现地试验分析双天然堰塞湖溃决特性课件

現地試驗分析天然堰塞湖雙壩潰決歷程授課教師：黃隆明指導教授：陳樹群研究生：曾馥敏1PrototypeFieldExperimentalAnalysisofNaturalDual-DamFailureBehavior現地試驗分析天然堰塞湖雙壩潰決歷程授課教師：黃隆明1Prot大綱前言前人研究研究區域試驗歷程討論結論2大綱前言前人研究研究區域試驗歷程討論結論2前言豪大雨侵襲常導致許多崩塌與土石流於山區發生，造成河道的破壞。崩落土石進入河道，形成堰塞壩，將上游來水阻擋住致使堰塞湖的產生；水位持續上升淹過壩頂時，水體從壩頂隨著坡面溢流而下，最終堰塞壩體潰決，對河道造成二次破壞，嚴重威脅下游居民安全。近年極端氣候出現頻率越來越頻繁，導致洪水、崩塌、土石流等複合型災害發生頻度上升，造成的災害已經有次數逐漸增多且規模越來越大的趨勢。莫拉克颱風後太麻里溪堰塞湖空照3前言豪大雨侵襲常導致許多崩塌與土石流於山區發生，造成河道的破4Schuster(1986)從文獻資料中分析全世界135個具代表性之堰塞湖，歸納出堰塞湖之成因，最主要的誘因有兩種，降水(包括降雨與融雪)及地震，佔總共案例之84%，其次為火山爆發，佔7%，另外尚有其他因素，如河道部分結冰或植物殘材等物阻塞河道而形成堰塞湖者，共佔9%。台灣地區絕大多數的堰塞湖成因皆為降雨與地震造成河道兩岸邊坡崩塌，崩塌土體進入河道堵塞而成。本研究之堰塞壩體成因亦與此相同。前人研究4Schuster(1986)從文獻資料中分析全世界135個Schusteretal.(1986)統計分析過去大量堰塞湖災害案例中發現，堰塞壩潰決形式主要分為三種：溢流侵蝕(overtopping)、壩體滑動潰決(slopefailure)以及管湧(piping)；其中以壩頂溢流破壞為最主要之潰決形式。前人研究5Schusteretal.(1986)統計分析過去大量堰田畑茂清(2002)也指出堰塞壩潰決過程大致可分為三種型式：

ａ、溢流侵蝕潰決型(ErosionbyOvertopping)

ｂ、滑動崩決型(InstantaneousSlipFailure)

ｃ、溯源漸進潰決型(ProgressiveFailure)6前人研究田畑茂清(2002)也指出堰塞壩潰決過程大致可分為三種型式：7劉寧等(2013)根據因汶川地震形成之宗渠堰塞壩進行縮比試驗，分析堰塞壩潰決歷程與機制，發現潰決歷程受構成壩體材料之密度與級配影響。前人研究7劉寧等(2013)根據因汶川地震形成之宗渠堰塞壩進行縮比試8北港溪蘭島溪崩塌面積：13公頃崩塌土方量：約250萬立方公尺面積：170.5公頃平均高程：1,216公尺起伏量：1,224公尺平均坡度：44o~45o主流長度：2,792公尺降雨強度(I50)：108公釐/小時洪峰流量(Q50)：41立方公尺/秒基本資料土方資料水文資料研究區域8北港溪蘭島溪崩塌面積：13公頃面積：170.5公頃主流試驗配置9研究區域試驗配置9研究區域10試驗流程圖10試驗流程圖試驗歷程討論11L1/2L試驗歷程討論11L1/2L壩體間距L=32.4m試驗歷程討論12Dam1Dam2壩體間距L=32.4m試驗歷程討論12Dam1Dam2試驗歷程討論壩體間距1/2L=16.2m13Dam1Dam2試驗歷程討論壩體間距1/2L=16.2m13Dam1Dam2壩體間距L之實驗花了較少的時間來發展管湧，但該次實驗受天氣影響，河道土砂與壩體含水量較多，入滲的水流不必再淹滿孔隙，故可在較短的時間內便形成初始的管湧。當壩體之含水量飽和並形成管湧後，管湧流量擴大的速率卻相當接近，L=32.4m與L=16.2m都約在300sec左右使管湧流量增加了約0.4-0.5m3/s。顯示當壩體飽和後，管湧的發展僅與壩體幾何與組成有關，而本研究中兩次實驗皆擁有相同條件的壩體，故其管湧形成後，管湧擴大的速率皆一致。管湧是否可繼續擴大而導致壩體潰決，則需視管湧擴展的速率是否可超過上游之入流量而定。試驗歷程討論管湧發展歷程14壩體間距L之實驗花了較少的時間來發展管湧，但該次實驗受天氣影試驗歷程討論壩體間距對潰決之影響15L1/2L試驗歷程討論壩體間距對潰決之影響15L1/2L當水位逐漸升高，受管湧現象及堰塞湖蓄水體積影響，水位上升速率會稍微減緩。雙壩之主要交互影響為上游潰決水流造成下游湖體水位迅速抬升，縮短堰塞湖蓄水歷程及管湧作用影響時間。下游壩體破壞程度會隨兩壩之間距離縮短而增加，下游壩體破壞時間則會隨兩壩之間距離縮短而減少。較短的壩體間距中，下游壩的上游面確實受到潰決水流的沖擊，而被沖開較大的缺口，進而降低了壩體抵抗溢頂水流侵蝕之能力。於潰決歷程中壩體潰口處之泥沙為主要土方來源，其提供之土砂量差異，影響潰決後於潰口下游處形成之沙洲規模。不論壩體含水量高低，僅差在入滲時間多寡，當達到平衡時管湧流量接近相同。結論16當水位逐漸升高，受管湧現象及堰塞湖蓄水體積影響，水位上升速率Thanksforlistening17Thanksforlistening17現地試驗分析天然堰塞湖雙壩潰決歷程授課教師：黃隆明指導教授：陳樹群研究生：曾馥敏18PrototypeFieldExperimentalAnalysisofNaturalDual-DamFailureBehavior現地試驗分析天然堰塞湖雙壩潰決歷程授課教師：黃隆明1Prot大綱前言前人研究研究區域試驗歷程討論結論19大綱前言前人研究研究區域試驗歷程討論結論2前言豪大雨侵襲常導致許多崩塌與土石流於山區發生，造成河道的破壞。崩落土石進入河道，形成堰塞壩，將上游來水阻擋住致使堰塞湖的產生；水位持續上升淹過壩頂時，水體從壩頂隨著坡面溢流而下，最終堰塞壩體潰決，對河道造成二次破壞，嚴重威脅下游居民安全。近年極端氣候出現頻率越來越頻繁，導致洪水、崩塌、土石流等複合型災害發生頻度上升，造成的災害已經有次數逐漸增多且規模越來越大的趨勢。莫拉克颱風後太麻里溪堰塞湖空照20前言豪大雨侵襲常導致許多崩塌與土石流於山區發生，造成河道的破21Schuster(1986)從文獻資料中分析全世界135個具代表性之堰塞湖，歸納出堰塞湖之成因，最主要的誘因有兩種，降水(包括降雨與融雪)及地震，佔總共案例之84%，其次為火山爆發，佔7%，另外尚有其他因素，如河道部分結冰或植物殘材等物阻塞河道而形成堰塞湖者，共佔9%。台灣地區絕大多數的堰塞湖成因皆為降雨與地震造成河道兩岸邊坡崩塌，崩塌土體進入河道堵塞而成。本研究之堰塞壩體成因亦與此相同。前人研究4Schuster(1986)從文獻資料中分析全世界135個Schusteretal.(1986)統計分析過去大量堰塞湖災害案例中發現，堰塞壩潰決形式主要分為三種：溢流侵蝕(overtopping)、壩體滑動潰決(slopefailure)以及管湧(piping)；其中以壩頂溢流破壞為最主要之潰決形式。前人研究22Schusteretal.(1986)統計分析過去大量堰田畑茂清(2002)也指出堰塞壩潰決過程大致可分為三種型式：

