摘要：本研究利用NETSTARS模拟二维水理输沙模式进行仿真[1]，讨论因疏浚而产生河道的水理变化、河床高程变化，探讨在重复发生洪水历线下河道水理变化及泥沙的冲淤，了解河川疏浚后的水理与输沙演变趋势[2]。 关键词：冲淤潜势；NETSTARS；疏浚；输沙
1 研究目的
为达到探讨疏浚后河道冲刷、淤积及水理变动目的，本研究利用NETSTARS模拟二维水理输沙模式，在假设条件下进行模拟后讨论因疏浚而产生河道的水理变化、河床高程变化等相关问题，了解天然河川疏浚后的水理变化、影响范围、冲淤潜势及冲淤潜势变化等多项可能的特性，并探讨水理与输沙演变趋势等相关课题。
2 NETSTARS 模式简介
NETSTARS模式是可用于模拟辫状河系及水库冲淤变化的模拟二维水理输沙模式，基本上以GSTARS模式为主架构融入BRALLUVIAL及CHARIMA两模式并加以扩展，兼具三个模式的优点，功能亦较为完备。对主支流、复杂河系、陡坡、缓坡、水跃、定量流及变量流的水理与相对应底床冲淤特性皆可模拟，同时藉由GSTARS模式的流管概念执行输沙演算，反应河床横断面的变化[1][3]。 3研究区域概况
河溪全长约为136公里，流域面积1372平方公里，多为低度开发山林，流域内地形高度落差大，地形整体自东北方向西南方递减，高低落差约4000米。中、上游平均坡降较大坡度较陡，使得河溪水流湍急，挟带沙石能力相对较强，河槽呈辫状分分歧，主槽流路常随洪峰的发生而变迁，河性不稳定，属典型急流型河川。
4 疏浚影响分析 4.1 模拟范围及方法
数值模拟范围定为河溪上游六定桥断面东河43至宝来二桥断面83，总长约18.6公里。此河段中另有新民水位站可供模拟水位检定，同时断面65开始以上河道目前皆高于计划河床高，处淤积量较严重状态，择定此区间为模拟范围。使用NETSTARS 模式做为模拟评估分析的工具。 4.2 模式检定
NETSTARS 模式有许多参数不确定，需经过验证才能预测未来河川底床变化的情形[4]。
根据模拟结果（图1）显示仿真水位值与实测水位值趋势相当接近，本研究的河段断面曼宁粗糙系数值n定为0.045。
拟定44组冲淤控制参数变化测试方案（表1），选择四个相关研究常用的输沙公式分别为Yang’s、Engelund-Hanson、Meyer-Peter and Muller 及 Schoklitsch 公式[5]，通过各方案模拟结果得知输沙公式以Yang’s最佳，平均误差平方根为1.59米，Schoklitsch 误差最大，平均误差平方根为2.88米，最能适时反映出底床变化的是方案7，误差平方根为1.3米，以此方案作为本研究模拟的参数。
4.3 定床水理模拟 4.3.1 模拟条件
上游边界流量分别依10、20、50、100年重现期输入5431cms、6238cms、7189cms及7842cms。利用线性内插给予各断面一初始水位，并在定床条件下以起始流量计算至稳定，算出各断面的起始水位[6]。下游水位采用断面东河43的洪水位，分别依10、20、50、100年重现期给予238.87m、239.38m、240.01m及240.45m洪水位。
4.3.2 定床水理模拟成果
为了解不同重现期距的水理变化情形，以10、20、50、100年重现期洪水流量进行定床水理模拟，所得成果中以100年重现期为例，弗汝德数（Fr）＞1[7]的断面计共计21个，将其整理如表2。
综合上述可知河溪上游河段坡度陡峭，全河段坡度为0.0083，局部河段坡度更甚之，亦因位于山区受到地形限制平均断面宽度多较为窄小，导致流速皆较为大[8]。本河段各重现期洪水位差异不大，推断应为此区域位处上游，且本段河床坡度较陡可快速排洪，其水流湍急为典型的急流河川。 4.4 动床输沙模拟
在不同疏浚假设条件下，疏浚深度以计划河床高为基准平均最大可疏浚深度约2.5米，再配合疏浚长度及深度变化计有9个设计方案。疏浚深度变化以0.5米为一单位，可疏浚深度分别为2.5米、2.0米及1.5米三种，共有疏浚断面18个，疏浚沙石初估量约100万立方米。从不同疏浚条件模拟结果可看出河溪的整体河道为淤积趋势，下游虽有冲淤互现，但淤积情况仍大于冲刷，与目前现况河道淤积状态一致。依此趋势可知研究范围内的河道未来仍将持续淤积[9]。 4.5 方案比较 4.5.1 定床水理
（一）依疏浚位置讨论：
