高公局中工處陳志遠/撰稿及圖片提供
一、國道橋梁水位警戒值與封橋值檢討
依據高公局災害防救標準作業程序，於颱洪時，如轄區橋梁經勘查或監看有接近或達橋梁警戒水位峙，應指派專人定點警戒監看，並完成封橋人員、機具與器材之整備，並於河川水位達封橋水位時進行封橋作業，以避免用路人遭受生命與財產之損失。
該程序書亦敘明，無沖刷之橋梁(橋基未裸露者)，其警戒水位為距梁底淨空2公尺、封橋水位為距梁底淨空1.5公尺；惟有沖刷之橋梁(橋基裸露者)，其警戒水位及封橋水位應於每年非汛期期間，勘查現況檢討調整之。
本處國道1號中沙大橋雖因設置固床工保護，橋基未有裸露，惟明顯屬長期受沖刷之橋梁，本處即於104年辦理「國1中沙大橋、烏溪橋及國3濁水溪橋墩基保護方案暨精進沖刷巡檢機制工作」以訂定該橋之「警戒水位」及「封橋水位」，概念為利用「二維輸砂模式」分析「洪水位與橋墩沖刷深度關連性」，並藉由數值模擬及經驗公式計算最易達到容許沖刷高程之橋墩(控制橋墩)，並由該橋墩之危險臨界沖刷深度之對應水位作為「封橋水位」，並扣除「預警時間」與「最大洪水上漲速率」之乘數，即可反推其「警戒水位」，詳述如後。
| A. |
警戒、封橋水位定義： |
|
●警戒水位：機關人員、機具及物資完成整備，並待命執行交控之水位。 |
|
●封橋水位：水位到達行動值，且未來水位有持續上漲趨勢，職責機關人員、機具及物資執行交控之水位 |
| B. |
警戒、封橋水位值設定： |
|
●警戒水位＝封橋水位-最大洪水上漲速率×預警時間 |
|
●封橋水位＝封橋控制高程=危險臨界沖刷深度對應之水位 |
|
其中封橋所需要預警時間，此時間需考量到人力、物力、交通導引、新聞媒體傳播、中央應變中心防救災通報等所需時間，暫訂為2小時，此時間可依需要進行調整，以符合實際狀況所需。 |
二、封橋水位及警戒水位分析
橋墩(梁)封橋、警戒水位值訂定分析流程，如圖1所示：
 |
| ▲ |
圖1 橋墩警戒、封橋行動值分析流程
|
詳細步驟如下：
| 步驟1： |
計算橋梁位於河道主深槽各橋墩最大可沖刷高程。 |
| 步驟2： |
利用水理、二維輸砂模式算出各橋墩為於河道主深槽各橋墩前最大水位、水深、速度向量分佈，再利用各橋墩局部沖刷公式計算局部沖刷深度取得平均值後，取得局部沖刷深度，沖刷深度=局部沖刷深度(經驗公式取得)+(河槽束縮沖刷深度+河床質移動層厚度)(二維輸砂模式取得)+河床長期沖刷深度(經驗公式取得)。 |
| 步驟3： |
根據現況地形與橋墩前斷面資料，找出最易達到最大容許沖刷高程之橋墩。 |
| 步驟4： |
利用步驟3所得之橋墩之水位，對應「洪水位與橋墩沖刷深度關連性」(二維輸砂模式分析所得)，即可推算橋墩封橋水位控制高程。 |
| 步驟5： |
利用流域水文之雨量與潮位不確定性分析與一維水理模式計算出該橋梁之最大洪水上漲速率值，並藉由封橋預警時間與最大洪水上漲速率反推橋墩警戒水位。 |
三、國道1號中沙大橋之封橋、警戒水位值
本處藉前述步驟計算如下：
| 步驟1： |
本橋最大沖刷深度以橋梁基樁設計資料為主要參考依據，如表1所示，本橋之基礎均屬全套管基樁(非摩擦樁)，最大容許沖刷深度為基樁長度之1/2(即1/2HP，以原建補強基樁為基準計算，樁長20m，可沖刷深度為10m)，即可計算出各橋墩最大可沖刷高程。 |
| 基礎型式 |
沉箱基礎 |
全套管基樁 |
備註 |
| 基礎裸露程度 |
| 輕微（觀察值） |
>1/4 HP |
>1/5 HP |
留意觀察 |
| 嚴重（警戒值） |
>1/2 HP |
>2/5 HP |
進入警戒狀態 |
| 極嚴重（行動值、封橋值） |
>2/3 HP |
>1/2 HP |
採取交通管制、封橋之值 |
| 步驟2： |
沖刷深度=局部沖刷深度(取4經驗公式平均)+(河槽束縮沖刷深度+河床質移動層厚度)(二維輸砂模式取得)+河床長期沖刷深度(以10年內近三期測量資料評估)，計算100年重現期流量沖刷深度如表2所示。 |
| 表2 國1中沙大橋100年重現期流量橋墩沖刷深度之輸砂模式推估(m) |
| 橋墩編號 |
Laursen (1962) |
Neill (1964) |
Shen et al.(1966) |
