土砂崩入水体引致堆积型态变化之研究

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1、土砂崩入水體引致堆積型態變化之研究TheDepositionTypesinVariedWaterDepthInducedbytheLandslideAvalanche國立中興大學水土保持學系研究生教授吳鴻業陳樹群Hong-YeWuSu-ChinChen摘要在土石流發生、流動、堆積的過程中，土砂入匯不同之水深狀態會致使土石流堆積型態產生變化，其影響機制、堆積過程也相當複雜。本研究以不同入匯時水深之條件，配合潰壩土砂重量與坡度之組合條件，進行室內渠槽實驗並觀察堆積過程、堆積角度及長度之變化。使用數位影像處理來觀察土石堆積的過程，並分析土石流堆積的型態、坡腳堆積的角度

2、及泥砂運移分佈的方式，發現土砂速度之不同與土砂量之多寡影響坡角堆積之角度。泥砂潛入水底會產生前鋒頭部般之土砂流體，其完整性與含砂量，對堆積長度有顯著之影響。關鍵詞：堆積形態，土石流AbstractThedifferentwaterdepthdominatesthedepositiontypesofthedebrisflow.Thisresearchproceedschannelexperimentsbyusingdifferentsedimentvolumewhichflowsintodifferentwaterdepth.Thisresearchanalyze

3、sthedepositiontypes,thedepositionangle,andthesedimentdeliverythroughthedigitalvideo,anddiscussthedepositiontypesunderthedifferentwaterdepth.Todiscoverdifferentvelocityandtotalvolumeofsedimentcaninfluencetheangelofdeposition.Sedimentdiveintothewaterwillproductforwarddebrisflow.Thecomp

4、letenessandsedimentconcentrationwilloccurdepositionlength.Keywords：depositiontypes,debrisflow一、前言台灣地狹人稠，平地開發趨於飽和，隨著社會經濟快速發展，山坡地被大量的開發，因此山坡地維護的工作也越來越重要。每逢颱風豪雨季節，土石流經常伴隨發生，對社會經濟造成傷害，如2001年桃芝颱風與納莉颱風及2004年敏督利颱風與艾利颱風之侵襲，致使許多潛勢溪流發生土石流，其中艾利颱風造成石門水庫集水區暴雨，大量泥沙沖入水庫，使原水濁度過高，引發桃園地區嚴重的缺水事件。研究土砂崩落

5、進入水體形成異重流，在水下堆積的長度及淤積的角度，對於土砂災害之研究有很大的幫助。陳樹群(2002)曾針對潰壩後所造成之非恆定流進行數值模擬，採用有限體積法，分別使用PAVIA及Roe之數值方法建立顯性數值模式，此法對於潰壩或閘門開啟造成不連續湧浪傳遞問題之處理，較傳統有限差分法佳，且速度亦快。對於類似水躍之急變流等亦可有效模擬。彭思顯(2004)使用數值模式模擬泥流或土石流入匯水體兩層流的情況，數值方法採用有限體積法，以Godunov-typescheme來處理Riemann解，並使用lateralisationofmomentumflux來處理包含底床坡度部

6、份之非守恆項，最後再利用Strangsplitting的方式將摩擦力部份以implicitbackwardsEulerscheme計算而得最終之解。以往台灣土石流堆積體之擴散角度，以日本池谷浩所提出的105度擴散角為依據，但台灣發生的土砂災害擴散角度往往不到105度，甚至小於90度，並伴隨沿著河谷兩側堆積的趨勢，雖然影響土石流堆積型態的因子相當複雜，但為有效分析土石流堆積土體及堆積角度的問題，本文藉由實驗來觀察土砂進入水體的所產生的堆積狀態，及溯淤量體與堆積量體在不同水深的變化。二、研究方法2.1實驗器材本實驗由兩段渠槽組合而成，分別利用壓克力板製作上游渠槽，強

7、化玻璃製作下游水平段渠槽，實驗配置如圖1所示，上游段模擬乾砂潰壩，下游段則模擬平地、淺水、深水之不同水深情形，上游坡度則利用可調式油壓平台(圖3)進行微調及調整高程。茲就各實驗設備詳述如下：圖1實驗設備圖2實驗設備圖3可調式油壓平台2.1.1上游渠槽上游為壓克力渠槽，長1.0m、寬0.1m、高0.2m，在下方往上游算起0.7m處設置壓克力擋板，為阻擋上方土砂之用，在擋版接合處兩側貼上3mm厚的木條，以固定抽取擋版的角度，並將坡度調整至30度，作為模擬潰壩的上游坡度。本實驗泥砂為建材用之河砂，經顆粒密度實驗定出實驗用砂之比重(SG)為2.59。粒徑分佈在1mm至5

8、mm之間，粒徑分佈如圖4