礫石型土石流之逕流啟動實驗及現地監測

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林祐亦(Yu-Yi Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

礫石型土石流之逕流啟動實驗及現地監測
(Field Monitoring and Experimental Study on Runoff-Induced Gravelly Debris Flows)

相關論文

★ 不均勻圓形橋墩之局部沖刷研究	★ 砂礫河床之跌水沖刷分析
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摘要(中)

本研究於苗栗縣三義鄉火炎山一號坑，藉由建立現地監測影像進行土石流運動特性分析，包括土石流流動歷程、地貌變化、土石流平均速度及各斷面坡度與高程分析。本研究彙整 2016 年至2022 年間各土石流事件之降雨資料，有效累積雨量(含前期降雨)與土石流流動距離之間具有高度關聯性。為探究火炎山現地因崖錐堆積及溪床土石堆積受降雨引發土石流之流動歷程與逕流相關特性，本研究於室內實驗水槽進行逕流啟動實驗。在不同底床配置高度中，分析流量及坡度的條件下，顆粒之流動型態、顆粒流運動特性、堆積體破壞歷程及水流功率與堆積體破壞後各參數間之相關性。

摘要(英)

This study was conducted at the No.1Gully of Houyenshan in Sanyi Township, Miaoli County. The research focused on analyzing the characteristics of debris flow movement, including the flow process, geomorphic changes, average velocity, and cross-sectional analysis, by establishing on-site monitoring images. To investigate the debris flow movement process and the characteristics related to rainfall-induced debris flows in the local area, the study compiled rainfall data from various debris flow events between 2016 and 2022. There was a significant correlation between the accumulated effective rainfall (including antecedent rainfall) and the distance of debris flow movement. To further explore the debris flow movement processes and runoff-related characteristics caused by cliff cone accumulation and streambed sediment accumulation at Houyenshan, small-scale indoor experiments were conducted using a flume. The
experiments were carried out with different bed configurations, analyzing the flow patterns of particles, particle movement characteristics, the process of deposit disruption, and the correlations among stream power and various deposit parameters.

關鍵字(中)

★ 土石流
★ 逕流啟動
★ 水流功率
★ 水槽實驗
★ 火炎山

關鍵字(英)

★ debris flow
★ runoff
★ stream power
★ flume experiment
★ Huoyenshan

論文目次

摘要 I
ABSRACT II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 X
表目錄 XVI
第一章緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究目的 2
1-3 研究方法與內容 2
1-4 論文架構 3
第二章文獻回顧 4
2-1 土石流(Debris flow)概述 4
2-1-1 土石流基本特性之定義 4
2-1-2 土石流之特徵 5
2-1-3 土石流之特性 6
2-1-4 土石流觸發機制 7
2-2 土石流分類 9
2-2-1 依泥砂顆粒組成分類(水土保持手冊,2017) 9
2-2-2 依土砂料源分類(水土保持手冊,2017) 9
2-3 土石流實地調查之量化估算方法 11
2-3-1 土石流流速估算 11
2-3-2 土石流彎道超高估算 12
2-3-3 土石流規模估算 13
2-4 土石流與降雨特性之關係 14
2-5 水槽實驗模擬現地情況 15
2-5-1 水體對沉積底床的流動變化 15
2-5-2 跌水對沉積底床的影響 16
第三章現地土石流監測之研究與分析方法 17
3-1 土石流現地監測區域 17
3-2 研究區域之監測設備 19
3-2-1 縮時攝影機 20
3-2-2 監視攝影機 20
3-2-3 混合式錄影主機 21
3-3 研究區域之分析方法 22
3-3-1 土石流流動歷程及事件前後地貌變化之影像分析 22
3-3-2 土石流平均速度之分析 22
3-3-3 雨場降雨分析 23
第四章跌水引致顆粒流實驗之介紹與分析方法 24
4-1 實驗設備及配置 24
4-1-1 實驗水槽 24
4-1-2 實驗影像記錄設備 26
4-1-3 超聲波感測器(Ultrasonic Sensor) 26
4-1-4 數據紀錄器(Data Logger) 27
4-2 實驗顆粒之材料特性 28
4-2-1 顆粒粒徑大小(Partical Size) 28
4-2-2 顆粒密度(Partical Density) 28
4-2-3 顆粒孔隙率(Partical Porosity) 29
4-3 實驗步驟 30
4-4 實驗分析方法 32
4-4-1 顆粒流體化與堆積體破壞之分析 32
4-4-2 顆粒流斷面高度之變化歷程分析 32
4-4-3 顆粒流各斷面波峰之平均流速分析 32
第五章礫石型土石流現地監測之成果分析 33
5-1 土石流流動歷程之分析 34
5-1-1 2022年5月26日土石流事件 35
5-1-2 2022年5月27日上午土石流事件 41
5-1-3 2022年5月27日下午土石流事件 45
5-1-4 2022年6月7日下午土石流事件 47
5-2 礫石型土石流事件前後之地貌變化 53
5-2-1 現地照片之土石流事件前後地貌變化 54
5-2-2 土石流事件前後斷面高程變化 56
5-2-3 土石流事件前後斷面坡度之變化 61
5-2-4 土石流堆積歷程之變化 65
5-3 礫石型土石流之平均速度 70
5-3-1 2022年05月26日右支流下游段土石之平均速度 70
5-3-2 2022年05月27日上午左支流下游段土石流之平均速度 73
5-3-3 2022年05月27日下午右支流下游段土石之平均速度 76
5-3-4 2022年06月07日下午右支流下游段土石之平均速度 77
5-4 現地雨場降雨分析 79
5-4-1 礫石型土石流發生之臨界降雨條件 79
5-4-2 各雨量參數與土石流流動距離之相關性 81
第六章跌水引致顆粒流之實驗分析 91
6-1 水流功率(Stream Power) 91
6-2 坡度與流量影響顆粒流之流動型態與過程 92
6-2-1 滲流 95
6-2-2 地表部分逕流 95
6-2-3 高含沙水流 96
6-2-4 土石流 97
6-3 土石流之頭部啟動距離 98
6-3-1 土石流啟動距離之過程 98
6-3-2 底床高15公分之土石流啟動距離結果比較分析 100
6-3-3 底床高10公分之土石流啟動距離結果比較分析 102
6-4 堆積體破壞後之參數分析結果 104
6-4-1 底床高15公分之堆積體剩餘長度L與單寬水流功率相關性 105
6-4-2 底床高10公分之堆積體剩餘長度L與單寬水流功率相關性 107
6-4-3 底床高15公分之堆積體尾端高度H與單寬水流功率相關性 109
6-4-4 底床高10公分之堆積體尾端高度H與單寬水流功率相關性 111
6-4-5 比較本試驗不同堆積體高之堆積體參數相關性 113
6-5 超聲波量測各斷面波峰高度與平均速度 114
6-5-1 堆積體高10與15公分各斷面最大高度 114
6-5-2 堆積體高10與15公分各斷面波峰高度比較 117
6-5-3 底床高15與10公分各斷面波峰之平均速度 121
第七章結論與建議 129
7-1 結論 129
7-2 建議 131
參考文獻 132

參考文獻

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指導教授

周憲德(Hsien-Ter Chou)

審核日期

2023-7-26

推文