Jain and Fischer(1980) |
局部沖刷(平均) |
河床長期沖刷深度 |
輸砂模式 |
橋墩沖刷深度推估 |
| P14 |
3.84 |
5.90 |
6.88 |
5.68 |
5.58 |
-1.37 |
1.68 |
5.89 |
| P15 |
5.16 |
7.00 |
8.79 |
7.23 |
7.05 |
-1.37 |
2.24 |
7.92 |
| P16 |
6.32 |
7.78 |
10.62 |
9.31 |
8.51 |
-1.37 |
2.63 |
9.77 |
| P17 |
6.14 |
7.80 |
9.03 |
8.32 |
7.82 |
-1.37 |
1.96 |
8.41 |
| P18 |
5.96 |
7.69 |
9.16 |
8.34 |
7.79 |
-1.37 |
2.63 |
9.05 |
| P19 |
5.90 |
7.63 |
8.57 |
7.95 |
7.51 |
-1.37 |
1.96 |
8.10 |
| P20 |
6.03 |
7.65 |
7.81 |
7.52 |
7.25 |
-1.37 |
2.86 |
8.74 |
| P21 |
5.82 |
7.58 |
8.39 |
7.87 |
7.41 |
-1.37 |
2.59 |
8.63 |
| P22 |
5.83 |
7.58 |
8.69 |
8.08 |
7.54 |
-1.37 |
1.89 |
8.06 |
| P23 |
6.06 |
7.64 |
8.27 |
7.88 |
7.46 |
-1.37 |
3.05 |
9.14 |
| P24 |
6.05 |
7.68 |
7.97 |
7.82 |
7.38 |
-1.37 |
2.86 |
8.87 |
| P25 |
6.04 |
7.66 |
7.94 |
7.75 |
7.35 |
-1.37 |
1.87 |
7.85 |
| P26 |
5.94 |
7.63 |
7.42 |
7.50 |
7.13 |
-1.37 |
2.38 |
8.14 |
| P27 |
5.94 |
7.62 |
7.77 |
7.65 |
7.24 |
-1.37 |
2.12 |
7.99 |
| P28 |
5.99 |
7.63 |
6.72 |
7.49 |
6.96 |
-1.37 |
1.99 |
7.58 |
| P29 |
5.94 |
7.57 |
8.05 |
7.80 |
7.34 |
-1.37 |
1.77 |
7.74 |
| P30 |
6.00 |
7.63 |
8.35 |
8.00 |
7.50 |
-1.37 |
1.24 |
7.37 |
| P31 |
6.08 |
7.71 |
7.65 |
7.67 |
7.28 |
-1.37 |
1.25 |
7.16 |
| P32 |
6.01 |
7.70 |
7.76 |
7.71 |
7.30 |
-1.37 |
1.15 |
7.08 |
| P33 |
6.02 |
7.70 |
7.09 |
7.60 |
7.10 |
-1.37 |
0.89 |
6.62 |
| P34 |
6.20 |
7.70 |
8.35 |
7.98 |
7.56 |
-1.37 |
1.43 |
7.62 |
| P35 |
5.85 |
7.57 |
6.94 |
7.40 |
6.94 |
-1.37 |
0.8 |
6.37 |
| P36 |
5.77 |
7.42 |
8.25 |
7.74 |
7.30 |
-1.37 |
1.32 |
7.25 |
| P37 |
5.64 |
7.39 |
8.01 |
7.52 |
7.14 |
-1.37 |
1.45 |
7.22 |
| P38 |
5.83 |
7.44 |
7.16 |
7.18 |
6.90 |
-1.37 |
1.91 |
7.44 |
| P39 |
5.80 |
7.45 |
8.20 |
7.71 |
7.29 |
-1.37 |
0.86 |
6.78 |
| P40 |
5.70 |
7.43 |
6.63 |
7.16 |
6.73 |
