頭前溪河口段河道變遷及防護策略之研究 報告人:陳世鎮 中興大學水土保持學系碩專班研究生 學號：59842104 中華民國99年10月23日

簡報內容 壹、摘要 貳、前人研究 參、研究樣區背景與研究材料 肆、研究方法 伍、問題分析 陸、現地模擬及方案研究 柒、結論與建議 捌、參考文獻

壹、摘要 3

壹 摘要 計畫位置： 新竹縣頭前溪斷面0至斷面6 周邊交通： 台15線、台68線及、縣122、縣118等，交通發達 目前問題： 因左岸堤防高度不足，右股流路淤積，導致舊港島及南寮局部地區有淹水之虞 目標： 藉由本研究，對頭前溪河口安全及舊港島未來處理方式提出具體建議

貳、前人研究

民國64年前省水利局責成規劃總隊（水規所前身）辦理頭前溪治理規劃，並於71年完成治理基本計畫（斷面6至68），74年核定公告。另民國80年重新檢討並核定公告河口段治理基本計畫（斷面0至6）。 水利署水利規劃試驗所於民國98年再次檢討本河口段之治理計畫，經過審慎評估以及多方協調溝通，確定本河口段之治理計畫，並於同年修正核定公告。 水利署水利規劃試驗所於民國98年委託交通大學辦理「頭前溪與鳳山溪匯流河口段變遷研究」，提出(1)現況布置 (2)基本治理計畫布置 (3)第二河川局實施計畫布置 (4)維持河口左岸處之凹灣 (5)頭前溪與鳳山溪各自排洪 (6)河口左岸堤線配合新竹市都市計畫往南調整 (7)維持河口左岸凹灣並挖除北寮嶼等七個方案進行評估，以方案七最佳。

參、研究樣區背景與研究材料

背景資料 流域概況 新竹縣市主要河川 流域面積：565.94 平方公里 主要支流： 上坪溪 油羅溪 主流長度：63.03公里 平均坡降：1/190 頭前溪流域 頭前溪河口段情形

氣象資料 年平均降雨量為1822.2mm 平均年降雨日數為117.7天 雨季為2~9月 平均溫度為22.8℃ 平均濕度為78% 水文資料

頭前溪流域概況 頭前溪河口段地文與地形資料 主要淤積區 主要沖刷區 鳳山溪與頭前溪出海口 平均淤積深度4m 主要淤積區 鳳山溪出海口攔門沙洲 93~96年河口段地形沖淤變化 主要淤積區 主要沖刷區 鳳山溪出海口攔門沙洲 新竹漁港右側 港南海岸 平均沖刷深度2~3m 鳳山溪右岸 新竹漁港 垃圾掩埋場 港南海岸 主要沖刷區

研究河段河川特性 河床質 河道坡降 河槽型態 海洋 河川 計畫河段屬現代沖積層，平均粒徑30~52mm間，以卵石、礫石及少數少許中粒砂組成。 河口～6號大斷面之平均坡降：1/2,100 河槽型態 頭前溪之下游段位於新竹平原上，呈順直分汊流路 海洋 波浪 水下三角洲 潮流 河中島 凹灣 河川 颱洪期 攔門沙洲 季風期

研究河段河川特性 河道沖淤情形 河道變遷情形 頭前溪河口段地形變遷圖 頭前溪河口段歷年河床高度變化 竹港大橋 舊港橋 白地橋 83年 93年 83年前河道沖淤較穩定，自83年後，則有明顯縱向刷深趨勢 河道變遷情形 由本計畫長期情況而言，河口深槽有偏南之趨勢，右岸阻塞則為長久以來之趨勢 頭前溪河口段地形變遷圖 主流河道漸向南偏 右岸流路阻塞

研究材料 頭前溪設計洪水 計畫區範圍 各重現期距洪水量(cms) 站名 分析 年份 1.11 2 5 10 20 50 100 200 河口段 65年 -- 1,400 2,700 3,800 5,000 6,800 8,400 10,000 88年 451 1,480 2,710 3,745 4,810 6,345 7,635 9,040 97年 369.8 1,638 3,142 4,222 5,298 6,737 7,843 8,969 公告值

地形測量成果 圖6-4 水域測量測線圖 圖6-6數值地形建置成果

河床質調查分析 河床質採樣 22處 河床質粒徑分析 河床質顆粒分佈累積曲線 曼寧n值範圍為0.020至0.035 採樣孔位選定原則 01 02 03 04 05 06 採樣孔位選定原則 1.較穩定之河槽 2.低水流路內或有洪水淹過之灘地 3.代表該斷面河床質之實際情形 4.表層有留積砂層或滾石，予以剷除 採樣孔位開挖方式 開挖1公尺×1公尺×1公尺以上的試坑 河床質粒徑分析 野外粗顆粒分析 試驗室細顆粒分析 河床質顆粒分佈累積曲線 Strickler (1923) Meyer-Peter Müller (1948) Keulegam (1949) Einstein (1950) Lane & Carlson (1953) 曼寧n值範圍為0.020至0.035

