水面线计算之准备侦错与检讨摘要-水利技师公会.PDFVIP

水面線計算之準備、偵錯與檢討 沈榮茂博士 前經濟部水利署副組長 水利技師/ 摘 要 正確之河川及排水水面線計算成果，才有正確之防洪及跨河構造物通洪能 力檢討、計畫工程布置、設計及工程費估算，因此，水面線計算為河川及排水 治理規劃重要工作之一。而水面線計算包括現況及計畫水面線計算二種，以現 況水面線計算困難度較高，主要原因在於現況斷面寬度之決定渋及實際行水 區、水位高低、溢流、呆水區等，而計畫水面 線斷面寬度之決定僅渋及水位高 低較為簡單容易。惟如何獲得較為正確之水面線計算成果，我認為至少應完成 下列四項步驟：（一）瞭解河川及排水特性（實際現場之瞭解）包括河床坡度變 化、河寬與形狀變化、實際行水區、河床質與稙生覆蓋、防洪及跨河構造物、 險要河段等（二）斷面資料之偵錯與修正（三 ）充分瞭解水面線計算電腦模式 包括基本理論與限制、電腦模式功能與限制、輸入資料準備與偵錯、模式之練 習、操作與偵錯等（四）計算成果之檢查、偵錯、檢討與修正。 一維水流公式包括定量等速流與非等速流、變量流等，美國兵工團認為除 特殊狀況外，一般採用定量非等速流（能量公式）計算河川及排水水面線，作 為防洪工程堤高之設計即可。若採用更簡單之定量等速流（即曼寧公式，當摩 擦坡度 Sf 等於底床坡度 So ），亦僅須注意公式之限制與適用性，惟曼寧公式底 床坡度 So 之計算影響水位之正確性，除底床為定值高程外，高低起伏不平之底 床應以實際行水區之斷面內各測點高程與橫距之加權平均，求得各斷面之平均 底床高程（近似 V型斷面之河段可以兩斷面之最低點高程相減除以間距，求得 底床坡度）。一般而言，曼寧公式與能量公式計算河川及排水水面線之結果，大 部分洪峰之水位差異不大，差異較大之處在於 流況改變區段（包括迴水、亞與 超臨界流更迭、漸變流之區段）；能量公式與變量流計算河川及排水水面線之結 果，由於變量流洪峰流量因水道貯蓄之效應，隨距離略有遞減，因此能量公式 計算洪峰之水位略大於變量流計算值。 -114- 整體河川或排水之水流狀況應先確定係屬亞或 超臨界流與臨界流之區段， 才能決定各流況起算水位之邊界位置。亞臨界流起算水位在下游邊界，並由下 游邊界往上游計算 水位；超臨界流起算水位在上游邊界，並由上 游邊界往下游計算水位。另 起算水位若採用錯誤，亦影響起算邊界區段水位之正確。因此流況研判與起算 水位採用之錯誤即可產出不正確之成果。 測量人員無法完全正確判斷真實需要測量之斷面寬度，因此斷面測量資料 並非等同實際行水區之斷面，應先繪出橫斷面圖與河川平面圖，並研判是否有 測量之錯誤或輸入之誤差，或有斜向水流之斷面角度大於 10 度者，應再經過 現場踏勘、經驗研判、篩析及修正後，以獲得正確之資料。 一般水面線計算之電腦模式應具備中文化之操作環境及計算成果之中文整 理表、水道各斷面累距及斷面內橫距的偵錯、 全斷面式及複式斷面計算、緩坡 及陡坡交迭水道計算、彎道超高計算、輸砂能 力計算、橋樑壅高、突擴縮水道 計算及含能量係數計算等功能，另配有中文使用手冊，便利使用者練習、操作、 偵錯並運用於個人之案例。本文針對如何獲得較為正確之水面線計算成果包括 河川排水特性、斷面資料之偵錯與修正及電腦模式之瞭解、輸入資料準備、起 算水位之決定、偵錯與成果研判等予以探討， 期能有助於工程人員辦理河川及 排水治理規劃計畫。 一、前言 正確之河川及排水水面線計算成果，才有正確之防洪及跨河構造物通洪能 力檢討、計畫工程布置、設計及工程費估算，因此，水面線計算為河川及排水 治理規劃重要工作之一。 一維水流公式包括定量等速流與非等速流、變量流等，美國兵工團認為除 特殊狀況外，一般採用定量非等速流（能量公式）計算河川及排水水面線，作 為防洪工程堤高之設計即可。 1986 年以前，一般河川排水治理規劃採用之水面線計算電腦程式僅具有全 -115- 斷面式、計畫堤線(非由程式內、外插求得) 、緩流河川及橋樑壅高之水面線計 算與河床載計算之能力，功能十分不足，若與 HEC-2 之功能相較遜色許多，為 解決此項問題，個人自 1986 年起，奉長官指示進行研究水