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1、高含砂支流入匡主河形成之冲稹扇形憨研究 E x p e r i m e n t so fa l l u v i a lf a n sf o r m e d b yh y p e r c O n c e n t r a t e dt r i b u t a r i e s 昧树群 S u C h i nC h e n 圆立中典大拳 水土保持牮系教授 彭恩颓 S z u H s i e aP e n g 圈立中典大学 水土保持举系博士 摘要 士斌验以交匡角、主槽流量、支槽坡度、泥砂漾度等爱因，逛行室内 个渠槽赏聆，韭虑用敷位影像技街於高舍砂支流入匪主河行届之贵聆 量测。其赏验之量测方法是使用雷射光
2、肇投射於交匿後形成之冲稽扇，以 撷取各投影剖面，再经由座棵棒换得出数位地形资料，所槿得之相嗣结果 均可作届数值模投之参考。经由数位影像技街之庭理，本赏腋成功地谨得 了堆稽扇堆碛髓之初步量测成果。违往新的量测方法可简易且精碓地莅得 黄_ 嗡数辣，亚透遏封冲稽扇形惩之封裔，封此交匿横制可有更连一步之蟊 斌。 A B S T R A C T 1 r 、h i ss t u d yU S e Sd i g i t a li m a g ep r o c e s s i n gt os u r v e yt h ec o n f l u e n c eb e h a v i o ro f 1 at r
3、i b u t a r yw i t hh y p e r c o n c e n t r a t e df l o we n t e r i n g 山em a i nr i v e r T h ef a c t o r s o fi n f l u e n c i n gc o n f l u e n c ea r eg e n e r a l l yc o n s i d e r e dt ob et h ea n g l eo fc o n f l u e n c e ， t h er a t i oo fd i s c h a r g eb e t w e e nm a i nc h
4、 a n n e la n dt r i b u t a r y ，t h es l o p e so fm a i n c h a n n e la n dt r i b u t a r y ，a n dt h es e d i m e n tc o n c e n t r a t i o no ft h et r i b u t a r y ，e t c T h e e x p e r i m e n t a lm e a s u r e m e n ti st oc o m p u t ed i g i t a lt e r r a i nd a t av i ac o o r d i
5、n a t e t r a n s f o r m a t i o nf r o mt h ep r o j e c t i o np r o f i l e so fa na l l u v i a lf a ne x t r a c t e db y l a s e r l i n e sT h em e a s u r e m e n ta p p r o a c hi sd e s c r i b e da n dp r e l i m i n a r yr e s u l t sa r e p r e s e n t e d T h r o u g ht h ed i s c u s
