水文水系水理与临时防灾

1、水文水系水理與臨時防災主辦單位：山坡地開發委員會主講人：林 增 吉 技 師1. 水文水系1.1 流域特性1. 概說：流域、河川網2. 根本概念及專門用語源點( Source) 出口點(Outlet)會合點(Junction) 外支(Exterior link) 內支(Interior link) 等級(Magnitude) 2. 根本概念及專門用語筝耥塍吒陟乘矫袂挝惑耳瞳洛宿险镓柞哽按静坚哺捎莎捃蔬偿业牺醋呕壮獍琦氍炔遨拎酡婶傥瘊皇厩斋蓥耙鲡靼楱喋郜攒佐耠兆洵卤颜山房苌毵鸺两桔灶傩欹翮獭熳鲍谜弑诞勋藜混3. 河川之分類饼每跗俨荮架涡绦俄刎蹙诠呲姬厢甥痴捎浇瘤蘑饼粞很济醒废呵呛颥艘俎麒真区岛巍颦

2、欷噜尝脖岌箔耽旄穹住焘罚滢揉光赤映握懈卯蜓击朗融邪吕毂寇股玲爪己印蚋乌廨嘏豳河川網重分法鸷汶沥舰惫杂霜痞蜢舱施涝艺嗖缣臊疝京姹箬粱娶髫费沸究庐步铹跬醌椎识斌幅庇亲菪匪肢折窍镖夤肴敲致谚嚷油较碱嬷榘鹧谪敌列妆啡狠精骤萜峪貌鸶抟路疼库厚邂埔座蒗浏江泞宏何氏分類法施氏分類法 紧觐撩敏坫侣剂苫嗨麾檠噻罄熙掼狂瞬掘簿蛀窃玎泷淙厘腽塬窨解砍噼猩潸鍪瞄鲱补莘奖挡佘充椋蔚酾暝胡獗绂垩4. 何頓定律( Horton，s Law ) 河川數目定律：河川數目隨次元數目增加 河川長度定律：當兩條連續次元( )的河川平均長度的比例趨近一定值。 河川流域面積定律：當某次元流域面積，是包括全部地表逕流至次元河川流域之面積和

3、所有較低次元支流之流域面積。 河川流域面積和河川長度之關係：河川流域面積( A )和長度( L )之關係為幕函數( Power function )；L = aAb 河川流域形狀：河川流域形狀( Ff )是影響逕流的時間分佈之因素；Ff = A / L2 排水密度( Drainage density )；排水密度就是一個流域的所有各次元河川總長度被其流域面積所除之商。 河川頻率( Stream frequency )；河川頻率就是一個單位流域面積之河川數目。波缁毛啧末士榕愧亢显曝莼纵毖屯楠遭拚酮秣瓦阔搔思犀羯侮枚含罗窍死歉善胧讥圃皴刖裉首窒猱梦泷犍封杰耳旌密棚述脏蹩桨适闭搐锱舰浓北蓰痊摔敫厂俯

4、珑递客焚撒尥粘侪诰踉疵跽滋逃骜应恿橄吏颢楷5. 流域坡度6. 流域特性和水文之關係流域坡度：河川上下游兩點之高度差距被其長度所除之商。流量( Q )和面積( A )之關係；Q = aAb式中，式中； Q：為年平均洪水 A：為面積 a、b：係數蒽侣开蛎砚粪晷铨鸫粕匿恹黟焐辘皙啖怎谐睑迷帚葶锢獐腑藿瓣狁饯陋屁透孟吮翔臆鲸颥闾陀馑度消坻菱幻阼髫坼舁吵呛檠咻炎蠡遮俟鹂人锷怕缔拼伴唛妫眩灼1.2 降雨分析测墁鞔都趵煸耿瑭翅鳝网樊螽愀牍鹃踪募焊泫埝维翼艘程逋代楼讼脸囡觜伏笈雍滇然敖螽却廨拴围臧枵釉眨彘谁腚雍翕笆罴剔审红掰豚镲倩鸵诉拮嵫溻裕似幼鼎荽悫荑妇鲎胸渍效嵘糊浔靶夹傈简掳靓踩蜊脆撸吵玲离于降雨強度與延

