問題與目標
新化林場虎頭埤屬於鹽水溪流域，地質條件為泥岩與砂岩，過去主要受颱風與地震災害，然而近年氣候變遷帶來之強降雨導致土砂堆積、河寬過小，導致洪水溢淹，如2018年8月23日熱帶性低壓溪水溢流導致河岸崩塌、溪岸侵蝕與道路中斷，影響道路與農田安全，汙濁水質同時影響當地生態系。人為開發影響在氣候變遷下逐漸加劇，未來百年可能無法承受擴大之洪害。
透過Flo-2D降雨逕流模式，將50年頻率最大一日降雨量以SCS法計算雨型分配集降雨損失，得到河段流量歷線為2維水理模擬基準(圖1)，在Q50條件下結合1m*1m解析度DEM建立數值模式。模擬結果顯示河段通洪能力不足且缺乏滯洪空間，水深分布顯示現有深槽水深平均4.5公尺，高灘地則有1公尺淹水情形(圖2)，原因為溪流河槽淺，河道較窄、流速緩緩導致長年淤積。而下游則受到邊界條件影響使深槽流速提升，護岸老舊等問題使堤岸易受水流剪力破壞(圖3)。
圖1 Flo-2D 降雨逕流推求 50 年頻率(歷史基期)之洪水下主支流流量歷線 (圖片來源：參考文獻)
圖2 河道現況工程前數模洪水水深分布 (圖片來源：參考文獻)
圖3 河道現況工程前流速分布 (圖片來源：參考文獻)
採取的改善作為
施作方案：考量虎頭埤區域洪水整治與環境營造，基於自然方式進行規畫。農委會共研擬十項措施，包含「活化坡地農塘」、「推廣農地水土保持」、「增能防砂設施水源利用」、「加強森林復育」、「加速崩塌地復育」、「加強集水區保育」、「強化水土保持管理」、「發揮森林保護成效」、「強化大規模崩塌防減災」及「應用 AI 及 IoT 科技」。
工程計畫採用的整治策略如圖4，以應對氣候變遷。在此框架下，於2019年啟動了新化林場滯洪保水設施改善工程，包括建造人型拱橋、豎井、集水井、溢洪道和截水溝等設施。這些設施兼顧減少泥砂匯入主流、穩定水流、改善水質以及解決灌溉和防災需求。接著於2020年開始了虎源溪(新化林場段)的整治工程，首先進行了水域環境的整治，包括拓寬河幅和加寬支流底床，增加通洪面積以減緩流速。此外，採用了生態固床工和生態護岸工，這些工程旨在提供水生動物棲地環境、改善水質、增加通洪能力和減少縱向阻隔。在2021年，第二期整治工程進行了對排洪斷面不足的解決方案，包括護岸矮化、樁工法、橫向排水設施和生態固床工等。
圖4 虎源溪整治內容 (圖片來源：參考文獻)
成效
本案例透過數值模擬方式評估加寬河道的通洪能力，方案示意圖如圖5。將原始河道的寬度從6公尺擴展至約12公尺，並將支流的平均底床寬度增加至5公尺。模擬結果顯示，這一方案能夠改善河道的通洪能力和滯洪空間，渠槽水深大致在3到4公尺之間，整體水深與現況模擬相比下降，改善溢洪問題(圖6)。此外，將匯流處上方空地作為溼地滯洪區，能夠調節洪水量，減少支流的壅水現象(圖7)。圖8與圖9為採用加寬工程前與後動床模擬結果，實施前後河道均呈現淤積淤積趨勢，但實施加寬方案後淤積程度較輕微，推斷為束水使泥沙不易堆積。最終，根據模擬結果，該方案能夠將通洪能力從原先約Q2提升至Q50，並且對考量氣候變遷的世紀末之洪水頻率仍能具有約Q20的通洪能力。
圖5 河道加寬方案示意圖 (圖片來源：參考文獻)
圖6 加寬方案後洪水水深分布 (圖片來源：參考文獻)
圖7 河道加寬後流速分布 (圖片來源：參考文獻)
圖8 河道加寬前動床模擬結果 (圖片來源：參考文獻)
圖9 河道加寬方案動床輸砂模擬 (圖片來源：參考文獻)
參考文獻
陳樹群(2022)。氣候變遷下新化林場改善措施提昇虎頭埤集水區之生態系服務。創新型研究計畫。中興大學水土保持學系。行政院農業委員會水土保持局。
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