ａ、溢流侵蝕潰決型(ErosionbyOvertopping)

ｂ、滑動崩決型(InstantaneousSlipFailure)

ｃ、溯源漸進潰決型(ProgressiveFailure)23前人研究田畑茂清(2002)也指出堰塞壩潰決過程大致可分為三種型式：24劉寧等(2013)根據因汶川地震形成之宗渠堰塞壩進行縮比試驗，分析堰塞壩潰決歷程與機制，發現潰決歷程受構成壩體材料之密度與級配影響。前人研究7劉寧等(2013)根據因汶川地震形成之宗渠堰塞壩進行縮比試25北港溪蘭島溪崩塌面積：13公頃崩塌土方量：約250萬立方公尺面積：170.5公頃平均高程：1,216公尺起伏量：1,224公尺平均坡度：44o~45o主流長度：2,792公尺降雨強度(I50)：108公釐/小時洪峰流量(Q50)：41立方公尺/秒基本資料土方資料水文資料研究區域8北港溪蘭島溪崩塌面積：13公頃面積：170.5公頃主流試驗配置26研究區域試驗配置9研究區域27試驗流程圖10試驗流程圖試驗歷程討論28L1/2L試驗歷程討論11L1/2L壩體間距L=32.4m試驗歷程討論29Dam1Dam2壩體間距L=32.4m試驗歷程討論12Dam1Dam2試驗歷程討論壩體間距1/2L=16.2m30Dam1Dam2試驗歷程討論壩體間距1/2L=16.2m13Dam1Dam2壩體間距L之實驗花了較少的時間來發展管湧，但該次實驗受天氣影響，河道土砂與壩體含水量較多，入滲的水流不必再淹滿孔隙，故可在較短的時間內便形成初始的管湧。當壩體之含水量飽和並形成管湧後，管湧流量擴大的速率卻相當接近，L=32.4m與L=16.2m都約在300sec左右使管湧流量增加了約0.4-0.5m3/s。顯示當壩體飽和後，管湧的發展僅與壩體幾何與組成有關，而本研究中兩次實驗皆擁有相同條件的壩體，故其管湧形成後，管湧擴大的速率皆一致。管湧是否可繼續擴大而導致壩體潰決，則需視管湧擴展的速率是否可超過上游之入流量而定。試驗歷程討論管湧發展歷程31壩體間距L之實驗花了較少的時間來發展管湧，但該次實驗受天氣影試驗歷程討論壩體間距對潰決之影響32L1/2L試驗歷程討論壩體間距對潰決之影響15L1/2L當水位逐漸升高，受管湧現象及堰塞湖蓄水體積影響，水位上升速率會稍微減緩。雙壩之主要交互影響為上游潰決水流造成下游湖體水位迅速抬升，縮短堰塞湖蓄水歷程及管湧作用影響時間。下游壩體破壞程度會隨兩壩之間距離縮短而增加，下游壩體破壞時間則會隨兩壩之間距離縮短而減