指導老師：黃隆明老師 研究生：陳天慈

1. 國立中興大學水土保持學系專題討論 台灣中部河口飛砂及揚塵之調查與研究Investigation and Study of Aeolian Sand and Fugitive dust on the Estuaries in Central Taiwan 指導老師：黃隆明老師 研究生：陳天慈 99年10月25日

2. 簡 報 大 綱 • 前言 • 文獻回顧 • 材料與方法 • 結果與討論 • 結論與建議

3. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 地震造成河床地層變化 • 上游地區建造攔水壩 • 強勁之東北季風 • 河川綠覆蓋或植生工程

4. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 研究動機：瞭解飛砂移動機制 • 研究目的：研擬飛砂防治對策之依據 • 飛砂與揚塵差異： 飛砂 揚塵 高度：1.5 m以上 高度：1.5 m以下 粒徑大小：2 mm以下 粒徑大小：10 µm以下 運動型態：滾動 跳躍 運動型態：懸浮

5. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 東北季風 自然因素 飛 砂 及 揚 塵 原 因 冬季枯水期 引水渠道 攔河堰 人為因素 農作休耕裸露

6. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 利用現地觀測獲得： • 風蝕量及揚塵量 • 揚塵量衰減之距離 • 飛砂量估算方程式 • 進行風洞試驗獲得： 不同風速、高度、砂粒粒徑及砂粒含水率與飛砂及揚塵之關係。

7. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 台灣中部河口飛砂及揚塵之調查與研究 研究流程圖 實驗設計 文獻回顧 試區勘選 現地實驗 室內實驗 風速與風向觀測 風蝕深度觀測 飛砂與揚塵量觀測 揚塵衰退量觀測 砂粒粒徑分析 風速及粒徑與飛砂量觀測 砂粒含水率與飛砂量觀測 飛砂量與揚塵量觀測 高度與揚塵量觀測 風速及粒徑與揚塵量觀測 數據彙整及分析 結果與討論 飛砂量與揚塵量推估式 結論與建議

8. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 一、風速相關研究 風速垂直分佈以Prandtl之對數法則。

9. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 Bagnold (1935) 由風洞試驗結果，在有飛砂情行下，將Prandtl的風速垂直分布公式修正為：

10. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 吳正和凌裕泉 (1965) 在新疆塔里木盆地沙漠地區，用染色砂進行多次試驗觀測獲得各砂粒粒徑與啟動風速值 ：

11. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 Pye and Tsoar (1990) 彙整各學者門檻風速與砂粒間之關係 ：

12. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 二、飛砂相關研究 林信輝、江永哲 (1979) 以後龍溪砂為材料，於風洞內進行不同含水率之飛砂量試驗，發現含水率少於1.2 %時，飛砂量將近相同。介於1.2 %～2.1 %之間時，飛砂量急遽減少，若含水率大於2.1 %以上，則飛砂量甚少。

13. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 蔡明華 (1979) 由試驗田表層土（0～20 cm）砂分析發現，粒徑分布在0.25～0.42 mm者最多，佔79.60 %，分布在0.105～0.25 mm者次之，佔14.80 %，至於通過0.074 mm僅佔0.44 %，尚不及1 %。砂粒所佔範圍為94～97 %，坋粒及粘粒僅為0.2～1.5 %及2.8～5.0 %。

14. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 游繁結 (1989) 濁水溪河口飛砂量調查指出，表層土（0～2 cm）細顆粒含量少，大於0.6 mm之砂粒含量高達60～80 %，隨之深度增加（5～20 cm），則粒徑分佈越細，小於0.6 mm之砂粒含量高達80～90 %。 並於同一研究指出，溪床上飛砂主要發生在含水率小於0.5 %之條件下，在此狀況下飛砂量與砂粒含水率之多少無關。

15. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 Humberto Blanco、Rattan Lal（2008） 砂粒運動模式在取決其砂粒粒徑，其飛砂之移動型態可分為三個部份，即滾動（creep）、跳躍（saltation）及懸浮（suspension） ＜0.1 mm 0.1~0.5 mm 0.5~2 mm

16. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 Bagnold (1941) ㄧ般砂丘之粒徑分布下（1.0～0.1 mm），總飛砂量Q（g/cm-sec）與粒徑之平方根成正比得下式： C：常數，依粒徑分布而定 C=1（粒徑均勻分布） C=1.8（砂丘上自然分級砂） C=2.8（粒徑分布很廣時） d：砂粒粒徑(mm) ρ：空氣密度(g/cm3) g：重力加速度(m/sec2) U*：摩擦速度(m/s)

17. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 Chepil (1945) 對耕地之風蝕特性加以研究，得土壤之風蝕量之公式 ： C：常數，依土砂之不同其值約1.0～3.1之間。 ρ：空氣密度(g/cm3) g：重力加速度(m/sec2) U*：摩擦速度(m/s)

18. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 河村氏 (1951) 以剪力理論將飛砂量公式推導為下式： K4：常數，以日本靜岡縣海岸實驗所得K4 =2.78 ρ：空氣密度(g/cm3) g：重力加速度(m/sec2) U*：摩擦速度(m/s) U*t：門檻風速(m/s)

19. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 中島勇喜 (1979) 以因次分析推導出飛砂量之關係式為： d50：中值粒徑 U*：風速 σ：砂粒密度 g：重力加速度 ρ：空氣密度 M1、M2：常數 α：常數，中島實驗結果得α = 0.8

20. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 三、揚塵(PM10)相關研究 Tsoar and Pye (1987) 根據粉塵動力學研究指出，不同粒徑的粉塵顆粒與其可被搬運之距離。在一般風暴條件下，10µm以下的顆粒在大氣中可搬運百萬米，在氣旋性風暴(15m/s)條件下，10～20µm以下的顆粒在空氣中的搬運距離達500km以上，30µm以上的顆粒很難搬運到100km以外的地方。 王穎釗(1987) 於野外不同類型農田地觀察發現，植被高度是影響地表粉塵啟動摩擦風速的重要因素，隨著植被高度的增大而增大。

21. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 四、風洞實驗相關研究 Zhibao Dong (2002) 於風洞試驗結果，發現不同砂粒粒徑，其風速與各高度下之飛砂量關係 ：

22. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 Zhibao Dong (2007) 於風洞試驗結果，得知不同砂粒粒徑，其不同風速下之跳躍高度之關係。 ：

23. 大安溪流域 大甲溪流域 烏溪流域 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 試區概況 大安溪 大甲溪 烏溪

24. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 現地實驗 風速風向觀測 風速垂直分佈與高度之對數呈直線關係： 再由線性迴歸分析求出常數a及回歸係數b

25. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 多層風杯型風速計 1.5m 1.3m 1.0m 0.7m 0.4m 0.3m 0.25m 0.05m

26. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 現地實驗 飛砂量觀測 本研究採中島（1979）提出之方程式進行飛砂量評估 ，飛砂量影響的因子中，若以函數表示則可成下列函數式： 物理因子 符號 M.L.T 飛砂量 Q ML-1T-1 摩擦速度 U* LT-1 砂粒密度 σ L 砂粒粒徑 d ML-3 空氣密度 ρ ML-3 砂粒含水率 ω --- 重力加速度 g LT-2

27. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 現地實驗 飛砂量觀測 由上述各因子，進行因次分析，導出下列關係式： 假設砂粒密度及砂粒含水率與飛砂量成反比，則可將上式寫成下列函數關係：

28. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 BSNE垂直式集砂器 1.3 m 1.0m 0.7m 0.4m 0.3m 0.25m

29. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 水平式集砂器 0.25 m

30. 風蝕深度觀測 10 m 10 m

31. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 量測粒徑：PM10、PM2.5、PM1.0 及呼吸性粉塵 量測範圍：0.001～100 mg/m3 • 現地實驗 揚塵量觀測 1.5m

32. 揚塵衰減量觀測 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 現地實驗 1.15 km 1.3 km 2.32 km

33. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 室內實驗 砂粒粒徑分析 量測範圍：0.04～2000 μm

34. 實驗段剖面 0.5m 0.3m 流體差壓計 皮托管 風洞試驗段 進氣口風速調節片

35. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 粒徑及風速與飛砂量觀測 砂粒含水率與飛砂量觀測 • 室內實驗 皮托管 風 擾流板 地氈 砂 集砂盒 砂粒粒徑：2.00~0.84mm、0.84~0.42mm、 0.42~0.25mm、0.25~0.15mm及0.15mm以下 砂粒含水率：0～5.96（％）共 16 種。 風速：4、5、6、7、9、11、13、15m/s，共 8 種風速。

36. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 室內實驗 粉塵採樣點位置之選擇 風 粉塵計 擾流板 地氈 砂

37. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 飛砂量與揚塵量觀測 高度與揚塵量觀測 • 室內實驗 風 粉塵計 擾流板 地氈 砂 集砂盒 高度：1、3 、5 、7 、9 、11 、13 、15 、17 、 19cm，共 10 個高度。 風速：5～15m/s，共 11 種風速。

38. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 粒徑及風速與揚塵量觀測 • 室內實驗 風 粉塵計 擾流板 地氈 砂 砂粒粒徑：PM10、PM2.5、PM1。 風速：5～15m/s，共 11 種風速。

39. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 現地實驗 飛砂量影響因子分析 大安溪U0.25風速與飛砂量關係

40. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 現地實驗 飛砂量影響因子分析 大甲溪U0.25風速與飛砂量關係

41. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 現地實驗 飛砂量影響因子分析 烏溪U0.25風速與飛砂量關係

42. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 現地實驗 風蝕深度觀測 大安溪砂粒密度2.66g/cm3、PM10含量5.8%。大甲溪砂粒密度2.63g/cm3、PM10含量4.6%。烏 溪砂粒密度2.43g/cm3、PM10含量2.1%。

43. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 現地實驗 飛砂量觀測 大安溪飛砂量推估式

44. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 現地實驗 飛砂量觀測 大甲溪飛砂量推估式

45. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 現地實驗 飛砂量觀測 烏溪飛砂量推估式

46. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 現地實驗 揚塵量觀測 大安溪飛砂量與揚塵量之關係

47. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 現地實驗 揚塵量觀測 大甲溪飛砂量與揚塵量之關係

48. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 現地實驗 揚塵量觀測 烏溪飛砂量與揚塵量之關係

49. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 現地實驗 揚塵衰退量觀測 大安溪 對照點揚塵濃度 － 觀測點揚塵濃度 ×100 遞減率 (%) = 對照點揚塵濃度 揚塵相對濃度每公里約遞減：68%

50. 結果與討論 結論與建議 前言 文獻回顧 材料與方法 • 現地實驗 揚塵衰退量觀測 大甲溪 對照點揚塵濃度 － 觀測點揚塵濃度 ×100 遞減率 (%) = 對照點揚塵濃度 揚塵相對濃度每公里約遞減：81%