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濱水生態系統管理模式參數敏感度分析

濱水緩衝帶泛指沿河川兩側之植生區域，它具有穩定河道、減緩地表逕流、攔阻泥砂、削減營養鹽、保護生物多樣性等多項功能，可有效地減少非點源污染，保育河川之生態環境，為最佳管理措施(Best Management Practices, BMPs)之ㄧ。目前國內水保法規定緩衝帶寬度應為三十公尺至五十公尺，然而緩衝帶設計宜因地制宜作適當的植生配置與大小形狀規劃，全面採取一定寬度的設計方式顯然不適宜且非最佳方式。實際田野監測與數理模擬為評估緩衝帶污染削減效率的唯二方法，然而長期連續地監測在人物力和時間上皆不太可行，因此，應用驗證後的數理模式來分析不同氣候、地文及管理情況下緩衝帶之效能，為目前規劃緩衝帶最有效且可行之方式。 濱水緩衝帶泛指沿河川兩側之植生區域，它具有穩定河道、減緩地表逕流、攔阻泥砂、削減營養鹽、保護生物多樣性等多項功能，可有效地減少非點源污染，保育河川之生態環境，為最佳管理措施(Best Management Practices, BMPs)之ㄧ。目前國內水保法規定緩衝帶寬度應為三十公尺至五十公尺，然而緩衝帶設計宜因地制宜作適當的植生配置與大小形狀規劃，全面採取一定寬度的設計方式顯然不適宜且非最佳方式。實際田野監測與數理模擬為評估緩衝帶污染削減效率的唯二方法，然而長期連續地監測在人物力和時間上皆不太可行，因此，應用驗證後的數理模式來分析不同氣候、地文及管理情況下緩衝帶之效能，為目前規劃緩衝帶最有效且可行之方式。 由美國農業部(USDA-ARS)所發展之濱水生態系統管理模式(Riparian Ecosystem Management Model, REMM)具有模擬河川濱水區內水文循環、土壤冲蝕與泥砂傳輸、營養鹽循環及植物生長之功能，為緩衝帶規劃與設計之有效工具。此模式模擬複雜的濱水生態系統，輸入參數多且繁雜。因此，分析模式之參數敏感度不但有助於了解模式物理特性，更可提供使用者進行模式檢定時，優先調整參數和調動範圍的參考依據。本研究敏感度分析以狀態數(Condition Number, CN)作為參數敏感度高低之評估，此值為模式輸入及輸出參數的相對誤差之比值，因此，當CN值越大表示敏感度越高。研究選取模式中38個緩衝帶輸入參數將其區分為三大類，分別為水文參數12個、土壤冲蝕5個和營養鹽參數21個，並以翡翠水庫集水區內逮魚崛溪濱水區場址建立模式模擬背景值，再依次變動各參數起始值±5%和±10%進行模擬，以推求各參數對應不同輸出之CN值。研究結果顯示對逕流、滲漏量敏感之參數為土壤水份含量(θ)、田間容水量(FC)和土壤孔隙度(ψ)；而表土裸露百分比(BS)與糙度係數(R)對於泥砂輸出量具有較高之敏感度；本研究選用之營養鹽參數，對營養鹽氮和磷負荷量影響程度較低，然而對逕流量敏感之水文參數卻發現明顯地影響營養鹽承載輸出。歸納三類參數之CN值之結果顯示，土壤水份含量、孔隙度和田間容水量三種參數對所有輸出量皆具有高敏感度。

