第三章GSTARS模式理论基础之评介 经济部水利署中区水资源局

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1、第一章前言河川含砂量對於各種不同水工結構物設計工作相當重要，諸如灌溉、排水、輸水及防洪等渠道改善，水庫之規劃與設計，港口航道之維護，公共給水之淨化，集水區土壤沖蝕之控制，皆需考慮不同尺度之泥砂問題，因此測定含砂量多寡於水文觀測工作成為不可或缺的一環。本計畫工作內容中係針對包含桶頭堰測站進行含砂量測定，進而進行濃度分析、顆粒分析、懸移載率定曲線繪製及懸移載輸砂量計算等後續分析工作，期望了解目標測站處河川含砂量特性，以作為未來水利工程規劃之參考。第二章工作方法2.1懸移載含砂量測量方法懸移載含砂量測量工作係於河流某一指定斷面

2、上，配合水深、流速等量測工作，利用取樣器汲取水樣，以計算水流中所攜帶懸移泥砂之重量比例，而依取樣器性能及施測方法不同，含砂量測定法大致可分為全深取樣法及點取樣法兩種，不同形式之取樣器各有其適用條件，如表2-1所示，以下就全深取樣法及點取樣法二方法之試驗特性進行說明(經濟部水利署，2004)：一、全深取樣法1.全深取樣器係應用積分法取水樣，其進口可不設閥，由水面開始取樣，降抵水路底後再提出水面。如升降速度適當且一致，則所取水樣之含砂量，即可代表通過垂線水流之平均含砂量。2.一般情形下，水深在6m以下可使用全深取樣器，當水太

3、深或流速過大時，可應用點取樣器全深單程取水樣。二、點取樣法1.取樣器之進水管設有用蓄電瓶啟閉之門閥，可將取樣器沿斷面垂線降至水面下取樣點後，在橋面或船上操縱開啟門閥取樣，然後關閉提出，即可求得該點水深之懸移載。2.不適用全深取樣法的水路，必須使用點取樣器，沿垂線取不同水深點水樣，以計算垂線平均懸移載。垂線平均懸移載濃度為式中，為垂線平均流速，為各取樣點之流速。1.點取樣法求垂線平均懸移載含砂量時，每一條垂線上至少要取四點水樣，水面下0.3m及水路底上0.3m兩點是為必須者，另可在0.5或0.2及0.8水深處各取一點。於測

4、定懸移載工作中最重要為任何取樣器所汲取之水樣必需能代表測點泥砂之濃度，因此取樣器取水口之流速應與水流流速相等，取水口應指向水流方向，以代表該垂線上之平均含砂量，且懸移載數量規定為10秒鐘內平均值，所以取水樣時間應約為10秒鐘；為免水樣瓶溢出而影響準確度，每次所取水樣應為水樣瓶容積之3/4左右，如水樣太少，不易秤量分析，取樣器之進水管口徑與流入取樣器之速度有關，更換不同口徑之進水管，可使其進口速度與水流速度相等，故應依照懸移泥砂顆粒粗細，調整為約10秒鐘取水樣至3/4水樣瓶容積。在全深取樣時，普通水深用0.318cm直徑，

5、淺水用0.635cm直徑。本中心考量計畫目標測站之水文特性，採用型號D-74全深取樣器，詳如圖2-1示，另為順利執行採樣工作，本中心採用吊掛系統或人工方式進行含砂量採樣工作，吊掛系統實地操作情況詳如圖2-2、圖2-3所示。本團隊亦擬定一含砂量採樣作業流程，詳如圖2-4所示，提供採樣人員從採樣作業開始至樣品送達實驗室接收為止之採樣標準作業程序。表2-1一般常見之泥砂採樣儀器種類形式重量(公斤)進水管至河底距離(公分)水樣瓶容積(立方公分)適用條件運用方式備註手提全深取樣器DH-4828.9473淺水、步涉人工改良DH-48

6、可替代D-74全深取樣器D-743010.0473水深6m以下流速1.5m~2.5m/s人工利用絞車在橋上或吊纜上施測點取樣器P-464523.2473水深12~25m電動同上點取樣器P-50140946水深60m以下電動同上圖2-1D-74全深取樣器圖2-2含砂量取樣器及流速儀懸吊系統圖2-3含砂量取樣器及流速儀懸吊系統組裝情況圖2-4含砂量採樣作業流程圖2.2懸移載分析試驗於懸移載採樣完成後，隨即應進行分析工作，包含濃度分析、顆粒分析及輸砂量計算等工作，以下就各項分析工作之作業方式進行說明。(經濟部水利署，2004)

7、2.2.1濃度分析試驗取得懸移載水樣後，即可送入實驗室按下列步驟計算其濃度：1.用天秤將各取樣瓶連水樣一起秤其重量，並紀錄之。2.將水樣瓶安置陰涼處，使泥砂沉澱，待水樣上部變清，而泥砂已沉澱後，輕緩倒出清水部份。3.將過濾紙放入保持一定溫度之烘箱中，烘乾後秤其每張紙重並紀錄之。4.倒出取樣瓶底部剩餘之砂水於過濾紙上，直到砂水倒完為止，水樣瓶中仍有泥砂附著時，用清水洗至完全乾淨為止。5.砂水過濾後，連過濾紙帶砂樣放於烘乾皿或烘箱中，烘乾之，烘箱內溫度應與烘乾過濾紙時的溫度相同。6.待砂樣乾燥後，連同過濾紙秤其重量，減去先前

8、紙重，得含砂淨重，並秤取樣瓶重，各紀錄之。7.計算水樣淨重，及取樣瓶和水樣之重量減去空取樣瓶重量得之。8.計算每一測點或測線之含砂量，即懸移量濃度為：式中，泥砂之重量，以克計水樣之體積，以公升計(包括水與泥砂)2.2.2粒徑分析試驗於懸移載顆粒分析工作部份，本團隊擬採用篩分析及比重計分析(沉澱分析法)二項試驗以獲取懸