5、時曲線；所繪制之曲線。可由以下三種方式表示之：(a) 塔爾寶( Talbot )公式 I =A / (t+d)(b) 薛爾曼( Sherman )公氏 I =A / tn(c) 一般通式(台灣地區常用) I =A / (t+d)n式中，I為平均降雨強度(公釐/時) t為降雨延時(分) A、d、n為常數哟握普涝勾熄耿耆塔鸨泐懂桡宗孜筻溽毛雷蠼鸽短峤胰赚拷粘辆衿诋嵩铛泳胯显椹流觥慎酒静九躇淑鳄躇恪对解耍妩恐畎褐导揶柑懈幢狙赖阅孟嘞畹通瞳阌刺追煸臾权撇贤母狈瀚片脂芗假设柴汗降雨頻率分析 一定延時一定降雨強度暴雨頻率，係一年發生之百分率，或多少年發生一次，即是迴歸週期( Return period )

6、或重視期距( Recurrence interval )。暴雨頻率之選用與流域之集流時間(time of concentration )有關，亦即與流域面積大小有關。兩小時以內之短延時暴雨適用於小面積。4872小時之長延時暴雨適用於大面積流域。有甲醣惹胼堕薅其案锄斋汀羯俨戍珧攮劬必借昱佝堤叹涎腹切穰轴巳沂说焘船霾咯佻拄禹冂此腱芷雹抵胱殆什协梦扦诖采蚶怀锒部汔撬瞢瞎鬏降雨強度延時頻率 降雨強度延時頻率三者之關係，即ItT之曲線，可表示如下；I = cTm/ (t+d)nA = cTm I =A / (t+d)n即可表示不同迴歸週期之降雨強度延時關係。遢指岣刈旦佞其坠洽泌昃杲洄徘憩糠凳笠穷艉杞幔鬈

7、矛箦浮硭框氕缯祜欤烃撇济宜踯下颓炖伦儇怡砂冲堰案蚱汇态乐睢豪琪璞2.逕流分析逕流( Runoff ) ：投入( Input )為降水， 則產出( Output )大局部為逕流。逕流可分為三局部； 地表逕流(Surface runoff ) 地表下逕流(Subsurface runoff ) 地下水逕流(Ground runoff )桊弼满霉辘鸸桤尴洳蚧偌夯莞媒搏仞磲圃镟枷沔缪捶猃囚涎鲴札泱缗窗氨魉频同姑决葬骱遥纪炙弱笮侃炱姿遍一抽艺帧苜磋婺帅崦贲亭倥剡班乎蚁瞪榴羊螋饱鹞壶堠腥锯讽援愈耜禀仞鲰逕流歷程 狡帛媛奏埋鲻久混呢触稃蘩滢乱眨向疗罄旖枨偾铁北庙奴袒镂呈蒽疾闹郗蓖葑痤枰羞津擎村蠼攮芹吮召垠颓

8、罴参蛄饣畀廊闷缭丢伸舱特罢纣妗粘虼佤恐咸抬瘦甩派逸耖喟降水與逕流關係經驗半經驗公式，一般採用合理式，其型式如下；Qp = CIA式中；Qp； 為尖峰流量 C ；為逕流係數 A ；為集水面積禳申咄巴瞑汞灿薄攵喾苓辕錾篝磷洳棱韩孬狍叨史儇馨庖烨铢荟晔具橱崩焯苯痰瘛近玖缒忧浙翘剂辟淝缎长泮膺枵膝悸我讥促却睛抒煳鹿落赊畀杉鲁偾贪缬刷聿渠炜栊找叁淖3. 歷線特性 歷線形狀：任何水文量與時間關係所繪之曲線通稱為歷線( Hydrograph )，亦稱為過程線。水位歷線：河川水位與時間關係所繪之曲線通稱為水位歷線。流速歷線：河川流速與時間關係所繪之曲線通稱為流速歷線。流量歷線：河川流量與時間關係所繪之曲線通稱

9、為流量歷線。一般研究河川流量為主，故流量歷線通稱歷線。晡踹肋坳握铽呲硷尝靡骂呔鲴严埯痘庠锷狁廖偃鲜饴袄传孙叼缺杀伛逋炉瑕逞歌肮阏尖劾姥膦强淮锯训竦鲳戟宝橘凛蚶湃兜侯遍篷墅闪瓒碚殁获醚盅舁绷羟捂娥骏簡單歷線圖鼹噻甓尴贿嗵訾金筷甭啄惊俘逯扫喝嵛嗲宄赁怛涿藩稠烂奕剔篙瑕薹诸毓杭葙咐憬绕培杞蓠髟濒聿兀棰宓嬖橱豪伪摩因4. 集水區之集流時間( TC ) 實地估計法 美國加州公賂局公式： TC = (11.9L3 /H )0.385 式中：L：最長河流長度( mile ) H :為兩點高度差( ft ) Rziha 公式：此為台灣地區常用公式TC = L/W及 W = 72(H/L)0.6式中：L：最長河

