Simulation of Various Frequency-Year Peak Flow Affect on the River Condition and Flood Drown Range - the Downstream of Chin - Shue - Chi Stream Before and After Typhoon Mindulle Attact as an Example

Abstract

摘要 台灣每逢颱風與梅雨季節，常會因豪雨而氾濫成災，如何防洪治水以降低災害，乃成政府當務之急。2004年7月初襲台之敏督利颱風曾造成台灣中部地區嚴重之七二水患，並使九二一大地震所形成而近乎淤滿之草嶺潭沖潰，以HEC-RAS加以模擬其洪流對於濁水溪之支流清水溪及其沿岸所造成之水位流量之變化，其結果應具有價值性；並藉由現有為因應潰堤致災的危機而於下游設置的防砂壩、洩洪道、固床工及現有堤防等工程，以防洪救災的觀點檢討其區位之配置，其結果或能有助於防災決策之參考。 有鑑於此，本研究將HEC-RAS模式結合GIS對清水溪下游段，利用敏督利颱風的降雨資料，進行地區性淹水水位流量模式分析，推估暴雨發生時集水區下游地區水位與流量變化並與原先清水溪的河川規劃設計資料做比較；此外，由於近年來地理資訊系統(Geographic Information System,GIS)發展迅速，能讓使用者以數位化型式搜集空間資料，經由電腦處理後能讓使用者以更有效率方式來展示這些資料。GIS係將各類地理資料儲存於電腦中，利用電腦來管理及套疊分析各種圖層，大大提昇地理資訊判釋的準確度與方便性。因此若淹水模式能與GIS結合，利用GIS強大之資料處理及運算能力，將模式運算後得到之結果與現地之地形資料結合，可使相關人員能判斷出堤防高度是否足夠、防護措施是否周全。Abstract While it is in typhoon and plum rainy season, it always happen to flooding disaster because of torrential rain ?! So, how to prevent from flooding and to reduce the calamity is our government's task of top priority . Typhoon Mindulle even caused serious 72 flood of midland region of Taiwan in June, 2004, it caused Chu-Lin Lake alluvial which was caused by 921 earthquake. If the Water-Level of discharge is caused by downstream inundation of Chin-Sue-Chi Stream by Typhoon Mindulle flood with HEC-RAS hydrologic model, the results should be feasibile. Finally, by the enginer of check dam, spillway, protecting embankment and stream bed control engineering, seting up on the downstream for being worrying about the crisis of the inrush to make decision on disaster preventing, we can check the proper position disposition in view of self-criticism and flood preventing.目 錄 中文摘要 Ⅰ 英文摘要 Ⅱ 目錄 Ⅲ 圖目錄 Ⅴ 表目錄 Ⅶ 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 研究範圍 3 第二章 文獻回顧 5 2.1 彎曲河道型態部分 5 2.2 流體型態部分 6 2.2.1 流體定義 6 2.2.2 流體組成之分類 6 2.3 彎曲河道水理部份 7 2.3.1 水理特性 7 2.3.2 床形演變 8 2.4 洪水演算模式部份 8 第三章 研究材料與方法 11 3.1 試區概述 11 3.1.1 試區地理位置 11 3.1.2 集水區地文資料 13 3.1.3 人文地理及社會經濟狀況 18 3.1.4 氣候 23 3.1.5 地質與構造線 25 3.1.6 土壤 32 3.1.7 自然與生態環境 33 3.1.8 研究範圍 34 3.2 研究步驟與方法 34 3.2.1 研究步驟 34 3.2.2 計畫流量 35 3.2.3 清水溪實測斷面 40 3.2.4 現況水理分析與曼寧粗糙係數n值 51 3.2.5 HEC-RAS分析模式 53 3.2.6 HEC-RAS模式之應用及限制 40 3.2.7 淹水模式之銜接 65 3.2.8 洪氾區之劃設 65 第四章 結果與討論 57 4.1 比較和展示於不同重現期距年洪峰流量之淹水範圍 67 4.2 判斷出造成此實際淹水範圍之最佳洪峰流量規模 73 第五章 結論與建議 74 5.1 結論 74 5.2 建議 74 參考文獻 75 圖 目 錄 圖1-1-1清水溪位置圖 4 圖3-1-1清水溪集水區地理位置圖 12 圖3-1-2清水溪區域高程圖 15 圖3-1-3清水溪區域坡度圖 16 圖3-1-4清水溪區域坡向圖 17 圖3-1-5清水溪集水區行政區域範圍圖 19 圖3-1-6清水溪地質分布圖 29 圖3-1-7清水溪區域地質圖 32 圖3-1-8清水溪斷面2至斷面14淹水模擬範圍 34 圖3-2-1清水溪流域雨量及流量站位置圖 36 圖3-2-2航空測量作業流程 40 圖3-2-3航線規劃圖 48 圖3-2-4影像設備及作業情況 43 圖3-2-5底片掃描成果 43 圖3-2-6空中三角平差作業畫面 44 圖3-2-7 VirtuoZo全數位數值影像工作站 44 圖3-2-8敏督利颱風前(2004.06.23)正射影像成果 46 圖3-2-9敏督利颱風後(2004.07.09)正射影像成果 47 圖3-2-10解析航測儀 48 圖3-2-11敏督莉颱風後(2004.07.09)清水溪地形圖 48 圖3-2-12民國93年清水溪斷面2至斷面14之分佈圖 51 圖3-2-13能量方程式代表符號之圖示 54 圖3-2-14 HEC-RAS程式主視窗 58 圖3-2-15幾何特性選單介面表 59 圖3-2-16斷面輸入視窗 61 圖3-2-17定量流資料編輯視窗 63 圖3-2-18定量流演算邊界條件編輯視窗 64 圖3-2-19穩定流分析視窗 64 圖4-1-1實際淹水範圍 68 圖4-1-2 Q2洪峰流量時淹水範圍 68 圖4-1-3 Q5洪峰流量時淹水範圍 69 圖4-1-4 Q10洪峰流量時淹水範圍 69 圖4-1-5 Q20洪峰流量時淹水範圍 70 圖4-1-6 Q50洪峰流量時淹水範圍 70 圖4-1-7 Q100洪峰流量時淹水範圍 71 圖4-1-8 Q200洪峰流量時淹水範圍 71 圖4-1-9不同頻率洪峰流量時淹水範圍(綜合Q2 ~ Q200) 72 圖4-1-10 Q2洪峰流量時淹水範圍 73 圖4-1-11實際淹水範圍 73 清水溪集水區地理位置圖 表 目 錄 表3-1-1清水區集水區地文因子統計一覽表 14 表3-1-2清水溪集水區人口統計表(90年底資料) 22 表3-1-3清水溪集水區各雨量站雨量特性 24 表3-1-4清水溪集水區各氣象站月平均氣溫統計表 24 表3-2-1清水溪流域雨量站一覽表 36 表3-2-2清水溪控制點流域物理特性與稽延時間計算成果表 38 表3-2-3各頻率年斷面1至斷面28以無因次單位歷線法推估之洪峰流量 38 表3-2-4清水溪流域歷次分析洪峰流量推估成果比較表 39 表3-2-5清水溪流域各控制點各重現期距洪峰流量採用成果表 39 表3-2-6清水溪民國93年斷面2至斷面14間距及累距情形 50 表3-2-7清水溪起算水位表 53 表3-2-8清水溪流域河道粗糙率計算表 53 表3-2-9清水溪河道歷年平均河床高比較成果表 61 表3-2-10民國93年斷面資料列表 6