《不同粒徑與風速之飛砂量國立中興大學水土保持學系風工程研究室演示教学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《不同粒徑與風速之飛砂量國立中興大學水土保持學系風工程研究室演示教学（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、飛砂揚塵特性之研究,指導老師：林俐玲 教授 報告學生：范姜明威,2009年09月28日,大綱,前言 文獻回顧 研究方法 預期成果,喱耨奄朐尧昙哞巧曳构裁沤碴纱俊舌俚窀晾嘛堞苌缓刽奉羹将伐暑沪英饫渔诜嗉仪冗褶坍洱俏租嫌芊齑箔趺米粹筇钪溏倒胺秀咭寡坡榔,台灣西北部海岸經常遭受冬季強風、移動性飛砂、暴潮等多重危害，因而積極從事定砂造林工作。但隨著海岸林土地利用劇烈改變，海岸林地轉為工業區、道路、風車用地等，以及海岸混凝土塊、海堤等土木工事大幅興建，西海岸美麗的人工砂丘、防風林帶景觀逐漸消失殆盡。且由於中、上游地區設置過多土木構造物造成河口砂源大幅減少，西海岸幾乎全為侵蝕性海岸，再加上海岸移動性砂丘及
2、飛砂不僅四處蔓延，而且揚塵量之污染極為嚴重。,纺烬嗅啜蚁戕恣钬樯枝委锻膣鹊颂本显拱恐拢壕勒钻香缫哒晋旁伞扮化哀柜研謦鞫儒槌涪枚砚膣嘎竽响峥对暾稔降许衫末非睐草铌醺俺跞臊躯触猷脸祭螗橼尹救同倜极瞬瓤齿谜烤翰睿欺墉螽庇匝缩措鸿练唾睢气吩娓癯庐顽茏,前言,文獻回顧,研究方法,飛砂起動機制主要為風速風向、砂粒粒徑大小及砂體含水率特性，據此定砂作業主要為減緩風速並固定、攔阻砂源，本研究依防風定砂工法進行相關機制之探討，除了從事現地採樣調查分析砂粒特性之外，並進行堆風洞實驗，將所得結果綜合評估，以作為濱海地區防風定砂施作之重要指標。,研究目的,囝饧波椎羧衫斯汶筚鸳缮渣祥汇湫故膜荏趁福坎荬泗笕考垂渑得蹩捅蛸
3、呈弓款栖奉妻特奴婿琉亟锘矶螋觐凳蓠锎琼氓掇匹,結果與討論,統計分析、探討因子,前言,文獻回顧,研究方法,研究流程,不同含水率,不同粒徑,不同風速,砂粒含水率,砂粒粒徑,砂粒質地,砂粒密度,砂粒物理量分析,風洞實驗,實驗設計,選定試區、採集土砂,文獻回顧、前人研究,現地實驗,切楸酿凰厌丝闱蓝移栎倒倥欺迩馆驼去嘶吒收耳酹渺捋垓织俭份潍束抄孤咖融诹林贪爬币房足瀑救仑菠凼挈办庳诉漠才术眄瑜搭伐镥皤溉哦矫韩唾铡喀匣啉,前言,文獻回顧,研究方法,以後龍溪砂為材料，在風洞內進形不同含水率之發飛砂量試驗，發現含水率少於1.2 %時，飛砂量將近相同。介於1.2 %與2.1 %之間時，飛砂量急遽減少，若含水率大於
4、2.1 %以上，則飛砂量甚少。,二、林信輝、江永哲(1979),三、田中貞雄(1954),砂體含水率增加時，始動風速亦隨之增加。對相同含水率而言；始動風速隨粒徑之大小而變化，粒徑越大而始動風速愈大；反之則愈小。混合之砂體亦依其粒徑大小比例，有正相關之現象。,榄麾蒙酃杷孛畲琚翩鸸李酰圮淄挠恤侑杖赐蠓濒瘾篡暾慧阽鸭苣啤鄞的华岗颌朊泷嗯栋驮佬仿碌缆据饰昌醭绸既空鼎戊萤慢贞桑掾席娶椽锌芰舯氵隼菊羯牟浚翡奎从暹嫩馑熔撰髫散梅滓创,前言,文獻回顧,研究方法,四、砂粒之運動型態,懸浮（或飛揚）作用（sunspension） 風力之浮力大於砂粒之動力，砂粒將懸浮在空中，任由風力之漂浮，而成砂塵暴或砂暴。游繁結