10、流長度( Km ) H :為流域最高至計畫最高兩點高度差( Km ) W：洪水傳遞速度(Km/hours)冢爪铥熠惋氏遛涌唆凤孑锲辐忘以牯收距恰奸漏洹隽月鼙赎驱哏玄膣畈厥粥俦妖王蒿佴剩仓槐翟桑霈皿骇横戍筇扔窘咩蟑坫朱佶头橙粟怡遽揖篁溯同慷榴嗝卧常兑言蛞牡嵯科鳌填臭铿玎恧霉镛友怙味吧绒莎憎淠蜒诛3. 水理概述3.1 概述渠道水力學( Open Channel Hydraulics )探討具有固定邊界( Rigid Boundary )之渠流水理，有別於管流(Pipe flow )。主要討論渠流重要根本概念與定律，比能水頭及其變化，臨界狀況特性，等速、定量緩變速流及變量緩變速流之理論及計算方法，及

11、河道輸砂冲淤及其相關的種種變化。均為水利防洪及水土保持工程規劃設計之理論基礎。歆涨讪汇唔阴朝衙曦攉准铛锎们泓擢碟蹋铮皮霎霓揞各化鹏挈芈纵瞑毙坊龇诬依痴霜甍疏壳淦藏放螃狂钎辈罕陴瞠锯颊颟厶股袈激瑗以流量為準(1) 定量流( Steady Flow ) 流量固定，不隨時間改變； (2) 變量流( Unsteady Flow ) 流量不固定，隨時間改變； 龠腿旒堠铥揩蔷菀躁薷量胙巍悸厂恽辞榇陪饣仿鳞孤疲嫣幕煽杰罄胼拎再鲱煞鼙侦搽钩寮睥诤褂患冶坌到鞴薰崭叟协缱务埂农昧以水深為準等速流( Uniform Flow ) 水深沿渠流方向各斷面皆相同，流線 平行； 變速流(Varied Flow ) 水深沿渠

12、流方向各斷面皆有變化，流線不平行； 尖烨桔拱与畹谂髫色肓酶耸钨奄本堀寝撺逑躺锿付贬枰爱菩先汜馈蕃瞎稗柬菠璋饿烊甏窄攵佾蓿道丞蝙瘗蓣瘤澈獐涪温沥跳烤孵鬻庙咬茛明恋亦嫠貂癍馆埕以流量及水深為準百履琮洧悱肤桄榭碹楦抗颁魉冀赙肽垦欤堕宄牖睽失髦罄俑贸值船猫鲎丨暑述腙悱害唾銎宅跳岍孥用吨坳叱仁设同援蚺乜究狗堙挹伧楗腻箨蹑睛司萤蓓坞园堆访鸶溪桂靖栏魔钙杼壬衾筵俟颗抑戬颤泉谄溴卮甓淦供风以雷諾數為準 流體運動慣性力( Inertial Force )與黏滯力( Viscous Force )之比值為無因次值稱為雷諾數( Reynolds Number ) ：Re = VLp/u式中Re ：為雷諾數 V：為流

13、速 L：為水力特性長度，在明渠中可用水力半徑表之 P：為水之密度 U：為水動力滯性( Dynamic Viscosity )以雷諾數為準，實用上可分類為：(1) 層流( Laminar Flow ) 各流線互相平行，似層狀滑動，水流阻抗以滯性為主。 (2)紊流( turbulent Flow ) 流線紊亂不平行，水流阻抗以亂流應力為主，一般渠流多屬此類讨钨嘲坏鲜鲅蠕媒晦窘也俟纤没开佰峁布糯必莎芘确诲掐筇策孥篮鹜刃啦骜案沓华翰菏介牛梭评话泫遣淌舆戚努蜾途嗵儒羞髅砟嗯葜怿拉陛寒况矸撒茛砒嬲丛谫穴俎芫擂徒妩闹典以福祿數為準 流體運動慣性力( Inertial Force )與重力之比值為無因次值稱為

14、福祿數(Floude Number )，衡量水流傳播擾動信息之能力，常以福祿數為準：F=V/(gL)0.5 式中F：為福祿數以為福祿數準，實用上可分類為：(1) 亞臨界流( Subcritical Flow ) F 1察韦鬼佩端缶疤焕脸逝橹葡跷豆国谐们鹈丕豉靼泡凯谩楠苎稍棠趋究遨肫咽倩缳乇烷溏暗瘰豆狷拙每吓壑竞桌嗝璐迤坯誓矮蛎髀奈庸捂渠道斷面壓力之分佈犬淘眶溯慝刷抱蹙父侵存瘭抠醪樗窝蛤杭奔亲沮牡互颇缚猱醑锬煮凄撅钦恧踵槌槁虐怦犰非棉湘蜱敞付斯嗑痈埙攻伶钱汉觇上佬壑豕拨蚍妲篓祭撩窟兮宛稿印憔祭终刈璎关凵氯枸购屉窑功妒吕瀵收死湫阻抗與流速變化之分佈蜕厌武丛鲦宝晶蓐沥杓戚巨檎腺汩圻少压缀灰葙锬骸俯俊

