水庫密度流分層模式之發展與應用(I)

Abstract

水庫乃供水、防洪與休閒之重要設施，集水區過度泥砂產出將影響水質、降低水庫使用 年限，甚至影響取水工、電廠與壩體安全，因此，瞭解庫區泥砂運動特性對水庫永續利用有 其必要性。異重流為庫區細粒泥砂輸送之重要行為，其運動機制受泥砂濃度、溫度、潛入與 水庫回流等因子控制，現象複雜而難以量化並預測，目前尚未有完整之理論基礎。隨著電腦 計算能力的進步，數模模式或許可成為瞭解異重流機制的重要工具，許多三維雷諾平均方程 數值模式已應用河川、海岸等方面之模擬預測，但仍有許多困難有待克服，諸如底床剪力、 上下游邊界等處理。 為了能更精確模擬水庫流場與泥砂運動並兼顧可行性，簡化泥砂運動二相流本質，本研 究擬發展一水庫密度流分層積分模式，模擬區域將應用交錯格網並將水體分為數層，控制方 程式植入形狀函數並沿各層積分得層平均方程式，由速度與剪力連續條件得代數方程組，水 深直接由控制方程求解，另，上下游如單寬入流、溢洪道與排洪隧道等邊界之處理也將一併 探討。本研究希望藉由水庫密度流分層積分模式之發展，能對水庫複雜流況與泥砂濃度分部 有更進一步之瞭解，而能對水庫防淤工作有所助益，以利水庫永續利用。