-1.37 |
2.21 |
7.57 |
| P41 |
5.84 |
7.53 |
6.89 |
7.33 |
6.90 |
-1.37 |
1.59 |
7.12 |
| P42 |
6.10 |
7.60 |
10.61 |
9.41 |
8.43 |
-1.37 |
1.61 |
8.67 |
| P43 |
6.01 |
7.64 |
7.43 |
7.53 |
7.15 |
-1.37 |
1.48 |
7.26 |
| P44 |
6.17 |
7.69 |
7.22 |
7.59 |
7.17 |
-1.37 |
2.23 |
8.03 |
| P45 |
6.38 |
7.85 |
6.66 |
7.86 |
7.19 |
-1.37 |
0.92 |
6.74 |
| P46 |
5.43 |
7.09 |
4.40 |
6.63 |
5.89 |
-1.37 |
0.29 |
4.81 |
| 步驟3： |
依據表2，找出最易達到最大容許沖刷高程之橋墩為P16。 |
| 步驟4： |
根據P16橋墩所對應之水位進行橋墩沖刷深度與水位之關連分析，如圖2所示，並根據該橋墩允許沖刷深度為10m（高程為16.22m），所對應之水位控制高程為33.91m，即訂為中沙大橋之橋墩封橋水位。 |
 |
| ▲ |
圖2 國道1號中沙大橋橋墩沖刷深度與水位之關連分析
|
| 步驟5： |
利用雨量與潮位之水文不確定性分析係採取歷史最大颱洪場次10場為選取資料依次分別為93年艾利颱風、97年辛樂克颱風、94年馬莎颱風、101年蘇拉颱風、102年蘇力颱風、94年611豪雨、103年潭美颱風、94年海棠颱風、98年莫拉克颱風、102年康芮颱風，與及110場水文合成事件做為濁水溪流域水文不確定性場次，總共120場水文事件，其中，包含代表性之最大洪水事件，將120場雨量、潮位資料輸入至檢定驗證後之水文水理模式進行模擬。模擬各目標站水位變化與各相關斷面之洪水上漲速率，據以決定洪水上漲速率。如表3所示，為國1中沙大橋處洪水上漲速率之特性，並進行國1中沙大橋警戒值訂定，本處採2小時作為工務段至現地準備之預警時間，與最大洪水速率相乘後，再以封橋水位(33.91m)扣除該乘數(0.9m)，得到警戒值水位約為33.0m。 |
| 警戒水位站 |
國1中沙大橋 |
堤頂高程(m) |
36.54 |
| 橋墩編號 |
P16 |
橋墩封橋值（m） |
33.91 |
| 橋墩允許沖刷高程(m) |
16.22 |
橋墩基礎鼎版頂高程(m) |
31.03 |
| 橋梁底高程(m) |
37.59 |
橋墩基礎鼎版底高程(m) |
26.22 |
|
| 預警時間 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
| 上漲速率 |
洪水上漲速率（m/hr） |
| 平均值(μ) |
0.08 |
0.1 |
0.12 |
0.16 |
0.15 |
| 標準偏差(σ) |
0.09 |
0.1 |
0.12 |
0.18 |
0.17 |
| μ+σ |
0.18 |
0.21 |
0.25 |
0.35 |
0.32 |
| 最大值 |
0.52 |
0.45 |
0.43 |
0.71 |
0.65 |
|
警戒值 |
| 警戒值(m) |
33.4 |
33.0 |
32.6 |
31.1 |
30.7 |
| 沖刷深度推估 |
9.9 |
9.8 |
9.6 |
8.8 |
8.5 |
| 警戒值對應洪水流量 |
25170 |
23600 |
22100 |
15900 |
14200 |
| 警戒值對應重現期 |
88 |
65 |
47 |
14 |
10 |
| 歷史水位超過警戒值次數 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
橋墩封橋水位與警戒水位訂定係根據現況條件進行相關分析與推估，有其基本之假設與限制，並隨著自然及人為環境之變遷，如集水區內地貌、地物之改變、保護工程陸續之推動、河道整治工程之實施、暴雨在時空分佈上之變化、大洪水事件之發生造成之河道劇烈沖淤等因素，將定期檢討修訂之。