在相同疏浚长度条件下疏浚深度变化对水位与Fr产生的影响。综合各方案，可得 9 个比较组合（1与2、2与3、1与3、4与5、5与6、4与6、7与8、8与9、7与9）。
1.断面65-2至68-3
方案1至方案3的疏浚段为断面65-2至68-3，总疏浚长度为1.6公里。通过3组比较可知疏浚深度变化时对上游水理几乎不造成影响，疏浚段水位及Fr随疏浚深度变化而下降，疏浚段下游水位呈提升现象，Fr变化不明显，且疏浚长度为1.6公里时影响下游水理最小的为疏浚深度2米的方案2。 2.断面 65-2 至 67
方案 4 至方案 6 的疏浚段为断面 65-2 至 67，总疏浚长度为 0.8 公里，通过比较可知疏浚深度变化时对上游水理几乎不造成影响，疏浚段水位及Fr随疏浚深度变化而下降，疏浚段下游水位呈提升现象，Fr变化不明显，且疏浚长度为0.8公里时影响下游水理最小的为疏浚深度2.5米的方案6。 3.断面 67 至 68-3
方案 7 至方案 9 的疏浚段为断面 67 至 68-3，总疏浚长度为 0.8 公里。其疏浚后水位及Fr变化如图2所示。
（二）依疏浚深度讨论：
在相同疏浚深度条件下疏浚长度改变对水位与Fr产生的影响。综合各方案，可得6个比较组合（1与4、1与7、2与5、2与8、3与6、3与9）。
疏浚深度为1.5米时，疏浚长度改变时上游几乎不受其影响，方案4疏浚段
水位及下游水位呈现下降趋势，Fr变化相反但影响不明显。疏浚深度为2.0米时，疏浚长度改变上游几乎不产生变化，方案2与方案5相较时疏浚段水位及下游水位呈现下降趋势，而Fr变化相反但影响不明显[10]。疏浚深度为2.5米时，疏浚长度改变时与前述各组合具有相同趋势，上游几乎不受影响，方案3与方案6相较时疏浚段水位及下游水位呈现下降趋势，Fr变化相反但影响不明显。 4.5.2 动床输沙
用断面平均法估算冲淤量，将各方案与方案0进行比较，如表3所示。
综合模拟结果，长度变化趋势为疏浚长度缩短至疏浚深度为1.5m时淤积量为减少趋势，深度为2m时淤积量为增加趋势，深度为2.5m时则出现增减互现；深度变化趋势为疏浚长度为1.6km时，疏浚深度增加淤积量呈增加趋势，疏浚长度为0.8km时趋势相似，疏浚深度2m增至2.5m时呈减少趋势。 5 结论与建议 5.1 结论
1.研究范围河道坡度在0.022～0.0016之间，地形起伏明显，河川为DA交叉结合型状。
2.研究范围上游河道在不进行疏浚的条件下，由仿真结果显示研究河段未来冲淤趋势呈现淤积情况。
3.各疏浚方案模拟结果淤积总量变异性很大，上游趋势较为稳定，淤积发生仍主要集中在上游。疏浚对于疏浚段上游淤积量影响较小，对下游影响较大。 4.研究河段原来多处Fr＞1的断面，经疏浚后部分断面Fr＜1，Fr与流速及水位有关，Fr的降低可代表疏浚对洪水位、流速降低为有效措施。
5.疏浚段上游水理受疏浚影响不大，疏浚段水位下降与疏浚深度成正比，疏浚段下游水位与疏浚深度成反比。
6.疏浚段上游受疏浚影响范围较短，下游影响范围较长远，疏浚所造成疏浚段上下游间的影响差距颇大。 5.2 建议
1.由于输沙行为的复杂程度使得各项控制条件相互影响不易独立存在，不同河流有不同河性，甚至相同河流在不同河段河性亦有差异，故位置上因河性的缘故将造成变异出现使得欲寻找规律性时更加不易。因此为更多了解输沙行为，建议进行详细的实际观测。
2.研究的进行或许部分资料稍嫌不足，若能拥有丰富的水文及河川资讯系统，利用其详细的资料库，便能更精准以NETSTARS模式来做预测。 参考文献：
[1沈健，孙苏里，李振林.断面法计算河道冲淤量方法中断面间距近探讨[J].人民珠江.2016，37（5）
[2]元媛，张小峰，段光磊.河道床面形态对断面法计算冲淤量误差的影响[J].水力发电学报.2015，34（1）
[3]李小平，刘晓燕，李勇.黄河下游河道未来冲淤趋势研究[J].人民黄河.2016，38（9）
[4]金文.多沙河流河道淤积厚度初探[J].河南水利与南水北调.2016（4） 作者简介：
第一作者：姓名：樊勇 性别：男，出生年月：1982.7，学历：研究生，职务：中级工程师研究方向：港口，水运工程，工作单位：中交疏浚（集团）股份有限公司，北京市西城区，100088
第二作者：姓名：郭恒文 性别：男，出生年月：1984.5，学历：本科，研究方向：港口，水运工程，工作单位：中交疏浚（集团）股份有限公司
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