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天然氣管線震害災損量化推估與對策

天然氣（俗稱瓦斯）管線係現代社會重要維生管線之一，其管理良窳與否，關係供氣安全與供氣穩定。平時管理不善，稍有疏忽，極易肇致漏氣、爆炸、人員傷亡、財物損失。大地震發生時，管線斷裂，瓦斯外洩，造成二次災害。國內瓦斯管網採用之材料包括鋼管、PE管、鑄鐵管與鍍鋅鋼管等，不同之材料其耐震能力亦不同。日本阪神大地震時，大阪瓦斯公司有86萬餘戶突然停氣，曾動員約1萬人，費時約三個月搶修復舊對策總部方才解散，勉強全部恢復供氣，嚴重影響災民生活與災區社會秩序之恢復。 台灣地區地震頻繁，希望藉由國家地震工程研究中心所開發之TELES（Taiwan Earthquakes Loss Estimation System台灣地震損失評估系統）之協助，針對欣欣天然氣公司台北市文山區PE管，與台北縣永和市鑄鐵管等兩種不同瓦斯管線系統，實施震災境況模擬、災損推估分析、耐震能力評估、震災前後不同時期之震害對策等主題探討研究；並參考美國日本等先進國家作法，期能達到防災減災目標，且能提供瓦斯業界及政府相關機構決策參考。

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非飽和紅土K0 壓密行為之研究

Terzaghi（1943）提出飽和土一維壓密的經典理論，詳細說明土壤滲流對於土壤沈陷之影響，至今已有相當成熟技術發展與應用，並且成功解決關於地工結構物加載所產生的地表沈陷問題。但對於非飽和土壤領域之壓密行為目前卻鮮少被人提及。 本研究為探討林口紅土非飽和壓密行為，將非飽和三軸系統加以改良，內部使用壓密鋼環束制試體，使試體能處於K0 狀態下進行非飽和壓密。整組非飽和K0 壓密試驗是將常含水量試驗、壓密試驗，增加基質吸力試驗相互串連循環而成，可探討基質吸力與垂直載重交互作用下，非飽和紅土K0 壓密時之水體積、土體積變化。且利用非飽和一維壓密理論，預測非飽和K0 壓密之土體積變化與水體積變 化，再與實驗值結果加以對照。另外觀察常含水量試驗法，可提供不同基質吸力的孔隙水壓的激發資訊，瞭解基質吸力與孔隙水壓參數Bw 之關係。 為了進一步瞭解非飽和紅土K0 壓密之靜止土壓力係數變化，故在壓密鋼環上黏貼應變計，利用電壓與應力關係求得試體側向土壓力變化。並使用前人所提議之非飽和K0 模型，來預測本試驗研究之K0 變化，探討二者K0 模型與實際量測K0值之差異。

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台灣部分地區土壤水份特性曲線之預測

土壤水分特性曲線(soil-water characteristic curve, SWCC)對於非飽和土壤來說是非常重要的特性函數，此函數關係為特定基質吸力下所對應之體積含水量，對於土壤之水力行為有相當重大之影響。本研究針對台灣之新竹、南投、苗栗、嘉義地區中不同性質土壤進行土壤水份特性曲線試驗(SWCC)，但由於試驗過程耗時又費力，因此有學者提出較經濟的模型去預測SWCC，本研究搭配前人之試驗共約185個試驗樣本建立台灣部份地區之SWCC資料庫，並以四位學者(Burdine, 1953、Gardner, 1956、van Genuchten, 1980、Fredlund and Xing, 1994) 所提出之不同預測方法來進行不同土壤性質之SWCC預測，分析結果以van Genuchten (1980) 較能充分擬合試驗樣本，但其缺點為無法擬合基質吸力為106而含水量為0之試驗點。 另外，亦有學者提出利用容易測定之土壤基本性質(例如，粒徑分佈、單位重、比重等)之間接方法預測SWCC，此方法稱為土壤轉換函數(pedo-transfer function, PTF)，本研究以六位學者(Gupta and Larson, 1979、Vereecken et al., 1989、Scheinost et al., 1997、Zhuang et al., 2001、Fredlund et al., 2002、Aubertin, 2003) 提出之不同方法來進行不同土壤性質之SWCC預測並將其所有預測結果與試驗結果進行比較及討論。在所有預測模型中，以Gupta and Larson PTF (1979) 較能充分擬合本研究之試驗樣本，且其中就Fredlund et al PTF (2002) 之預測模型，由於本研究樣本數量不一致，導致此模型對於大多數樣本配適不佳，但對於樣本數最大之SM土壤，配適能力頗佳。

