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規劃成果回顧

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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  2. 重點業務與回顧
  3. 試驗類
  4. 試驗成果回顧

大甲溪石岡壩下游河段河床穩定方案水工模型試驗研究

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  1. 計畫背景與緣由

    民國97年至100年間大甲溪下游河段河床持續下降,恐因沖刷將危及橋梁安全,取水構造物也因河床高程變動而需不斷改變取水位置,在石岡壩下游河床露出岩盤,顯見河道有持續刷深之趨勢。為減少下游橋樑、取水構造物及堤防等因持續刷深,造成下游公共建設及居民財產損失,亟需探討大甲溪由辮狀流河川轉為深槽河川,在建槽流量及固床工施設後河床縱向坡度變化情形等課題,爰經濟部水利署於民國97年5月21日以經水河字第097511033670號函示辦理本計畫水工模型試驗研究(97年7月成立計畫)及數值模擬(委辦計畫由本所河川課執行),以研提如何穩定河床之相關措施。

  2. 試驗工作大事紀要

    本計畫三年進行期間之主要工作大事紀要如表1所示。

    表1 主要工作大事紀要表
    時間 大事紀要
    民國97年7月 水工模型試驗計畫成立
    民國97年12月 依補測試驗範圍內之部份河道深槽地形及河道大斷面布置模型
    民國98年6月 完成第一年水工模型動床試驗建置
    民國98年12月 第二年計畫第一次工作會議暨水工模型試驗研究期初報告審查
    民國99年3月 專家學者現場勘查國道1號橋至舊山線鐵路橋河段
    民國99年5月 第二年計畫水工模型試驗研究期末報告審查
    民國99年6月 完成第三年計畫水工模型驗證試驗
    民國99年12月 辦理拆除后豐橋上游舊有輸水管線及下游便道方案布置試驗
    民國100年1月 第三年計畫水工模型試驗研究期初報告審查
    民國100年3月 完成第三年計畫水工模型穩定方案試驗
    民國100年5月 第三年計畫水工模型試驗研究期末報告審查
    民國100年7月 完成三年總報告書印刷
  3. 試驗技術性說明

    1. 模型比例尺決定

      考慮動床模型相似律、模型流量及模型場地等條件,採用1/80等比模型。

    2. 模型用砂

      原體砂最大粒徑400毫米、平均粒徑約80毫米、d50=49毫米;實際模型用砂之最大粒徑5毫米、平均粒徑約1.3毫米、d50=0.59毫米。

    3. 模型範圍

      模型範圍長約72公尺、寬約10公尺,現場塑造範圍為斷面23-1上游端~斷面33上游端,現場總長約5.6公里。

    4. 模型地形塑造方法

      現場勘查地形得知,現場舊山線鐵路橋附近上下游地形因岩盤出露地形變化不大,故地形模型以定床塑造。新山線鐵路橋附近上下游地形(斷面31)至高速公路橋間(斷面23-1),模型以動床塑造。

  4. 試驗參與人員及試驗情形

    模型試驗參與人員詳如表2所示。

    表2 模型試驗參與人員一欄表
    計畫主辦 計畫協辦 專家學者
    許彥響 黃振聖、吳虹邑 林委員襟江、簡委員俊彥、許委員時雄、吳委員憲雄、陳教授俊成、蔡教授長泰
  5. 試驗工作成果與報告

