~103 SRH數值模式應用於臺灣案例河川之研究 延續既有國際合作案數值模式研發成果,並藉由相關自辦計畫案例應用研究回饋數值模式開發,擬定後續國際合作案方向,開發更適用於台灣特性河川數值模式,以解決河川治理規劃及工程方案擬定可能遭遇之問題。 可做為其他研究計畫之參考資料
      102~104 蜿蜒河道沖刷行為擬三維模擬試驗及應用 以頭前溪上游為研究區域,利用擬似三維數值模式分別針對彎道效應、側入流效應與丁壩工設置等三方向進行探討,提供模式發展建置與比對測試,以探討模式之適用性,解析蜿蜒渠道底床沖淤及岸壁沖刷之發展機制及行為,最後將模式應用於實際案例,以展現模式之實用性。 可做為其他研究計畫之參考資料
      102~104 美國國家水科中心河道三維動床數值模式之引進及應用研究 比較評估CCHE二維與三維模式之底床沖淤結果,由於三維模式可考慮較複雜之流場行為,包括向下水流、紊流擾動、剪力速度修正、不同底床剪力複合計算方式等,對於具有槽溝及局部溯源沖刷行為之河床,相對二維模式較接近實測值。 可做為其他研究計畫之參考資料
      103 新思維流域土砂經理策略芻議 本案為水利署民國103年臨時交辦自辦計畫,重要成果:1、以往調查、研究及治理辦理情形;2、現況土砂治理課題(包括流域土砂課題、現行土砂經理相關法規);3、具體建議(目標、策略及措施)。本案共召開2次專家學者研商會議,彙整後撰寫本報告。 可做為其他研究計畫之參考資料
      103~104 大甲溪流域因應氣候變遷防洪及土砂研究 建立極端事件下大甲溪流域現階段土砂災害處理對策,並檢討現有的土砂災害預警系統,擬定在發生極端降雨事件時,大甲溪流域水土災害疏散避難與救災對策。 可做為其他研究計畫之參考資料
      103~105 重要河川流域土砂調查及其影響災害潛勢研究  擬以烏溪、大安溪及卑南溪流域為案例推估土砂量及風險評估,擬定流域水土災害處理方式或因應策略。 計畫繼續辦理中
      104~106 臺灣河川輸砂公式建置及應用研究 本計畫係藉由與國內外著名之輸砂學者合作,以臺灣河川泥砂運移特性為案例,擴充建置本土化輸砂公式,並結合現有數值模式,以臺灣5大流域為案例進行河道穩定與流域土砂運移與管理研究。整體工作架構包括臺灣河川基本資料現地補充調查、國際合作研發本土化輸砂公式、及本土化輸砂公式結合數值模式進行應用研究等三大部分。 計畫繼續辦理中
      104~106 河川排水治理銜接問題之改善研究 釐清現階段河川、排水在整體治理規劃上,河川與排水治理銜接問題;完成河川築堤束洪對支流排水影響之檢討,研擬降低河川水位以減輕內水災害之相關對策與可行性評估,並研擬河川與排水治理銜接方式作業流程,供河川與排水整體治理規劃參考。 計畫繼續辦理中
  4. 執行過程相關照片

    近期辦理流域土砂經理推動相關研究之執行過程相關照片如下:

    「流域土砂經理推動之研究」第1次專家學者研商會議(104.5.26)照片

    「流域土砂經理推動之研究」第1次專家學者研商會議(104.5.26)照片

    「流域土砂經理推動之研究」第3次專家學者研商會議(105.5.25)照片

    「流域土砂經理推動之研究」第3次專家學者研商會議(105.5.25)照片

    「臺灣河川輸砂公式建置及應用研究」大甲溪東勢大橋量測流速(104.8.11)照片

    「臺灣河川輸砂公式建置及應用研究」大甲溪東勢大橋量測流速(104.8.11)照片