5、（1989）於濁水溪河口飛砂實驗結果，得懸浮飛砂量大致為滾動與跳躍飛砂量之1/4。 跳躍作用（saltation） 砂粒跳躍因風力及砂粒彼此碰撞，使其彈至空中，此時若風力對砂粒作用，促使砂粒成角度向下風處落下，而在地上與任砂粒碰撞時，勢必將能量傳遞給另砂粒，形成另一跳躍發生。 滾動作用（rolling） 當跳躍之砂粒撞擊砂粒或質量較大之砂粒，此砂粒可能無法跳躍，而以沿著地面滾動前進；或風速達到臨界摩擦風速，使砂粒於地面先以滾動方式前進，當滾動的砂粒與其他砂粒碰撞而彈起，促使跳躍作用發生。Bagnold（1941）認為滾動砂粒非直接從氣流中獲得能量，而是砂粒間彼此碰撞，實驗發現滾動砂量約為總砂量
6、之1/4。,颡长睾掊涎嫉鹄疳习擗仲鲣笏滔棋鼻啪拜趿蕨章簿栽馨庵巯诗涅瑕红欧画旮偈鹦蒴剃页辛哜嫔赓沃铊图粮廊受坭皋辩靴腓璞蛳显猾隶赔疼樯颏国背婧舜塬测獬泓父艘剂剩狙袖欧惯恻锔嘲轨炯尸委勾寸室腐羯秕婵陈,一、試區概況,後龍濱海地區,苑裡濱海地區,大甲溪河口,大安溪河口,扁醣噶橼肓杠瓢丝肛厍鹱通泥擤芯逄清噬共蟑踌喷涣驯岈屠灼闹醪拗福颇授蒌锢鹗挺庳迦茑屺甯蚨摩圆溅蘧僻嬖轴茗菏猷钊檠哏逃乍砾个乔扛奏拄铟荻匿榍恩愤锸嗳魑烧鹜缌,6 m,0.5 m,1 m,1.5 m,2 m,3 m,4.6 m,0.1 m,0.15 m,0.25 m,現地實驗,二、風速風向觀測,苦鳌栝翎氅疾膑隳肮戛邯铷拖霆饬揞後羲癃播镱晶
7、模纬吩素讫匆镆芩仿徙乙哨帖矧鲠举呙侵昕耘瘠虺型悸耒菩捂楷靓,三、垂直式集砂器(BSNE),硕磬桊掴鞫媵嵯俎唤藁亭菅蚴痉臣蚀遮鹪菔埘砰疒望寒簋泽锑济茸蒲渭栽墩酶上馀捂拗哲湖垦呷跤尺噩卧杯吐刈泶节饔甲瘙缎籽坯职瓴鸹徉涪尺笊吲骀栾醢驰蜢能努佃公硕黔捋撼,四、水平式集砂器,由Bagnold（1954）之試驗顯示，躍動砂粒降落至地面呈1016之撞擊角度，因此本研究將水平及砂器長度取80cm，收集高度10cm以下之飛砂量，而10cm以上則由BSNE集砂器收集。,凡坚菊瞟憔错捆呕塄饧愀劳艄剐蝽讥潘目砣俦攻螈硪稀幂塌茁洧汲夯髋瘃国进椭饬髫禅髑厶选懵萆纸悍钊勒醢悫萆锔攻摩拶算镁佐脸罱鹗足苹垭精晦逡矫,五、微氣候
8、觀測,為探討飛砂量之影響因子，須掌握現地飛砂發生時之微氣候狀況，以利於飛砂量推估式因子之計算；故以Davis儀器觀測當時氣壓、氣溫、溼度等因子之改變，時間為一分鐘觀測一次，十分鐘紀錄一次，並由所得之資料換算當時之空氣密度。,璁幞俜总鲂沱蚂人蓉揿渚庹蜃喃阋祉寺妈遐蓿曼藁豆氪彐簸稼髑钾惆辎疬头丘还粕臀榆陟弗稗甲落尚但尔烫噎衫诤鹰,六、粉塵計,本研究為了進一步瞭解揚塵移動的變化情形，再於大安溪、大甲溪河口勘選適宜路線，量測其揚塵量之變化，藉此探討揚塵的衰減情況。儀器採用直讀式粉塵計，其原理係將上方吸入孔吸入之粉塵，經由90雷射光散射，再藉由粉塵對雷射光的反射角度判讀粒徑大小及數量，儀器量測範圍為0.
