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研究生: 柯宗緯
Ke, Tsung-wei
論文名稱: 應用ADCP 觀測曾文溪高流量特性之研究
Application of ADCP to Measure the Flood Characteristics of Zengwen River
指導教授: 呂珍謀
Leu, Jan-Mou
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 水利及海洋工程學系碩士在職專班
Department of Hydraulic & Ocean Engineering (on the job class)
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 81
中文關鍵詞: ADCP高流量觀測
外文關鍵詞: ADCP, high flow discharges survey
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  • 傳統流量觀測法為使用機械式流速儀量測河川斷面之各個垂線流速分佈,並以面積法推估出斷面流量,但機械式流速儀量測過程耗時費力且易產生許多誤差,為增加現地觀測之效率及準確度,發展出許多新式流量觀測法及儀器。本研究利用都普勒聲波流速儀進行曾文溪五個測站之現地觀測,低流速低水位時使用手持式ADV進行涉測,高流速高水位時使用拖曳式ADCP進行吊測,並同時蒐集河川局利用普萊氏流速儀觀測之流速資料進行比較及驗證,亦進行全洪程流量觀測,以驗證都普勒聲波流速儀於高流量之適用性。
    研究結果顯示,低水位時手持式ADV流速儀利用聲波式都普勒方式量測,較傳統機械式(普萊氏)流速儀較不受地形限制,且流速之量測點數比傳統機械式(普萊氏)流速儀多。高水位時拖曳式ADCP可在短時間內消除水流不穩定性流況之影響,同時量測全斷面水深及流速分佈,並計算出流量,顯示出拖曳式ADCP可有效提升高水位時流量觀測之效率及準確度。
    另外,將95~99年之水位-流量率定曲線與本研究推求之率定曲線進行比較,本研究得到的率定曲線與96年和97年相似,顯示高水位流量時河川局實測資料與都普勒聲波流速儀推估之流量資料頗為一致,且此量測系統機動性高,具有高效率及準確度,可有效應用於現地流量觀測,未來具有一定之發展性。

    The conventional method for flow discharge observation is using mechanic current meters to measure various vertical flow velocity distributions of the river cross-section, so the cross-section flow discharge can be estimated with velocity-area method. However, the measurement with mechanic current meters is time-consuming and error-prone. Various new methods and instruments for surveying flow discharges are developed for improving the efficiency and accuracy of flow discharge observations. This study used acoustic Doppler current meters to perform field observations at five hydrometric stations in Zengwen River. For low river flow velocity and water level, wading personnel with hand-held ADV were deployed to measure the flow velocities; for high river flow velocity and water level, towed ADCP was deployed from a boom to measure the flow velocities. The measurement results were simultaneously compared and verified with the flood velocity data provided by the River Management Office with Price current meters. The survey was also performed for every level of flood discharge to verify the fitness of acoustic Doppler current meters for measuring high flow discharges.
    In the case of low water level, this study shows that acoustic Doppler measurement with hand-held ADV is less hindered by local topography than conventional mechanic (Price) current meters.
    Furthermore, acoustic Doppler measurement with hand-held ADV produces more measured points of flow velocities than Price current meters. In the case of high water level, towed ADCP can remove the effect of instable flow condition quickly and simultaneously measures the depth and flow velocity distributions in the whole river cross-section to calculate flow discharges. Hence, towed ADCP effectively improves the measurement efficiency and accuracy in the case of high water level.
    In addition, the rating curves for flow discharge-water level measured by this study approximate the rating curves of 2007 and 2008 when they are compared with the rating curves of 2006~2010. The flow discharges estimated by acoustic Doppler current meters demonstrate good agreement with the flow discharge data provided by the River Management Office in the case of high water level. In conclusion, the measurement system this paper provides has high mobility, efficiency and accuracy, so it can be effectively applied to field survey of flood discharges. It also has certain capacity for further development.

