Page 131 - 水土保持手冊_10612

3.2 水理分析

前言

當地表逕流匯入野溪、坑溝或坡地排水系統之後，受到兩岸固體邊界之範束，

使水流被控制在一定的範圍內流動。為此，由水流與固體邊界間所形成的各種流

動狀況，選取適當的分析模型推估水流流速、水位、泥砂量、…等變化，謂之水
理分析(hydraulic analysis)。

一般，水流依其水理參數沿著流動方向之變化，而有均勻流(uniform flow)及

非均勻流(non-uniform flow)之分。均勻流係指當明渠流沿著流動方向各個斷面上的

水深、平均流速及其流速分布都不變。但是，自然界的溪流水流是很難形成均勻

流的，即便是定型渠道亦不易形成。例如，當溪流有水流沿程流入或流出時，因

溪流中流量沿程變化，不可能形成均勻流；再如溪流中粗糙程度沿程改變時，因

粗糙程度越大的地方阻力增大，水流流速減小，而粗糙程度越小的地方阻力減小，

水流流速則會增大，從而形成非均勻流。此外，溪流中的障礙物，例如固床工、

防砂壩、橋墩、…等構造物也會導致非均勻流的產生。不過，為簡化問題起見，

一般在分析野溪、坑溝或坡地排水溝渠之水理問題時，可以近似地視為均勻流，

以便應用較簡單的均勻流公式(uniform flow equation)，求解其水理參數之近似解，
但它與實際狀況還是存在一定的差異。

河溪動床數值模式

溪流為適應上游來水、來砂量及其過程，而以沖刷或淤積形塑新的固體邊界

作出調整，其調整規律(含沖淤規模及位置)的定量推估，除了通過野外觀測或物理

模型外，常採用河溪動床數值模型，來模擬求解非均勻流況下的水理參數及泥砂

沖淤現象。動床數值模型係指以方程式組定量描述特定的物理過程，同時模擬水

流、輸砂及溪床在時間與空間上之變化過程，它的主要關鍵在於建立完整的控制

方程式和封閉條件以及有效的演算方法。控制方程式包括水流及泥砂的連續方程

式和運動方程式，其中水流部分可寫為

水流連續方程

+ = (3.2.1)

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