您的瀏覽器不支援JavaScript功能,若網頁功能無法正常使用時,請開啟瀏覽器JavaScript狀態
跳到主要內容區塊
:::回首頁網站導覽RSSEnglish
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
    :::
  1. 首頁
  2. 重點業務與回顧
  3. 河川類
  4. 現行重點業務

河川水文水理模式發展與推動

  1. 背景緣由

    臺灣的每條河川都有其獨特性,在進行河川治理規劃時,常須藉由水文及水理的分析工具,分析相關基本調查資料,以掌握河川問題所在與原因,並找出有效解決對策。為使河川規劃時的水文及水理分析工具能更有效、更精準、更快速及更具智能,且適用台灣河川特性,本所近年以地理資訊系統(GIS)為平台,持續發展水文及ㄧ維水理模式整合分析系統。同時,透過國際合作交流方式,發展適合台灣的ㄧ維、二維及三維沖淤模式,讓規劃時能掌握河川輸砂及沖淤特性。另針對特殊的蜿蜒河道二次流效應或水流交匯所造成的局部沖淤行為,也進行相關數值分析模式發展研究。希望透過上述的數值分析技術精進,持續提升河川規劃的品質。

  2. 主要工作項目

    數值模式 主要工作項目
    整合平 台 水文水理計算系統建置
    1. 重要河川水路網絡建置。
    2. 地文計算模組擴充。
    3. 以開放原始碼地理資訊系統整合建置水文水理計算平台。
    4. 建立系統應用資料庫。
    輸砂及沖淤模式 CCHE模式研發
    1. 一維模式發展,可模擬複雜網路河道、變量流、輸砂過程。
    2. 二維模式發展,可模擬水平二維變量流、輸砂過程、地形變遷等之模式。
    3. 三維模式發展,可模擬三維之變量流、自由液面、紊流、輸砂、底床沖淤過程等之模式。
    SRH模式研發
    1. 開發適用臺灣河川的SRH-1D及2D模式。(河川水理模式、河道動床模式、軟岩沖蝕模組、岸壁沖刷模組及異重流模組)
    2. 進行模式功能擴充。
    3. 開發河道三維動床數值模式。
    蜿蜒河道分析模式 擬似三維水理及動床模式(RESED)研發
    1. 蜿蜒河道沖刷偏移問題解析及沖刷偏移機制分析。
    2. 蜿蜒渠槽沖淤整合試驗分析:包含彎道沖刷試驗、彎道側入流定床試驗及彎道側入流動床試驗。
    3. 擬似三維動床及岸壁退縮模式發展測試:包含岸壁穩定分析方法探討、耦合岸壁穩定分析機制及擬似三維模式、模式參數敏感度分析、模式模擬與水槽試驗結果比對分析。
    4. 擬似三維動床及岸壁退縮模式現地應用分析:以現地應用區域,分析蜿蜒河道動床二次流效應與側入流匯流區複雜流場之沖淤變化對於岸壁穩定性之關係。
  3. 完成工作及成果

    1. 水文水理整合系統建置

      經本所多年的發展(詳圖1),目前已完成26條重要河川流域(詳圖2)之系統建置工作。其中系統功能包含資料庫、前置設定、分析模組、分析成果輸出以及河川規劃等五大功能。而計算理論與方法已多達47種,包含常見的雨量分析、流量分析、河道演算等計算工具,均可於系統流域內任一河川位置執行計算,並可提供系統客製化之報表輸出、空間圖資套疊匯出,以符合流域防洪規劃單位之需求。

      水文水理整合系統建置歷程與成果

      圖1 水文水理整合系統建置歷程與成果

      系統建置流域

      圖2 系統建置流域

    2. CCHE模式研發

      本所從民國96年起分階段與美國國家水科中心(NCCHE)進行技術合作與交流(詳圖3),第一階段以發展適用台灣河川特性的CCHE-1D與CCHE-2D動床數值模式,相關ㄧ、二維模式已獲台灣水利界廣泛應用,有效提升國內動床數值模擬之技術能力。但對於複雜三維流場與局部沖刷問題,因其對水深方向平均之假設,成果常有其限制或不確定性,鑑於亟需解決河工治理問題,本所於101年起進行的二階段合作,目前已三維動床模式發展,並運用於台灣河川的模擬。

      CCHE模式研發歷程與成果

      圖3 CCHE模式研發歷程與成果

    3. SRH模式研發

      本所於97年起透過「臺美水資源發展技術支援協議」第八號附錄的執行,與美國墾務局以臺灣河川特性為案例,完成SRH-1D、2D模式開發,並持續進行模式功能擴充,先後完成軟岩沖蝕模組、岸壁沖刷模組、異重流模組、及輸砂公式擴充等。目前開發完成之數值模式,除可實際應用於台灣案例河川外,並已獲美國墾務局、聯邦公路總局及顧問公司採用於現地河道沖淤分析、泥砂運移及水工構造物影響評估等。惟礙於ㄧ、二維模式受水深平均限制,在鄰近構造物的三維流場模擬尚無法精確,因此本所於102年藉由「臺美水資源協議第八號附錄第2次修正」,持續開發河道三維動床數值模式,提升河道穩定及水利構造物方案評估技術。

      SRH模式研發歷程與成果

      圖4 SRH模式研發歷程與成果

    4. RESED模式研發

      RESED模式為本所於97年起與國立交通大學合作發展的水理動床模式(詳圖5),主要適用於河川及水庫之水理及動床模擬,並針對河川環境的特殊性與隨著規劃需求,逐步發展各種模擬模組,目前功能包含結構物設置、側出/入流、高含砂效應、岩床及岸壁穩定分析。近期則發展三維空間的模擬計算功能,可進行非穩流水理、懸浮載及底床載運移動床模擬,具結構物設置、側出入流、岩床及岸壁穩定分析等功能,整合河道沖淤與岸壁崩塌模式,其中垂向沖淤可反映不同河床質組成,側向沖刷反映因二次流效應造成泥砂運移角度之變化,岸壁崩塌分析河岸崩塌行為,可探討二次流效應或側入流匯流段等複雜流場下之沖淤行為對於岸壁穩定性及河床變動之影響。並將部分功能建置使用者介面,以利使用者較容易熟悉模式操作原則,及藉由直覺化之輸入以快速掌握模式演算流程。

      RESED模式研發歷程與成果

      圖5 RESED模式研發歷程與成果

  4. 執行過程剪影

    相關發展的系統與模組,除編著操作手冊外,亦透過教育訓練,採實機操作方式,介紹及說明模式新功能,讓新技術可以運用在河川規劃實務上。

    1. 水文水理整合系統教育訓練
    • 水文水理整合系統教育訓練-水文圖
    • 水文水理整合系統教育訓練-課程照片
    2. CCHE數值模式教育訓練
    • CCHE數值模式教育訓練-模式圖
    • CCHE數值模式教育訓練-課程照片
    3. SRH數值模式教育訓練
    • SRH數值模式教育訓練-課程照片(1)
    • SRH數值模式教育訓練-課程照片(2)
    4. RESED數值模式教育訓練
    • RESED數值模式教育訓練-模式圖
    • RESED數值模式教育訓練-課程照片