    目錄 摘要 xi ABSTRACT xii 誌謝 xiv 目錄 xv 表目錄 xvii 圖目錄 xix 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究方法 1 1.3 本文組織 2 第二章 文獻回顧 3 2.1 傳統流量量測方法 3 2.2 近代流量量測方式 4 2.3 小結 5 第三章 研究設備及工作原理 6 3.1 研究試區 6 3.2 流量量測工作原理 8 3.3 觀測儀器 9 3.3.1 ADCP工作原理 18 3.3.2 ADCP之驗證 20 3.3.3 觀測儀器架設平臺 23 3.4 流量觀測流程 24 第四章 結果與分析 28 4.1 新中(1)站 28 4.2 左鎮站 36 4.3 玉田站 44 4.4 玉豐大橋站 51 4.5 二溪大橋站 57 4.6 全洪程觀測 63 第五章 結論與建議 76 5.1 結論 76 5.2 建議 77 參考文獻 79 表目錄 表3-1 掌上型ADV之儀器規格 11 表3-2  RD Instruments ADCP儀器規格表 15 表3-3  SonTek ADCP儀器規格表 16 表 3-4 普萊氏流速儀與ADCP之驗證結果 22 表4-1 新中(1)站量測儀器與方法 29 表4-2 新中(1)站試驗1量測結果 31 表4-3 新中(1)站試驗2量測結果 32 表4-4 新中(1)站試驗3量測結果 34 表4-5 新中(1)站試驗4量測結果 35 表4-6 左鎮站量測儀器與方法 37 表4-7 左鎮站試驗1量測結果 37 表4-8 左鎮站試驗2量測結果 38 表4-9 左鎮站試驗3之量測結果 41 表4-10 左鎮站試驗4之量測結果 42 表4-11 左鎮站試驗5之量測結果 44 表4-12 玉田站量測方法與儀器 45 表4-13 玉田站試驗1量測結果 46 表4-14 玉田站試驗2量測結果 48 表4-15 玉田站試驗3量測結果 49 表4-16 玉田站試驗4量測結果 50 表4-17 玉豐大橋站量測儀器與方法 52 表4-18 玉豐大橋站試驗1量測結果 53 表4-19 玉豐大橋站試驗2量測結果 54 表4-20 玉豐大橋站試驗3量測結果 57 表4-21 二溪大橋站量測儀器與方法 58 表4-22 二溪大橋站站試驗1量測結果 58 表4-23 二溪大橋站試驗2量測結果 60 表4-24 二溪大橋站站試驗3量測結果 62 圖目錄 圖3-1 曾文溪流域範圍 7 圖3-2 曾文溪流量站位置圖 8 圖3-3 流速面積法示意圖 9 圖3-4 掌上型ADV測點位置示意圖 11 圖3-5 掌上型ADV之儀器探頭 12 圖3-6 裝設於測杆頂部之控制器 12 圖3-7 Argonaut-XR RS-3000三維流速流量計 15 圖3-8 無線傳輸模組 16 圖3-9 作業電腦與傳輸設備 17 圖3-10 量測時顯示之畫面 17 圖3-11 船型載具 18 圖3-12 ADCP內部音鼓構造圖 20 圖3-13 ADCP量測流速剖面示意圖 20 圖3-14 普萊氏流速儀現場量測之情況 21 圖3-15 普萊氏流速儀與ADCP測得之流速分佈 21 圖3-16 架上吊臂之量測台車 24 圖3-17 橋欄外側觀測台車專用軌道 24 圖3-18 掌上型ADV與測深桿 26 圖3-19 拖曵式ADCP現場量測之情況 27 圖4-1 新中(1)站試驗1之量測斷面 30 圖4-2 測深桿 30 圖4-3 新中(1)站試驗2水深量測比較 32 圖4-4 新中(1)站試驗3量測斷面(2011/9/28) 33 圖4-5 新中(1)站試驗4量測情形(2011/10/5) 35 圖4-6 新中(1)站試驗4水深量測比較 36 圖4-7 左鎮站試驗1量測斷面(2011/6/7) 37 圖 4-8左鎮站試驗2以ADCP測得之流速分佈 39 圖 4-9 左鎮站試驗2測得之水深比較 39 圖4-10 左鎮站試驗3河道流況(2011/7/19) 40 圖4-11 左鎮站試驗3水深量測結果比較 41 圖4-12 左鎮站試驗4以ADCP測得之流速分佈 42 圖4-13 左鎮站試驗5現場量測情況(2011/10/6) 43 圖4-14 左鎮站試驗5以ADCP測得之流速分布 44 圖4-15 玉田站試驗1量測斷面(2011/6/21) 46 圖 4-16 玉田站試驗2以ADCP量測情況(2011/7/14) 47 圖4-17玉田站試驗2以ADCP測得之流速分佈 48 圖4-18 玉田站試驗2河川局與ADCP測得之水深比較 48 圖4-19 玉田站試驗3現場量測斷面(2011/9/22) 49 圖4-20 玉田站試驗4現場量測斷面(2011/10/6) 51 圖4-21 玉豐大橋站試驗1量測斷面(2011/6/21) 52 圖4-22 玉豐大橋站試驗2測得之流速分佈 54 圖4-23 玉豐大橋站試驗2量測水深比較 55 圖4-24 玉豐大橋站試驗3現場量測斷面(2011/9/22) 56 圖4-25 二溪大橋站試驗1量測斷面(2011/6/21) 58 圖4-26 二溪大橋站試驗2之量測斷面(2011/9/22) 59 圖4-27 二溪大橋站試驗2施測情況(2011/9/22) 60 圖4-28 二溪大橋站試驗3量測情形(2011/10/5) 61 圖4-29 二溪大橋站試驗3量測水深比較 62 圖4-30 二溪大橋站試驗3以ADCP測得之流速分佈 63 圖4-31 以台車與吊臂掛載ADCP之情形 66 圖4-32 以台車與吊臂掛載ADCP量測流量之情形 66 圖4-33 新中(1)站全洪程觀測水位與流量分佈圖 67 圖4-34 8月30日上午7點新中站河道情況 68 圖4-35 8月29日下午1點新中站河道情況 68 圖4-36 8月30日測得之水位與底床分佈圖(AM7:00,AM9: 00,PM3:00) 69 圖4-37 8月30日上午河道水流分佈情況 70 圖4-38 8月30日下午河道左岸水流分佈情況 70 圖4-39 8月30日測得之水位與底床分佈圖(PM4:30,PM5:30) 71 圖4-40 8月31日測得之水位與底床分佈圖 72 圖4-41 8月31日下午河道左岸水流分佈情況 73 圖4-42 8月31日下午河道右岸水流分佈情況圖 73 圖4-43 河道左、右岸水流往主深槽集中之情況 74 圖4-44 2011年8月31日實測之流速分佈 74 圖4-45 新中(1)站水位-流量關係曲線 75

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