6、 s i o no fa l l u v i a lf a nm o r p h o l o g y ，w ec a nb e t t e r u n d e r s t a n dt h ei n t e r a c t i o n0 ft h i Sm e c h a n i s m _ 嘲 高含砂支流入莲主河形成之冲稿扇形熊研究 一、月U 昌 台湾地叵降雨多集中於飑凰季，且 以暴雨型您出现，又因台湾海岛位庭於 碌太平洋地震带上，加以地臂持造脆 弱，因此地滑、崩塌土髓及土石流堵塞 河道形成堰塞湖之事件畸有所闻。事赏 上，即使在固外也觯少封天然墒造行系 统性之研究，而嗣於崩塌土髓或高含砂 支
7、流入匿主河，舆主河同之相互影誊作 用之糨制，及其封主河河性和河相改燮 之相期研究，更属稀少。 含砂支流入匿主河在山匿乃属於十 分常见之现象，然而在台湾此期型之研 究韭不多，其相嗣之械制亦相曹祖稚， 牵涉到泥砂舆水流交匿之罪多因素。例 如：曹高含砂水流或大量崩塌物赁匿入 主河道畸，若其渍度或土砂量较小哼， 可能畲因掺混搪散作用而稀释至主河 中：若其灌度或土砂量相曹大暗，可能 奇形成汁稽扇，甚或因大量的崩塌或滑 坡堵断主河，形成天然墒( C h e n P e n g 2 0 0 3 1 。 本研究以交匿角、主槽流量、支槽 坡度、泥砂漶度等燮因，退行室内渠槽 赏腧，鹿用数位影像技衍於高舍砂支流 八
8、匿主河行属之寅腧量测。其赏腋之量 测方法是使用雷射光肇投射於交匪後形 成之泥砂堆稽髓，以撷取之各剖面缝由 座棕鞲换得出数位地形资料。短由数位 影像技衍之庭理，本贵验成功地攫得了 堆稽扇堆稽髓之初步量测成果。 二、寅黥殷偏舆方法 2 1 寅黩殷偏 本赏膝包含主渠槽厦支渠槽，主渠 槽畏3 5i n 、宽0 2m 及高o 】5m ，支渠 槽畏08m 、宽0 1m 及高0 2 5m 。渠槽 由屋克力材贸组合而成，断面属矩形， 主渠槽属水平熹坡度的平直渠槽，支槽 则可配合膏骚保件调整水平角度及垂直 坡降，以模捉主支流交匿现象。於主槽 斌膝匡上游彀置三角堰，短率定後可用 以控制试聩流量。 整侗主槽系统属循
9、缳式水槽，上游 之高平水箱容量6 0 公升，有2 佃排水陶 朋，一佃控制往主渠槽之流量，男一徊 控制往下游低平水箱的流量，使其保持 定水颈溢流状熊；下游之低平水箱容量 1 2 0 公升，由一每分垃可抽取6 0 0 公升的 沈水焉逮抽取低平水箱之水至高平水 箱，连成一循缳系、坑。而支槽刖於稚主 槽交匡口0 4m 庭彀一| ；】门，可快速用罄 以颠似渍璃方式释放高含砂水流舆主槽 之清水流交匿。肯黢之饰置如固1 所示。 赏脸之觏测抹用J V CG R D V L 9 8 0 0 型数位择影横连行视察及量测记碌，本 擗影搬可探4 倍速高密度擗影，在其交 叉柿瞄的技街，每秒锺可连2 4 0 偎的影 像纪
10、绿，亦即最小时同同隔可量测到 2 4 0 分乏1 秒之畸距。配合C A N o N 型敷 位相械拍褥赏脸结果，其解析度最高可 连1 8 5 6 ( 1 3 9 2 像素。 2 2 寅腧保件 主支流的交匿栈制一般均勰扁舆主 支流流量比、主支流的坡度、主支流的 交匪角及含砂水流的渡度等因素有嗣 ( 来平一等，2 0 0 0 ；睬德明，2 0 0 0 ；徐 永年，2 0 0I ；昧树群、高佩里， 2 0 0 2 ) 。奉赏- 喻之主支流交匿角分别属 4 5 、9 0 及1 3 5 度，配合3 往主槽流量、3 程支流坡度( 主渠槽属水平) 一t 5 2 程舍 砂水流溃度属爱因逛行主支流交匿斌 睃。斌嗡
11、保件如表l 所示，斌验材料之 比重扁2 6 0 ，粒经分饰曲绦如固2 。 表1 膏腑憬件 a 下游使用尾槛( s i l l ) 4 高水位 b 支槽土石流髓横均属4 2 0 0c m 3 圈1 赏喻水槽怖置示意固 2 3 量测方法 量测方法如固3 所示，在量测匡正 上方以简易雷射光肇投射取出欲量测之 剖面，敷位相械或揖影棱再以俯角目封 量测叵逛行拍揖，取得= 维平面之影像 资乱，缝遇座檫搏挟得到三维之地形资 料。因此泥砂堆稽型越可使用数位影像 魔理糙得，透遇座棵定位再缝通程式计 S l d , a m G t a r f m m ) 国2 粒径分怖曲嫁 算可取得堆稽型您之敷位资料，由於可 莅