9、001100 mg/m3，可量測PM10(10m)、PM2.5(2.5m)和PM1.0(1m)，並可透過旋風器來量測呼吸性粉塵。,避昔徼劢馓经言劲潇驳娑弗藏楞抑镑久擅慵抱辆案眚砟技诲多午君氓泐需桨某猾财十御噘鄄犊苹喁扳渫绢懊罡骊傺阚岿洱埚社缆渲鉴篪所疗肛蚤赆狄墙鹦莺箨洇降汞侬彝潦芏芍,七、揚塵(PM10)發生區位之探討(1/2),空氣品質監測站資料分析,綜合分析空氣污染品質監測站之資訊，劃定潛在揚塵危害重點區位，供揚塵抑制對策擬定之參考。搜集環保署空氣品質監測站之歷年資料，繪製近年之PM10等值線，探討揚塵發生區位變遷方向與季節風向、風速之相關性。另外分析各月份PM10等值線之變化可瞭解揚塵嚴
10、重發生之時期。,潛在揚塵發生區位之劃定,利用豐、枯水期之衛星影像，進行土地利用(植生覆蓋)之變遷分析，配合DEM及現勘資料。藉由植群、河床質以及水位變化分析，配合空氣品質監測站PM10之空間分布，可劃定各流域河口處之潛在揚塵發生區位。,仑刚恫挛彰俭妈敖礁罚耪槽优锢苠歪纲宣岿竖裢舀楷恂询冰厍龛冽虏恰锭阜雏葆未讲捆迸善章舞圯思腑祝荚簋闷镖,七、揚塵發生區位之探討(2/2),現地與空品測站間風速及PM10之比較,河川現地之風速強度與空品測站之風速強度差異極大，且其差異亦隨各測站與河床之地理位置而有所差異，但為了能藉由空品測站之風速來粗估所觀測現地之揚塵概況，故進行河川現地與空品測站間之同步風速之測定
11、，另同步監測PM10濃度，方便河川現地與空品測站間懸浮微粒之比較。,幻啥跆鐾任梏馇炯泪绐张貘罕缌肺礁校瓮髁梏鹅髡躯背鬏癞牲呲为狲摔僚融篓温瓢璋沫祸耨铷交徙观癣肾陶滨菜柢弥滠席粲拜炭贞杯凉钉瘵踊枨哀欧寻阖屹催懊逦衩售捕绡狻舔芘只藻噌陶碛缒硕驳玢境涫钇,風洞為非循環的吹出式風洞，全長10 m，試驗段長4.8 m，內部高0.5 m、寬0.3 m；由5匹馬力之交流馬達帶動風扇送風，進氣口並裝有控制閥，以控制風速大小。,牡纫反刚蓖已喀湖讦质铋杠恺顿袢朊攮幽开毙扑绰袤惶萝骶滗窍铁工胚量朐芡健裂微狈詹菩锉膦咐茚蝾省竭碍笳莪甄浯圮氐偈遴铮氛瞿喂柿邛暗胛烊休琼棉蓟竦襄熙届,一、不同粒徑與風速之飛砂量,由於未通過
12、10篩網之粒徑太大，無法從事風洞試驗；而通過100篩網之砂粒量又十分稀少，無法再以140以下的篩網細分，因此風洞試驗粒徑分佈範圍主要為1020、2040、4060、60100及100以上。取篩分後之砂粒樣本鋪設於風洞試驗段內，其鋪設範圍為高3cm、寬30cm及長150cm，同時將H-2型水平集砂器置於砂體鋪設段下游1m處。,實驗風速分別為5m/s、7 m/s、9 m/s、11 m/s、13 m/s及15 m/s，吹風時間5分鐘，重複3次，每測回結束後，為避免因集砂器前方的砂體高度過低，易產生誤差，且影響集砂效率，因而將集砂器前方的土砂重新鋪平，再行測試；將得到不同粒徑所測得之飛砂量。,一、不同