河床質調查成果 右股流路 北寮嶼區域 深槽區 鳳山溪 頭前溪 牛埔溪 3 2 6 1 5 屬砂礫石河床 4a 4 12 8 北寮嶼 7a 砂質含量3%~8% 3 過#200篩含量<5% 2 平均粒徑30~80mm 6 1 5 屬砂礫石河床 4a 4 北寮嶼 8 12 北寮嶼區域 7a 11 19 砂質含量3%~9% 15 溝貝排水 竹港大橋 過#200篩含量<5% 10 舊港島 平均粒徑30~90mm 屬砂礫石河床 9 7 18 13 14 深槽區 17 砂質含量95%以上 過#200篩含量<5% 16 20 平均粒徑0.5mm以下 頭前溪 屬砂質河床

肆、研究方法

研究流程圖

(一)研究流程： 1.前置作業 現場勘查與基本資料之蒐集、調查、彙整與分析，包含歷年頭前溪河口段之水文、地文等基本資料，河口段變遷史套繪航拍圖、用地範圍線調查、歷年來規劃報告水文、水理分析、輸砂資料成果之彙整、河道歷年大斷面、DEM地形、右股流路歷年來淤積調查、河床質取樣、過去疏浚量、集水區產砂量等資料調查，並針對研究或數模之需求，進行局部河床質與大斷面補充調查。 2.調查作業 (1)地質鑽探、取樣、分析及試驗工作。 (2)地形測量。 (3)用地調查、河床質調查。 (5)舊港島劃設為低度保護相關配合防災保護措施調查。 3.規劃作業 (1)河口段防災減災工程方案規劃。 (2)針對河口段防災減災工程方案進行二維水理分析。 (3)舊港島採低度保護相關防災、減災及救災等非工程措施規劃。

CCHE2D-Coast水理輸砂模式 CCHE2D水理輸砂模式於美國國家計算水科學及工程中心(NCCHE)發展多年來，其功能持續被擴充增加。其中，CCHE2D-Coast模式為一般水利工程及河口水動力學應用數值模式（Jia和Wang，1999；Jia等人，2002），功能模式包含水理、輸砂、潮流、沿岸流、沿岸地形變遷與河口水動力模擬等相關，模擬近岸波浪、流場、輸砂運移與地形變遷等相關功能，可應用於海岸與河口段地形變遷之研究。

伍、問題分析

河口段治理計畫檢討 現況通洪能力檢討 堤防高度不足： 左岸：斷面1.1至3.1河段(Q2);白地橋上游至斷面6(Q20) 堤防高度均足夠 右岸 橋樑高度不足：竹港大橋、白地橋及舊港橋 斷面6 斷面8 竹港大橋 白地橋 斷面0 斷面 1.1 斷面 3.1 舊港橋 Q100 右岸堤防 左岸堤防

河口段治理計畫檢討 竹港大橋 白地橋 舊港橋 計畫縱斷面 計畫堤頂高 右股計畫洪水位 左股計畫洪水位 現況谿線高

舊港島適度保護之防災、減災、救災規劃 24 達二級警戒水位 執行救災行動：可能受災者之疏散與避難、受困者之搶救及醫療照顧、水利設施緊急搶救等應變措施。 階段性任務 任務說明 減災階段 整備階段 救災階段 達一級警戒水位 規劃避難場所、路徑與時間 提供避難路徑、地點 疏散、安置及救災物資分派 高風險洪災地區確認 據以研擬減災整備計畫、規劃疏散路線及避難場所，作為災難應變時之執行準則。 舊港島警戒水位及其設置位置 興建舊港島環島護岸(規劃長度1600m，平均高度4.5m)。 連結頭前溪洪水預警系統 工程方法 非工程方法 1. 發佈警報單通知舊港島里民。 2. 救災人員、機具(含移動式抽 水機)、物資等之檢視與準備。 24

陸、現地模擬

邊界條件及相關參數 上游邊界流量歷線_頭前溪 上游邊界流量歷線_鳳山溪 下游邊界示性波高歷線 下游邊界潮位歷線

下游邊界風速歷線 下游邊界週期歷線 下游邊界平均波向歷線 下游邊界風向歷線

現況案(方案一)

水位及流場 波高及平均波向 底床變化、底床高程

方案二 1.南岸設置高度約7m之苦苓腳堤防及丁壩工並將產生之浮覆地填築。 2.河口段疏浚(包含右股河道及北寮嶼) 3.舊港島增設分水堤(堤高6.8 m及堤長250 m)