    1. 模型試驗目的:模型主要進行穩定方案試驗,試驗主要目的是為模擬設計洪水歷線下,后豐便橋拆除、自來水河道送水管PB左側拆除、后豐便道不拆除、布置正隆護岸丁壩(既有)及進行護甲粒料補充及河槽左岸開挖規劃布置試驗情況。模型試驗條件為進行規劃中之新山線鐵路橋至后豐橋左岸高灘地開挖,模型試驗布置條件詳如下表3。
      表3 穩定方案試驗方案模型布置條件表
      試驗條件項目 穩定方案
      試驗前舖設民國98年12月地形(斷面28以下)
      模型上游不加砂之變量流清水試驗
      新山線鐵路橋下游消能塊布置與現場98年12月類似情況(右岸)
      后豐橋上游自來水河道送水管 PB至左岸拆除
      (PB至右岸保留)
      后豐橋下游臨時便橋 拆除
      后豐橋下游臨時便道(內埋設涵管) 不拆除(保留)
      正隆護岸丁壩(共6座)
      后豐橋下游臨時便道下游端護坦工
      后豐橋下游臨時便道右岸加固工程
      規劃中之新山線鐵路橋上游至后豐橋下游左岸高灘地(預計104年,斷面31-1~斷面28) 開挖
      備註:以上試驗條件項目皆為既有構造物,標示 ● 表示此方案有布置或實施此項試驗條件。
    2. 模型製作過程及試驗過程:如照片1、2及延伸閱讀試驗影片(大甲溪石岡壩下游河段河床穩定方案水工模型建造影片.wmv)。
      • 試驗前地形照片1 試驗前地形
      • 試驗後地形照片2 試驗後地形
    3. 模型試驗結果:模型試驗過程觀察得知,通過新山線鐵路橋上、下游端流心靠向左岸;通過后豐橋上下游端流心靠向左岸。將試驗後地形高程減掉試驗前地形高程之地形高程差(負值表示沖刷、正值表示淤積),詳如圖1,由圖中得知,由上游至下游較大沖刷位置及沖刷深度範圍如下:新山線鐵路橋下游左岸跌水沖刷(最大深度約12.5公尺)、后豐橋上游端靠左岸沖刷坑(最大深度約7.7公尺)、后豐橋下游臨時變道靠靠左岸PD橋墩附近跌水沖刷(最大深度約12.8公尺)、后豐橋下游斷面28靠右岸(最大深度約14.7公尺)、左岸豐州堤防(最大深度約15公尺)。 穩定方案模型變量流清水試驗前後地形高程差圖

      圖1 穩定方案模型變量流清水試驗前後地形高程差圖

    4. 試驗初步結論:模型現況既有構造物處理試驗模擬設計代表性洪水歷線一場變量流(洪峰流量4,007秒立方公尺)清水試驗條件下,目前現況若採用試驗方案-5構造物處理方式(后豐橋上游河道送水管PB至左岸拆除、拆除后豐橋下游臨時便橋橋墩、保留后豐橋下游臨時便道、后豐橋下游臨時便道右岸加固工程),由於尚未擴寬河槽,洪峰流量通過正隆護岸時流心仍靠向右岸,可能對於后豐橋上游之正隆護岸丁壩會有沖刷問題,宜加強保護。模型穩定方案試驗模擬設計代表性洪水歷線一場變量流(洪峰流量4,007秒立方公尺)清水試驗條件下,未來若採用規劃中之穩定方案(以試驗方案-5為既有構造物處理方式,另增加護甲粒料D85 = 236毫米以上泥砂補充及新山線鐵路橋上游至后豐橋下游左岸高灘地河槽開挖規劃布置),可以降低單寬流量及流速,減緩新山線鐵路橋上游端右岸邊坡及后豐橋上游端靠右岸正隆護岸等兩處之沖刷,但仍應注意新山線鐵路橋及后豐橋下游沖刷問題。
    5. 試驗成果報告延伸閱讀:大甲溪石岡壩下游河段河床穩定方案之研究-水工模型試驗研究總報告.pdf

      國家圖書館出版品預行編目(CIP)資料

      大甲溪石岡壩下游河段河床穩定方案之研究-水工模型試驗研究(自辦計畫部分)總報告

      Physical Model Test on Dajia River Bed Stabilizing Program for the Reach Downstream of the Shin-Kang Dam

      許彥響、謝天元、陳弘凷--第一版
    6. 試驗方案與實施方案照片對照比較:試驗方案如圖2所示,實施方案現場已進行后豐橋上游至新山線鐵路橋下游左岸高灘地擴寬工程。 規劃中之新山線鐵路橋上游至后豐橋下游左岸高灘地

      圖2 規劃中之新山線鐵路橋上游至后豐橋下游左岸高灘地(綠色區域)河床穩定方案平面布置示意圖