李鴻源臺灣大學：土木工程學研究所趙倬群2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50061台灣水庫淤積問題日益嚴重，而水庫之淤積泥砂主要來自颱風豪雨期間沖蝕與崩塌泥砂藉由高流量之洪水挾帯至水庫中。現今已有釵h方法能夠估算土壤沖蝕造成之泥砂產量，然而有關崩塌地之產砂量則較少被討論。為了解崩塌產砂量之重要性，本研究蒐集歷次石門水庫水區崩塌地調查資料，利用power law方法推估水庫興建以來不同時期之崩塌土砂量，根據最新的計算結果石門水庫上游集水區之年崩塌產砂量約有506萬噸之多，結果亦顯示崩塌土砂量有遞增的趨勢。此外，本研究再以七種模式計算崩塌土砂運移至河道之比率(簡稱運移率DEL)，由其中結果較相似之六模式所計算之崩塌運移率，與石門水庫之崩塌參數(崩塌地高程差H、崩塌土砂重W、與河道距離D)進行多變量迴歸分析後，得到最佳之崩塌土砂運移率公式為： EXP(SDR)=2.459*H^0.093*V^0.056*D^-2.628 將運移率乘上崩塌土砂量後得到實際可能進入河道之之年土砂量為297萬噸，顯示超過一半以上之崩塌土砂在崩塌發生過後立即進入河道成為輸砂材料。比較實際進入河道之單位面積年崩塌產砂率為40.08 ，與土壤沖蝕率12.95 比較後顯示崩塌佔總泥砂生產量之75.6%，由此可知崩塌為最主要之輸砂材料來源。 另外，本研究藉由美國環保署(U.S EPA)研發之Better Assessment Science Point and Non-point Sources(簡稱BASINS)模式進行長期集水區泥砂運移模擬，藉此了解集水區土砂生產與河川輸砂間之關係。經由模式計算水庫集水區最下游之霞雲水站之平均年輸砂量達17.2 ，比較土壤沖蝕與崩塌總產砂量後可推估輸砂量與產砂量之比例為37%，由此顯示大部分之泥砂仍淤積於河道或攔砂壩中。第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究目的 1 1.3 研究流程與章節架構 2 第二章 文獻回顧 3 2.1水庫集水區輸砂模式文獻 3 2.2崩塌研究文獻回顧文獻 4 2.2.1崩塌之定義與分類 4 2.2.2崩塌特性研究 5 第三章 BASINS模式介紹 8 3.1 模式功能摘要 8 3.1.1 WinHSPF介紹 8 3.2 HSPF模式發展沿革 9 3.3 模式架構與使用流程 10 3.4 模式模擬原理與方法 12 3.5 模式參數 13 3.6 HSPF模式理論 13 3.6.1透水區降雨逕流模組－PWATER 14 3.6.2土壤沖蝕、運移之模組－SEDMNT 20 3.6.3河道水理演算模組－HYDR 24 3.6.4河道泥砂運移演算模組－SEDTRN 25 3.7 BASINS與HSPF模式應用實例 26 第四章 石門水庫集水區崩塌地產砂量之推估 28 4.1 研究區域背景簡介 28 4.1.1 地形地勢 28 4.1.2 水系 29 4.1.3 地質與土壤 29 4.1.4 氣象與水文 30 4.1.5 土地利用 31 4.2 石門水庫集水區崩塌地特性分析 32 4.2.1石門水庫集水區歷年崩塌地調查 32 4.2.2 石門水庫集水區崩塌地型態 32 4.2.3 崩塌面積變化分析 33 4.2.4 崩塌密度變化分析 34 4.2.5 崩塌地規模變化分析 34 4.3 崩塌土方量推估研究 35 4.3.1 大規模崩塌地土方量推估 36 4.3.2 不同地質條件造成崩塌土方量推估 36 4.3.3 打荻氏集水區崩塌土砂量推估公式 36 4.3.4 崩塌體積Power law公式 37 4.3.5崩塌地土方量推估方法整理與比較 40 4.4 石門水庫上游集水區崩塌土方體積估算 42 4.4.1 以Power Law公式估計集水區崩塌土砂產量 42 4.4.2 Power Law公式參數κ與β之估算 42 4.4.3 Power Law公式參數ε估算 43 4.4.4 歷期崩塌土方量估算結果 44 4.5 石門水庫上游集水區崩塌土砂運移能力之探討 45 4.5.1 崩塌土砂運移能力相關研究 45 4.5.2 崩塌土砂運移距離推估模式 46 4.5.3 石門水庫崩塌土砂運移距離之推估 48 4.5.4 石門水庫崩塌土砂運移率之推估 49 4.6 結果與討論 51 第五章 石門水庫集水區長期輸砂量推估 53 5.1 BASINS模式應用 53 5.2 模式輸入資料整理 53 5.2.1 氣象資料來源 54 5.2.2 河川幾何資料來源 55 5.2.3 模式參數檢定與驗證資料來源整理 55 5.3 BASINS水理與輸砂之模擬 56 5.3.1參數敏感度分析 56 5.3.2 降雨逕流模擬參數檢定準則 57 5.3.3 土壤沖蝕、運移模擬參數檢定準則 58 5.3.4 河道演算模組參數檢定準則 59 5.4 參數檢定與驗證 60 5.4.1 檢定與驗證指標 61 5.4.2 檢定與驗證結果 62 5.5 模擬結果討論 63 第六章 結論與建議 64 6.1 結論 64 6.1.1 石門水庫集水區崩塌土砂生產量 64 6.1.2 石門水庫集水區崩塌泥砂運移率 64 6.1.3 BASINS模式模擬懸移輸砂量 65 6.1.4 石門水庫集水區泥砂來源之比較 65 6.2 建議 66 參考文獻 68en-US沖蝕土砂運移崩塌BASINS模式輸砂Landslideserosionsoil deliveryBASINS modelsediment transportthesis