水位及流場 波高及平均波向 底床變化、底床高程

方案三 方案二類似，主要差異在於布置分水堤之長度，其長度及頂部高程分為350m與6.8m

水位及流場 波高及平均波向 底床變化、底床高程

頭前溪河口段水理分析結果比較 方案別 說明 工程布置 模擬情境 河道沖淤結果 本計畫 方案一 維持現況 -- 方案優先次序 本計畫 方案一 維持現況 -- 短期模擬(100年重現期距洪水，29小時) 1.北寮嶼呈現侵蝕 2.舊港島右股流路呈現淤積現象 3 方案二 河口左岸堤線配合新竹市都市計畫往南調整 1.右股流路疏浚 2.北寮嶼疏浚 3.設置苦苓腳堤防 4.舊港島設置分水堤250m 5.其他河段疏浚至EL-1.0m 1.北寮嶼淤積嚴重 2.舊港島右股流路呈現回淤現象 2 方案三 4.舊港島設置分水堤350m 1.北寮嶼淤積嚴重，不過淤積面積較本計畫方案二少 1 本計畫

舊港島適度保護之防災、減災、救災規劃 舊港島低度保護減災階段 工程方法 舊港島警戒水位及其設站位置 非工程方法 35 35 連結頭前溪洪水預報系統 規劃避難場所、路徑與時間 35 35

工程內容 規劃依據 舊 港 島 設計原則 36 右股流路疏濬 北寮嶼清淤 新建苦苓腳堤防 北 寮 浮覆地填築 嶼 舊港島環島護岸 清 淤 分水堤 北 寮 嶼 清 淤 環島護岸二工區 新 建 苦 苓 腳 堤 防 右 股 流 路 疏 濬 舊 港 島 設計原則 浮覆地填築 依最新治理計畫線布置 分流工 苦苓腳堤防設計標準採Q100=8,400cms 環島護岸三工區 舊港島環島護岸設計標準採20年重現期距洪水 環島護岸一工區 36

採用高規格堤防(Super Levees) 浮覆地填築及新建苦苓腳堤防 配合浮覆地填築，一併施築苦苓腳堤防 設計標準 Q100=8,400cms 堤防高度 計畫洪水位+1.5m出水高度 斷面形式： 配合堤後浮覆地之填築 考慮景觀生態 浮覆地填築 (約15公頃) 新建苦苓腳堤防 (約1,410公尺) 採用高規格堤防(Super Levees) 加大堤防斷面，提高抗地震之安全性及治水防洪之功效 。 增加填築土方，減少剩餘土方之處理問題。 達到水岸環境之再生，促進良好居住品質。 37

舊港島適度保護之防災、減災、救災規劃 舊港島低度保護防災階段 舊港島低度保護救災階段 疏散避難實施主管機關及實施內容 疏散措施的聯絡及協助 災害防救器材、物資整備 災害防救設施、設備整備 防災保全演練 舊港島低度保護救災階段 疏散避難實施主管機關及實施內容 疏散措施的聯絡及協助 疏散的勸告或指示撤離 38 38

柒、結論與建議

本研究之規劃方案，頭前溪河口段治理工程包括河道疏濬作業、浮覆地填築作業、新建苦苓腳堤防工程、新建舊港島環島護岸工程等。 本研究各方案布置進行二維水理模擬，模擬結果顯示本河口段受到潮汐、風浪及洪水交互長期時間作用下，北寮嶼仍呈現微幅淤積，右股流路仍呈現較為嚴重之淤積，惟方案三之分水堤長度及角度大於方案二，分洪效果較為明顯，使得方案三之淤積程度較方案二輕微。 本計畫擬定兩種不同角度及長度之分流工進行二維水理分析，分析結果以採用第三方案(L=340公尺)可得較佳之效果。 本計畫規劃之分流工雖經二維水理分析，惟數模分析之模型建立仍有其限制，無法完全模擬透水性構造物之特性，建議可進一步依研究規劃方案辦理水工模型試驗進一步驗證。

捌、參考文獻

水利處第二河川局(2007)，「頭前溪流域輸砂與河床沖淤穩定研究(1/2)」，台灣新竹。 台灣省水利局規劃總隊(1982)，「頭前溪治理基本計畫」，台灣台中。 台灣省水利局(1991)，「頭前溪河口段治理基本計畫（大斷面六至河口）」，台灣台中。 李國川(2003)，「新竹海岸地形之變化特性及其與風速相關性之研究」，交通大學碩士論文。 經濟部水利署水利規劃試驗所(2003)，「建立波潮流與海岸變遷模式4/4」，台灣台中。 經濟部水利署第二河川局(2005)，「頭前溪河川環境營造計畫規劃」，台灣新竹。 Bouws, E., Gunther, H., Rosenthal, W., and Vincent C. L. (1985), “Similarity of the wind wave spectrum in finite depth water, 1-Spectral form.” J. Geophys. Res., 90(C1), 975-986. De Vriend H.J., Zyserman J., Nicholson J., Roelvink J.A., Pechon P., and Southgate H. N. (1993), “Medium-term 2DH coastal area modeling”, Coastal Engineering, 21 (1-3), 193-224.