濁水溪水系河道範圍與沖淤平衡關係研究(1/2)(附光碟)

河道計畫範圍界定一直為濁水溪水系治理計畫之重要項目。因其關係到計畫洪水能否在河道計畫範圍內安全流動，並在長年流水後，計畫河道仍能保持河床沖淤幅度為最小、對沿岸河防建造物產生之致災風險為最低等目標；而目前河道計畫範圍界定之依據，主要來自計畫河寬。濁水溪水系現常用於推算計畫河寬之經驗式有：臺灣水利規畫總隊、京都大學及日本建設省等經驗式；上述經驗式之特點係以計畫洪水量為基礎，推算計畫區域在安全暢洪及沖淤穩定條件下之所需河寬。惟錢寧 (1984)認為因上述公式仍僅止於反映單一橫斷面條下之幾何形態變化 (flow geometry)，與實際河槽型態(channel geometry)會在河道縱方向產生變化之現象，存有差異，故過去可見因計畫河寬訂定值與現場人員認知有落差，而引發爭議及討論。
為瞭解濁水溪現行河道計畫範圍界定過程，與河道實際縱橫向沖淤變化之關係，本計畫係先彙整歷年濁水溪水系之治理規畫報告，並參考國內外有關於河道計畫範圍界定之參考文獻，評析既有最新之水道治理計畫，是否滿足河防安全及河道穩定之要求，並進一步藉由分析數據，搭配福岡捷二 (2010)斷面河槽型態沿河道縱方向之變化理論，建立一更適用於濁水溪水系之計畫河寬經驗式。同時，另透過動床數模工具，分析各計畫河段在不同重現期洪水條件下，河道平面之流場與沖淤變化，並據此擬定未來可能之計畫河寬改善策略。以下簡述本計畫成果：
一、 濁水溪水系基本資料之蒐集與彙整分析
就濁水溪本流及兩條主要支流陳有蘭溪及清水溪之流域背景資料進行瞭解與分析，其內容包含：歷年治理規劃資料、河道縱向及橫向穩定指標評析、歷年航拍圖及河道縱剖面比對、河床質粒徑資料分析等。由分析結果可知，濁水溪主流因歷經多次重大颱洪沖刷及921集集大地震影響，自集集攔河堰下游社寮堤防段(濁斷111)以下河段，河床多有明顯沖刷情形且流路橫向擺盪變遷明顯，造成河床大幅下降及主河道深槽化，進而導致常有河防建造物沖刷災害情事發生，惟民國 98年莫拉克颱風後，河道漸以淤積為主。陳有蘭溪因所屬山區河道，常有邊坡土體鬆裂、危岩塌陷崩落等現象發生，致使其河性極不穩定，深槽線變遷快速，河床仍有持續淤高趨勢。清水溪坡陡水急且流路蜿蜒分歧，主槽流路變化頻繁，流路不甚穩定；主深槽位於山區河段及部分直線段相當明確，然於河道轉彎處、支流匯流處及下游段易形成辮狀河槽。
二、 國內外水道治理計畫之界定過程與案例分析
蒐集美國、日本及臺灣等國對河道寬度之決定方法。根據文獻蒐集成果，由於各國地文水情不一，故各自發展之水道治理計畫常有設計概念上之差異。以大陸型國家為例，因其河川水情多屬常流性河川，故確保河道能在建槽流量或年平均流量條件下，維持穩定，便為水道治理計畫之首要考量；但對狹長島嶼國家而言，因河川水情多屬間歇性陡坡河川(intermittent river)，洪水漲落迅速，河道短期沖淤深度，遠大於常流性河川(perernnial river)之下游緩坡細砂質河段，及其上游山區陡坡卵礫石河川(mountain river)，故為考量高水期間沿岸之河防安全，勢得從計畫流量著眼，劃設適宜之水道治理計畫，以容納河道驟漲之洪水，並降低洪水沖擊沿岸堤防之風險。
三、 動床數模之檢定驗證
蒐集民國 99、100年濁水溪水系最新之航拍圖及DEM資料，用以檢定驗證 CCHE2D模式之水理、輸砂參數；同時，藉由完成檢定驗證之模式，進行後續分析。模式檢定驗證內容包含：(1)底床載調適長度L、(2) 懸浮載調適係數α、及 (3)混合層厚度等。另模式檢定驗證河段包含：(1) 濁水溪主流香園腳至林內堤段、(2) 陳有蘭溪興隆堤防與新山護岸、(3) 陳有蘭溪農富坪護岸至明德堤防河段[因研究河段長度甚長，故本計畫係將本河段按歷年災損位置，區分為農富坪與羅娜護岸河段，及豐丘護岸河段等]、及 (4)清水溪?南堤防至坪頂護岸河段。
四、 濁水溪水系不同計畫河寬與河道變遷之關係
蒐集濁水溪水系歷年之防洪紀載表、緊急搶修工程資料及各式空拍、航拍圖等，用以分析歷年計畫河寬變化與河道變遷之關係，並據此說明濁水溪水系常用之臺灣水利規畫總隊、京都大學及日本建設省等計畫河寬經驗式，何者於濁水溪水系之推算成果較為合理。另鑑於臺灣本土尚未出現河槽型態沿河道縱方向變化之計畫河寬經驗式，本計畫係藉由河道基本數據，搭配福岡捷二 (2010)理論，建立一更適用於濁水溪水系之計畫河寬經驗式，並可供後續用於探討不同計畫河寬與河道水理、輸砂量之關係。
五、 現行計畫河寬制定原則之改善策略初步探討
利用完成檢定驗證之動床模式，以相關研究河段為對象，分析其在不同重現期洪水條件下，二維平面流場及動床沖淤之變化情形，並據此搭配歷年水道治理計畫成果，分析既有策略是否有改善空間，若有則進一步提出未來可能之改善策略，供權責單位參採。