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研究生: 黃于恆
Huang, Yu-Heng
論文名稱: 斜坡上受粒徑與流量影響之擬似三維溢頂潰壩之實驗研究
Experiments of overtopping-induced quasi-3D dam breach over slope in response to grain size and inflow discharge
指導教授: 賴悅仁
Lai, Yueh-Jen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 水利及海洋工程學系
Department of Hydraulic & Ocean Engineering
論文出版年: 2021
畢業學年度: 109
語文別: 中文
論文頁數: 140
中文關鍵詞: 堰塞壩形貌水理演算中值粒徑三維斜面入流量室內物理實驗潰壩
外文關鍵詞: Dam, Morphology, hydraulic routing, median diameter, quasi-3D, slope, inflow discharge, Scale experiments, Dam breach
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  • 由於近年極端氣候之影響,再加上台灣之地形地質關係,堰塞壩產生之數量多且因為產生區域不同,導致潰決時之土體粒徑及入流量皆有極大不同,而其潰決之破壞力皆突發性且破壞力皆大,因此必須更迫切地著手了解堰塞壩之各項潰決性質。
    而由於堰塞壩往往形成於山區之河川,因此在本研究有別於以往室內實驗之平面以及一維實驗,而是選擇在坡面上進行三維進行觀察其向源及側向侵蝕之形貌。
    本實驗選擇以蘭島溪2018年11月做縮尺,比較其相似性。而也因為在室內小型實驗是個更有效之方法能夠在短時間內做出多組實驗去分別分析各因素對於潰決機制之影響,所以選擇在室內試驗模擬戶外大型試驗。
    從本研究使用不同粒徑及入流量作為變因,探討壩體被沖蝕之體積變化量、潰口水理特性以及壩體向源侵蝕之形貌變化。
    實驗結果得到體積之被沖刷量深受中值粒徑之大小影響,粗粒徑較細粒徑被沖蝕量大,主要因為其粗粒徑之土壩體水力傳導度較大,濕潤之土體較容易被侵蝕;尖峰流量大小遠遠受到粒徑之影響大於入流量,本實驗因為粗粒徑上述所說,較容易被沖蝕,因此尖峰流量時潰口較細粒徑大的許多,因此尖峰流量也較大,且尖峰流量到達時間也較快抵達。雖本實驗之最大入流量無法模擬至現地之入流量,流量曲線與現地之大小有些差距,但還是可以觀察出,尖峰流量到達時間與入流量相較無關係;而在不同粒徑也觀察到向源侵蝕之形貌非常不同,而從下游坡面之最大斜率能夠看出其極大數值上之差別,向源侵蝕中,較細粒徑之土壩其下游坡度斜率較陡。

    Because of these years Extreme climate happen in the world, there are a lot of barrier lakes and debris dams remaining not only at river’s upstream but also downstream, these debris dams will be some different properties, for example like geological condition, inflow discharge, sediment diameter, dam size, slope below dam, etc.
    In this research, we observed dam mouth’s hydraulic properties, dam volume amount of erosion and dam headward erosion’s morphology in response to inflow discharge and diameter of dam’s composing material.
    The result shows the coarser dam will be eroded faster than the finer one, because the hydraulic conductivity of the coarser dam is bigger than finer one, and wetter dam is more easily eroded by inflow discharge, coarser dam’s volume amount of erosion is bigger than finer; and by this property, the dam breach mouth of courser dam will bigger than finer one, therefore the coarser dam’s pike discharge is bigger and faster than finer; and by different medium diameter of dam’s material we can also found there are big difference of the morphology during the headward erosion.

    摘要 I 致謝 XIV 目錄 XVI 表目錄 XVIII 圖目錄 XIX 緒論 1 1-1 研究動機與目的 1 1-2文獻回顧 4 1-2-1 堰塞壩形成機制 4 1-2-2堰塞壩之破壞機制及實例 6 1-2-3潰壩水理及潰口形貌相關研究 11 1-2-4研究缺口 16 第二章 實驗配置 18 2-1實驗水槽架設 18 2-1-1 水槽配置 18 2-1-2 供水系統 18 2-1-3 實驗觀察區段 19 2-1-4 測量系統 21 2-2材料選擇 23 2-3實驗組數及參數 25 2-4實驗流程 27 2-5實驗壩體縮尺 29 第三章 實驗記錄及數位影像處理方式 32 3-1實驗記錄方式 32 3-1-1 正向間隔攝影 32 3-1-2 側面錄影 34 3-2數位影像分析處理 34 3-2-1影像數值化 34 a. 數值高程模型建置 34 b. 影片轉檔、尺度轉換及原點設定 37 3-2-2數值化後之分析 40 a. 壩體體積之計算 40 b. 壩體潰口流量之計算方法 44 c. 土壩體之下游面最大斜率之計算法 46 第四章 結果與討論 49 4-1 地形呈現 49 4-1-1 正向攝影影像 49 4-1-2 側面一維影像 57 4-1-3 數值高程模型(Digital Elevation Models, DEMs) 66 4-2 地形分析 74 4-2-1 數值高程差異圖(DEM of Difference, DoD) 74 4-2-2 體積變化量比較 89 4-3壩體饋口流量曲線之分析 96 4-4土壩體下游面之最大斜率之分析 104 4-4-1 土體高程側面數值化疊圖呈現 104 4-4-2 土體高程最大斜率之數值呈現與比較 108 第五章 結論及建議 113 參考文獻 116

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