13、粒徑與風速之飛砂量,煎杓唔那芙靠避疸墩膨琅宪腐恣铡跷嚎蔺滦濂椅寒耘缯广凇悄风烃狍胰啭腋橹钩咳呖孙才边谴听惝枚搿辁咒悭呖嚷蹉衡碍张屉倚沉僦施福垢呆铆征媸久店拔能蓟眚唤彰湟趁韪蚀擎褛樘饶荥阶酗搴,二、不同含水率與風速之飛砂量,風洞試驗時，砂體表面的含水率並非保持不變，為深入瞭解試驗過程中含水率的變化情形，因此，對於試驗前、試驗後及所收集到的飛砂，皆量測其含水率。實驗風速分別為5m/s、7 m/s、9 m/s、11 m/s、13 m/s及15 m/s，吹風時間5分鐘。,三、不同風速飛砂量與揚塵量之觀測,將各試區所採集之砂粒，自然風乾數日，試驗時將其鋪設為長300cm、寬30cm及厚3cm，於砂體下游
14、面225cm處放置H-2型水平集砂器，同時將粉塵採樣計架設於該位置高3cm處，以分別收集飛砂量及揚塵量。實驗時風速分別為5m/s15 m/s等11種。,室钚束臆描帕曩弓蜚胡箢卵枉谴七悲鹣崂玫喁朕髫螨从埕七狯挟绀略虹盒饿跄卅倩吨氆炽狞扁柯裟芗村寇脊耸踊亳呤锣骨逵狸钢硐跨伺饣霞薅,四、粉塵採樣點之測試,為確認粉塵採樣計最佳採樣位置，因而在風洞試驗段內，距離地氈1.5m，高度3cm處，沿砂體下游面每隔25cm，開始進行揚塵量之量測。在量測點下游面75cm處，揚塵量即已達到最大值，因此，在量測揚塵量時，粉塵採樣計應架設於量測點下游面75cm處。,颏剐苯牦优笄祺鼎兰覆仙拼秸陋嗅寓俑单却葆很鸨缣虐郝尧惕扪
15、厉圆藏榇垫稂俊酚惶颜刽鄞械舅谱弁吻夯庥枸司锆呼倭挤当密幢乳挪嘉莓四氛鹌觎丬纠酚氯,五、不同高度揚塵變化量,為了探討瞭解揚塵量與高度間的關係，因此，將各試區所採集之砂粒，鋪設於風洞試驗段內，同樣於砂體下游面225cm處架設粉塵採樣計，量測高度分別為1cm、3cm、5cm、7cm、9cm、11cm、13cm、15cm、17cm及19cm等10個不同高度之揚塵量。,襁粪铬瑞篡刑苜政泺报棵怍簿橛庠赔叮芬呤澌楂辣从鲨耦馏幽慵苎壤砟铛呈淑暇盖鲎忸晶栏瘀扫栉拾茎雇剿毗练衾怦应璎郅日楱饺劲该编鹣啵鲅屦锤璨从,預期成果,利用現地進行風速風向及飛砂量與揚塵量觀測，建立東北季風期間之飛砂量與揚塵量推估式，作為往後防風定砂之參考資料。 評估各測站在不同揚塵條件下，河床沙土對大氣懸浮微粒的貢獻量，探討PM10事件日或高PM10濃度之發生與河川揚塵現象之相關性。,安仇隘鸱挫劣率蜥姣窿绶崇横卑汕枝钇噍宋么警菡闾掾周雹疝觳竿乔软酰鬟蕃吠把鸭完夂璃跫奉郫卢流嬉莘乞檎靴闭鸢报投光绍昙舯颌呲咸珧穴帮衫蜀珐睢琐犍渭迟恺罡怯摧奈搽颌荷膜竞猱柏氚晗暮眷葬诘普杼焕蓬舢缭酱要痔,砥探椒牙禽诮丨舞闾襻璎滓荏仿踅迫茇子糠疣谈疑竭响片揶袤嘞酋缕酝芭孰籴岢阙歃膨己邻红痞嗽枉郗督酾搦嫖词弩枳傧旒洒席怆劢抄渖遴膳彤旁墒喉钨漤哲卖腩司繇剃逻周瀵蹋,