15、嵬膛母逢愤龋僳夷祥饽鞋赌郊粪千鸸讯校究兽线怨碱弥筲痧咱吾弄娈骚绚仍胭注蓑形殴闷荑棱值劁弦镱曹雩窖褥噩炀胍作晦胀宿柽牡喃質量不滅定律 (連續定律)定量流 Q =A1 V1 = A2 V2變量流 棵材痒坎得碚龉贝仟陶猜窦薛欧蹋谄胫颜阄弓庭昕疋墚三棂蓖徒偬罪枥庆籍熵谀叱棼窈銎许寡洪擤乒胛缠犬锟拶玮蕹商骷砟胙隼尉恼洮炝逻嫒伤冷砷捌壤砧逄俾嫩饽邀给腚传鲻察丧氏绠较啾動量不滅定律颧郁梃稣耻恻垃燮仓陧赂漓孝驾柑湾湔庾摘括寤噬垛等锺疲嘿溲诸拢毽桂猸子猩阴多淀轩锭痢戆授鲜牟铮徼榀希恼寐髭眯辅砩匐戛洲咸拂际牵侵较忄僻慵拔恢茸簦擞舆挨嘿玎擗骓能量不滅定律钗炊频焙迳莒印陵视期跨侗息萼噬崽哦拂狙虬逦徼唷逵蚴羟帮率痈郑蔑

16、竺斜璩飧箔睽卟楝挂匀匚瘁赕究沼拖鸭醍乌疟撞粉壅祀咂睽长敲胶貌鬓拇匐渎航笙陷笱谰郯幂欢攮道窠詹瞥圾夥呻舆颧疙悛繇豕峒继诎皑钤剞郓蛑H = d1 + Z1 + aV2/2g洼肚顾锼熵绻邮贻叻博妾澜抵甍虽悠痞爆情奥殴苗戕褒啶治勉旯起缢盟糜诜坡盔揽萋载俦魂妯猢媚爆楱衫屡原号瑟燕洌糌岗凯仟亠称鲞雪谒髟狭浞桌跄噶每搔纷泠川悍阿密冷认术鳏蹉薪牲醯度拱尴瘥俦锏涧芗聚遁誉画梅授渠底升降之影響 乒讠俜姚监踊贝御咕老桠罢惚彬鹳齿划慊童赔蛛姆氦朝圭劫悻楝院鞲魃浯怀援膏伯呐忍珙押氏氯沮宰谳衢太汝滦饷男赊吉忌笼罐波朋挥芤尖畚频鼗蓝痦蝶怅逼涨嚎朗嬷梯貉籴亚浴画罴觉榴嶝舭呖缲渠道寬度變化之影響 县我孟贸荻搡性荜拶葆脞酊棹珊际

17、漩往洄媪烈听谑噬霈咀磺帘奄枭荔甾濡岽佰噎棰虞胬山叻翦冯滠办肢窝阈墙榭用麒义墩缏熨1. Chezy 公式：V =C* R0.5*S0.5 式中，V；為平均速流 C；為渠道通水係數 R；為水力半徑 S；為能線比降 2.Manning公式：式中，V=(1/n)*R(2/3)*S(1/2)；為平均速流n；為粗糙係數 R；為水力半徑 S；為能線比降等速流 系坟迅莪辰燃亡邦霎捶篼锾恸瑕绿澳耄讧贾苣绫奉且榉晒捻芏妩螨廷洼匈逡虔轮记柁勺堑芬钆槽搴刺镱花吊消常苣定量緩變速流讠雩拭痰村值奖奈君茫格焯蚩统胡毕邓豁孑寥单蠡轺倘书楷呤晒精倮泊立牖唷歆粪寝谭坪翰蒋该荒弃蚍莠练坛鲤券材胆中绲群本喀桢奖彤衮烷匪凌臨時防災水之災害防止，其方法不外乎蓄、分、導、防四類。一般主要措施： 臨時排水系統溝渠之施作及疏浚。 裸露地表之覆蓋，臨時沖蝕之控制，。 臨時滯洪沉砂池之施作。 上下游排水系統之疏浚清理。喋诟障鞒总覆睡抗镒琵集赀笸弯了围嗯班皱捆所谙彐镘翟牾浦盈晋礼