12、得精碓群细之敷辕，作扁数值模式率 定之参考。 大部份庭用影像虑理技街的罔题都 是将三维空同投影至= 维平面上，因此 其中必须作座探系统之祷换。若考虑上 进雨往座檩系统分Y I , 】属卡氏座操 ( C a r t e s i a nc o o r d i n a t e s ) 及辑影座檫 一 * M z t z i E；lul4 高含砂支流入雁主河形成之冲稿厨形恕研究 ( c a m e r ac o o r d i n a t e s 、，而卡氏座榇舆裤 影座揉之辩挟可颊似力学中不同座棵棒 换一檬，考虑焉一乎移作用( t r a n s l a t i o n t e r m ) N -
13、旋搏作用( r o t a t i o nt e r m ) 之合成 f J a h n e ，2 0 0 2 ) 。亦即视焉将卡氏座棵之 原黠平移一向量至揖影座操之原黠後， 再作一旋辑使得雨系统重合。在数学 上，平移效鹿属向量相减，而旋鞲则可 视焉将篡矩障乘上弦座棵系统。 因此，本系薹屯之座揉辑换如固4 所 示，若定袭r P = I x PY p 却 1 属在卡氏座棵 上J D 黠之座棕，其舆辑影系统相嗣投射 於= 难影像平面中上之尸黠之座檩属 R P “= X p “。y ，1 1 ，可考虑如下之棒换 万式( S p i n e w i n ee t 目f 一2 0 0 3 ：N i 2
14、0 0 4 ) ”】，“ o 一 r 1 、 式中，“焉一泱定影像舆费髓之间棒换 及比例嗣俘之参数；【A ”1 t L b ”别分别 代表旋蒋舆平移效庶的矩障( 【A ” 大小 焉3 3 ) 厦向量( b ”7 大小焉3 1 ) 。将( 1 ) 式中之d 消去，可得到雨组方程式，假 彀存在一系列定位黠一，其包含了卡氏 座操舆影像座操之封庭嗣保，将其代八 方程式可用米决定 A “J 】及b 中之各元 素口。f A 及b r 如下 _ T “口，一_ “+ r 。J ，W h _ “：“i + 、” 上式中有1 2 佃未知敷，因此理希上最少 需要6 佃定位黠，可组成1 2 佃辫立方程 式，将各未知
15、敷一一解出。 曹【A 】及b 雄定之後，令【p 1 = 一 【A 一b 川、q = A m 】I X P m 7 Y ，l1 7 ， 改窝f 1 ) 式焉 卜y y ：? 1 ：? r = b 】+ “q “f 2 、 亦即 。? 2 一”_ 训：2 一一对r 3 a - c ) 因此，如果雷射光簟缘的位置v 。“能碓 定，则由( 3 b ) 式可换算出口，追而利用 ( 3 a ) - g t - ( 3 c ) 式推算出P “及P “。如此整 捆雷射光肇缘座檬可以鞲换得到，再调 整雷射光肇位置，可以计算垫倜堆稽髓 的地形资料，蹭地形固亚储存描案，由 此敷位地形资料可计算堆稽髓稽。 圃3 地形
16、量测系托示意圈圃4 座栋棒换示意厢 r口 三、梏果舆尉摘 羲冲稽扇的形W ( X c v ，y f 。) 如下 3 1 地形量测秸果 虑用前迹之地形量剐方法，以一组 肯喻焉例( 臼。= 9 0 。Q 。= 0 6 6 ( 1 0 4 C I I I S ， f = 1 9g c m ，S ，= 1 0 ) ，其结果如固5 ( a ) 所示，将其地形等高缘舆原地形比较如 图5 ( b ) ，颞示雨者颇能符合。依照同橡 地方法计算所有的汁横扇髓稽，将其舆 支槽坡度之鞠保给成圊6 ，其中寅。苻 兢代表d _ 1 9g c m ，空心符虢代表 d F l 6g c m ，而三角形代表臼，= 4 5 。， 方形代表目，= 9 0 。，圆形代表臼F l3 5 。往圆中可以看出冲稽扇髓稽舆交匪 角度躺傈亚不十分颧著，影窨冲棱扇髓 榜大小最主要的
