授課教授：林俐玲 鄭皆達 陳鴻烈 林德貴 報告學生：安軒霈 89442003 國立中興大學水土保持學系博土班研究生專題報告 河道水流輸砂對河床型態變遷之理論分析 授課教授：林俐玲 鄭皆達 陳鴻烈 林德貴 報告學生：安軒霈 89442003 中 華 民 國 九 十 四 年 十 一 月 二 日
河道輸砂現象
控制方程 C.E. M.E. Exner’s equation sediment transport rate
輸砂特性 — 輸砂類型
輸砂特性 — 輸砂類型 van Rijn, 1984
輸砂特性 — 剪力 平板邊界層控制方程式： 水平、無壓力梯度下， 根據 Von Karman similarity theorem: 紊流邊界層流速剖面： 經實驗求得C與k，則在光滑渠底： 在粗糙渠底：
輸砂特性 — 剪力 v = 8.93E-07 m^2/sec g = 9.81 m/sec^2 H = 3 m ks = 2 mm S = 0.0005
輸砂特性 — 功率 不可壓縮流之Navierstodes equation: 其中 根據Boussinesq提出之紊流概念
輸砂特性 — 功率 熱力學中定義熵為： 在河川中，可將高程視為絕對溫度，水流勢能視為熱能： ，在第u級河川中： 第u級河川局部勢能損失：
輸砂特性 — 功率 Lewis, Randall, (1961)認為系統能量之分佈，在動能平衡條件下，熵會出現最大值，即： = 最大值， , or 即河系到達動態平衡後，當河川產生等值落差時，河流將增加其級別。或流域內，任兩個不同級序之河流，其平均落差比率是相等的： （河流平均落差定理）
輸砂特性 — 功率 在穩定發展之過程中，單位質量熵的產生率為與邊界作用後呈現之最小值： or 天然河川選擇流路，其單位質量水體之勢能損耗率最小。最小之耗能率則與河川之外部約束有關。 楊志達(1979)認為最小耗能原理可表示為：
輸砂特性 — 輸砂公式 DuBoy formular Cf
輸砂特性 — 輸砂公式 Meyer-Peter formula 係以大量實驗工作為基礎： 水槽寬0.15~2.0m 渠坡4‰~2% 泥沙容重1.25~4.0ton/m3 泥沙粒徑0.4~30mm。
輸砂特性 — 輸砂公式 Einstein formula 運動---靜止---再運動，泥沙在床面停留的時間長短，決定推移質輸沙率的大小。 以統計學的觀點來探討大量泥沙之運動行為。 泥沙自床面被帶起之機率，決定於泥沙的性質及床面附近之流態。 單步距離的長短決定於泥沙的大小及形狀，與水流條件及床沙組成無關，單步距離可假設為粒徑的100倍。 泥沙落淤的機率在床面各處均同。
輸砂特性 — 輸砂公式 Bagnold formula Rottner Formula Schoklitsch Formula
數值方法
數值方法
錢寧，萬兆惠，1991，「泥沙運動力學」，科學出版社。 後藤 仁志，2004，「數值流砂水理學」，森北出版株式會社。 Yang, C.T., 1979, Theory of minimum rate of energy dissipation, Journal of Hydraulic Division, ASCE 105(7). Yang, C.T., 1971, Potential energy and stream morphology. Water Resources Research, 7(2). van Rijn, L., 1984, Sediment transport, Part II: Suspended load transport, Journal of Hydraulic Engineering, 110(11), 1613-1641. Lewis. G.X, and Randall M., 1961, Thermodynamics, 2nd el., pp.91 – 92 McGraw – Hill. New York. Hager, W.H., Du Boys and sediment transport. Journal of Hydraulic Research, 43(3), pp. 227 – 233.
報告完畢 懇請指教