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統計方法與GIS之結合應用於山坡地災害潛勢分析

台灣地處環太平洋地震帶上及亞熱帶氣候區，由於地理環境特殊，因此颱風帶來的豪雨及地震的頻繁是台灣無法避免也必須面對的天然災害。加上台灣面積三萬六千平方公里，平地僅占全台面積的26%，都市的人口過度密集，土地利用有限，便逐漸往山區遷移，大量的開發山坡地，導致山坡地的超限利用及不當開發，颱風、地震隨著山坡地的大規模發展，造成許多的人員及財產的傷亡與損失。 截至目前為止台北市政府產業發展局山坡地歷史災害記錄共收集達994筆(1959~2008)，由資料可得知，由於現今山坡地人口快速增加，災害影響市民生活甚鉅，所以山坡地災害的預測及防災是極為重要的課題。本研究將台北市分割成1km×1km的網格，並利用坡地災害相關因子及坡地歷史災害資料，處理製作成GIS圖層，利用MapInfo進行各災害相關因子圖層與網格圖層的疊加，並計算各個圖層疊加後的指標分數。 圖層資料經過前置處理後，利用兩種分析方法：多變數迴歸分析及類神經網路分析評估綜合指標模型的有效性，再將坡地災害相關因子及坡地歷史災害資料進行迴歸分析，探討迴歸分析出的數據，並將坡地歷史災害資料點位做空間分布統計分析，討論這些歷史災害點位之分布是否為均勻，本研究以Google Earth作為整合平台，將最後分析出的結果以視覺化展示，以提供給區域計畫或土地利用者參考。

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歷史性建築物之耐震補強研究－以台北樟腦廠為例

國內現有的歷史性建築物，常以磚作為主要結構系統，由於傳統式的磚牆構造缺乏韌性，加上材料劣化及老化等因素使上述建築物極易在地震中出現損壞。本研究中針對磚構之特性、國內外磚造建築物常見之破壞模式及補強工法進行探討，並以台北樟腦廠之補強計劃為例，分析不同補強方式之補強效果以及對建築物可能產生之影響。

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載重不連續之平均值在擬動態實驗之應用

結構系統離散後的運動方程式在不連續的外力作用下，用較大的時間步長進行逐步積分法時會導致振幅誤差產生，為了克服外力不連續所產生的振幅誤差，便採用較小的時間步長。採用較小的時間步長，經過逐步積分法計算出的位移增量也相對較小，雖然在數值模擬下可以得到十分可靠的結果，但在進行擬動態實驗時，一旦位移增量接近或是小於量測儀器解析度的範圍，就有可能造成誤差掩蓋位移增量，導致不正確的實驗結果。同時較小的時間步長，也會拉長實驗所耗費的時間。本研究提出了一個克服衝擊載重不連續的擬動態實驗技術，只需在逐步積分法運算時，將衝擊載重的不連續點取其平均值，就可以消除由於外力不連續所引起的振幅誤差，因此可取較大的時間步長來進行實驗以防止誤差掩蓋的產生，而且在計算上不會增加計算量，減少了實驗的時間。透過數值模擬與擬動態實驗的驗證，可以更確定此法能夠消除外力不連續所導致的誤差。

