以渠槽實驗探討階梯深潭穩定性之研究

Abstract

隨著生態保育意識高漲，於近自然工法中利用天然石材加工排列堆疊，以人為方式營造階梯深潭，可防止河床掏刷、增加水流動能消耗及穩定河床。目前國內外有?多案例及研究可以參考，但多以經驗法則評估進行現地施作，缺乏學理上的佐證，每逢強降雨事件發生，伴隨大量土砂運移，將影響砌石結構的穩定及整體河道的穩定性，仍有安全存疑，因此研究其階梯深潭之水力特性與河相特性，為砌石工法之初期重要工作。 為了解階梯深潭的形成機制、水力特性及上游來砂對河道穩定性之影響，本研究建置一長度為2 9m、寬度0 15m、深度0 3m之實驗渠槽，針對河道坡度、流量及不同砂源(混合粒徑Ａ(D50=12 4mm)與Ｂ(D50=2 9mm))等控制變因設計15組實驗，透過渠槽側面拍攝，量測河道地形、流速場分佈及泥砂出流量，探討階梯深潭形成方式、流體型態及階梯深潭河道破壞現象等，以河相學為基礎、水力學分析為依據，進行階梯深潭學理驗證。 由結果可知，階梯深潭發育過程中，河道中出現關鍵性礫石，其粒徑大小約為渠槽寬度的1/3?1/10倍，透過顆粒間相互緊密鍵結，形成一肋骨狀之橫向結構物；當流量由0 0012cms調整至0 0060cms時，福祿數大於一，流況由舌流轉換為滑移流，階梯處平均流速與深潭處平均流速差異降低30%；加砂實驗中，上游分別加入兩種砂源後，由實驗結果可知，階梯深潭河道依破壞方式可分為土砂掩埋與階梯結構破壞兩種。本研究透過實驗現象與砌石工法連結，以定性定量方式說明階梯結構的組成為階梯深潭河道穩定之重要關鍵。 本研究所建立階梯深潭之概念性實驗現象與現地案例結合，可提供未來國內外砌石工法設計之參考依據。

Date of Award	2016 Sept 7
Original language	Chinese
Supervisor	Hsiao-Wen Wang (Supervisor)