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應用航空影像建置數值地形模型-以九九峰地區為例

九九峰位於台灣南投縣，本區域內大都由高聳的山峰及深溝的地形所構成，平均高程約為500公尺，主要組成的地層物質為極堅實的變質砂岩的卵礫石與幾未膠結之粗、細粒沉積物的基質所組成。九九峰岩層形成之年代小於一百萬年，此種岩體組成之物性相當軟弱，但高聳直立地形地貌之形成，令人匪夷所思。此外，造山帶前陸盆地之沉積礫岩，礫岩間顆粒與顆粒的接觸，再因大地應力的擠壓，而引致卵礫石呈星狀破裂；再者，因地處於車籠埔活動斷層及雙冬斷層之間，強烈的構造擠壓等原因，豐富、多樣的地質活動及構造發育，是可以預期的。 本研究利用不同軟體來處理遙測影像，並建置數值地型模型；並配合測量儀器Real Time Kinematic(RTK) GPS進行現地地面參考點之量測及解算。合併上述方法，本研究建置出2公尺之高精度數值地型模型。基於上述之數值地型模型及航空相片立體對等，本研究進行九九峰地區之構造地形、地質分析。在建置所得的數值地型模型可見本區內有數條共軛之平移斷層；配合空載雷射掃描資料的數值地型模型與RTK在現地剖面量測之資料點相互校正及比對，來評估本研究所得之數值地型模型的精度；另將建置之數值地型模型編修，最後並探討本區域內之地形、地質構造。

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應用分離元素法探討總體應變與顆粒接觸行為之關係

在野外探勘所觀察到的卵礫石，因岩體受力後造成礫石與礫石間接觸點的應力集中，而以接觸點為中心呈現出放射狀破裂；其放射狀破裂面相交的中心軸，藉由統計方法求取平均接觸方向；長久以來，平均接觸方向一般視為區域之最大主應力方向。為了瞭解卵礫岩在受壓的情況下，當最大主應力集中在一點的時候，其破裂方向是否會平行於最大主應力方向，亦或會產生些許角度的偏差仍存爭議。本研究針對顆粒間微觀接觸進行分析，一方面討論試體內總體應力－應變關係，另一方面分析顆粒接觸性質之時間（應變）變異性，期望助於了解卵礫岩顆粒材料之變形行為。 本研究採用離散元素法PFC2D模擬卵礫岩接觸受力的方向，藉由數值方法模擬礫岩受到擠壓後，顆粒間接觸方向及應力大小轉換的過程。設定不同的微觀參數，觀察顆粒接觸行為其接觸力的方向，包括推估最大主應力方向的改變角度以及應力場的影響。 當試體在雙軸壓縮試驗的情況下受壓，顆粒間彼此的接觸行為也會產生變化，本研究針對：(1)相同應力、(2)相同應變之下，設定參數，找出不同參數影響下的權重，觀察顆粒接觸之玫瑰圖的異向性及雙葉效應。本研究指出圍壓大小、摩擦係數，顆粒勁度及鍵結強度等等不同的內外在條件皆會影響玫瑰圖的形態及演化。

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數值地形模型於山崩及後續地形演化之應用－以草嶺山崩為例

位於西部麓山帶的草嶺地區，海拔高度介於400~1400公尺。區域內最高的草嶺山，因有南側的清水溪及北側的清水溪支流石鰻坑溪的侵蝕下切，而形成高聳獨立的順向坡地形。九二一集集地震時，強烈的地動引發了草嶺地區大規模的山崩。草嶺山山崩塊體沿著地層層面向西南滑動，部分塊體飛越清水溪河谷，堆積於對岸舊有之崩積物小丘－倒交山上方。大量的崩塌土方堆積在清水溪河谷內，堵塞河道而產生一堰塞湖－新草嶺潭。 本研究應用遙測軟體，分析地震前後各個不同時期所拍攝的航空照片，並建置地震前後2公尺數個不同時期高解析度數值地形模型。並根據所建置之數值地形模型，來分析草嶺地區之地質、地貌特徵，並研判可能之活動構造及山崩崩塌量體的估算。 為防範新草嶺潭潭水高漲可能引發潰堤，造成二次災害，震後同年年底即進行河道疏導的工作，此人為的人工處理措施亦對清水溪之後續河系發育造成不同程度的影響。利用不同時期之航空照片所建立之不同時期的數值地形模型，不同時期河床的高程差異，亦可反應了清水溪及山崩滑移面的不同區域及不同年份上的坡面、河床等區域的侵蝕及堆積速率的變化及影響。本研究根據上述各點進行探討，最後提出山崩區內，地表侵蝕、堆積作用的作用模式及速率。