臺北科技大學土木與防災研究所學位論文
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台灣的地質複雜且地形多變，在這地狹人稠的台灣的山坡地佔全島面積的三 分之二以上，山坡地的穩定性遠比帄地穩定性差，坡地的災害因子不外乎本身的 地質條件差、降雨集中、地下水複雜、溪岸侵蝕、地震。其中又以降雨集中為最 大的危害因子，在台灣海島型國家每年最主要的水資是颱風與梅雨，但應因全球 氣候變遷緣故氣候越來越難以預測，颱風每次帶來的水量都已經超記錄的水量。 然而降雨使地下水上升，而本研究邊坡穩定分析與地下水位與邊坡失穩的關 係與破壞的趨勢。採用更限元素PLAXIS 軟體分析之破壞趨勢，以台北市文山區 的猴山岳為例子，分析其破壞的行為模式。 台北市文山區猴山岳於98 年產生滑動，因本地區地質複雜且在鄰近台北市， 對於台北周圍山區具代表性，本研究以數值分析探討地質與地下水位的關係。
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本研究針對雙圓型潛盾隧道施工引致地表沉陷進行評估，以桃園國際機場捷運線台北三重段CA450A標工程為案例，運用有限元素法PLAXIS 2D軟體，以實際案例之斷面地質條件進行不同覆土深度單孔隧道數值分析，依最大地表沉陷量相同，比對隧道斷面縮減率及土壤釋放應力兩種數值分析方法之參數關係。DOT潛盾隧道案例以PLAXIS數值分析七處監測斷面地表沉陷量，其數值分析地表曲線與現場監測沉陷觀測資料及經驗公式進行地表沉陷槽相互比較，可驗證PLAXIS分析雙圓型潛盾隧道之適用性，亦可了解雙圓型潛盾隧道開挖過程中可能影響情況及對鄰近建物之影響範圍，可供後續雙圓型潛盾隧道工程應用參考。 針對單孔潛盾隧道數值分析之隧道斷面縮減率及土壤釋放應力兩參數最大地表沉陷關係，於隧道中心深度20m時呈非線性關係，則於隧道中心深度24m及27m時呈線性關係。臺北三重段雙圓型潛盾隧道經由數值分析、經驗公式及現場監測沉陷三種方式比對結果，經驗公式疊加法及等面積法兩者所計算之雙圓型潛盾隧道地表沉陷槽極為相似。但經驗公式所計算結果與現場監測沉陷結果比對，其沉陷槽形狀趨勢大致吻合，但隧道中心最大地表沉陷值有差異性。數值分析模擬結果與現場監測沉陷相比對，其隧道中心最大地表沉陷值及地表沉陷槽趨勢大致吻合。經由數值分析所得之土壤釋放應力值與數值最大地表沉陷量、現地漏失率，皆為正比線性關係。可供未來雙圓型潛盾隧道數值分析土壤釋放應力值範圍，以此預測可能之地表沉陷量上下限範圍。
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由於氣候變遷與全球暖化影響，極端事件發生頻率逐漸增加，根據臺灣1970至2006年颱風降雨分析顯示，近年來(2000至2006年)之極端事件發生次數已是過去30年(1970至1999年)之兩倍以上；分析近幾年的極端事件特性顯示不但降雨量增加，且其降雨型態已由過去長延時降雨轉變為短延時降雨之特性，亦即降雨更為集中且強度變大，導致河川產生更大之洪水，溢堤機率大增，勢必對台灣整體防洪系統造成衝擊。 本研究旨在探討在SRES(Special Report on Emissions Scenarios)中的A1B氣候預設情境下，未來氣候變遷對於蘭陽溪流量及下游易淹水地區之影響。研究中以A1B情境產生之未來日雨量資料經頻率分析及區域雨型設計後求得5、10、25、50、100與200年重現期之24小時時雨量，再將其輸入到半分布並聯型線性水庫降雨-逕流模式模擬未來各重現期之設計流量，同時亦以SOBEK模式進行流域淹水境況模擬，評估各重現期之淹水情形。此外，本研究亦探討若移轉極端事件莫拉克與梅姬颱風至蘭陽溪流域，模擬其可能產生之衝擊。研究最後另針對氣候變遷所造成之衝擊提出短、中及長期調適策略，並實際模擬各調適策略機制後探討其淹水改善情況，期望可提供相關單位做為未來減災規劃之參考。 研究結果發現，在預設之未來氣候變遷情境下，模擬蘭陽溪流域各重現期之設計流量皆有增加(1%至50%)；下游地區淹水境況模擬結果則顯示在100年與200年重現期之淹水深度已超過3公尺；另外，莫拉克颱風極端事件模擬結果則發現，在蘭陽大橋之模擬流量已超過公告之200年重現期流量，且下游地區淹水深度皆超過3公尺；最後，數種調適策略機制模擬顯示，淹水超過3公尺之範圍有縮小13%以上外，也同時改善了溢堤之情形。
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有限元素結構分析之梁柱元素纖維斷面分析法(fiber section analysis)同時具有考量結構局部材料非線性與運算量需求低的特性，使的該方法近年來被廣為應用在結構之非線性動力數值模擬。然而，以此方法進行鋼筋混凝土結構分析時，梁柱元素內力反應經常會出現高頻而不正常的雜訊。這些雜訊並不符合結構物應有的物理行為，而是數值分析本身所造成的雜訊。這些雜訊的存在一方面可能表示數值模擬不夠準確，另一方面亦可能造成工程師對於結構元件內力的誤判，甚至導致後續不當的結構設計，而影響結構體的耐震性與安全性。 本研究對上述數值雜訊的發生原因進行仔細的探討與測詴，並提供避免雜訊的方法與建議。經由一系列的測詴顯示，雜訊產生最主要的原因是混凝土材料纖維區塊之數值模型在承受極限載重後發生瞬間破壞，產生不當的梁柱內力高頻訊號而導致分析結果的誤差。本研究使用美國太平洋地震工程研究中心研發的OpenSees 軟體，分別建構單柱鋼筋混凝土構架和兩層兩跨鋼筋混凝土構架，並採用 OpenSees 所提供的材料設定(material)、非線性梁柱元素搭配纖維斷面(fiber section)及分析方法(analysis options)，來進行非線性動力歷時分析。本研究的非線性動力歷時分析考慮混凝土與鋼的非線性組成率，以及結構大位移非線性效應。 本研究設定不同的材料參數、地震力及收斂門檻，來模擬混凝土結構物在非線性動力分析時所産生的雜訊，並探討主要發生的原因及對分析結果的影響。最後，本研究會提出在 OpenSees 環境下最佳的參數設定參考值。
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臺灣位處亞熱帶地區，都市開發密度愈來愈高，以致不透水表面大量增加，導致地表逕流的提高，整體都市水循環明顯的改變，以及每年年均溫不斷上升，造成洪水屢創新高及熱島效應也備受關注。因此，鋪設透水性鋪面即為一重要之改善方針。 為提昇市民生活品質及開放舒適的生活機能環境，各政府機關積極推廣透水性鋪面應用於人行道、自行車道、學校或停車廣場的同時，卻忽略了公園綠地區塊也是重要的一環。鑒此，本研究希望透過公園步道進行透水性鋪面效益之監測評估工作，藉由實務鋪設與更完善監測、累積更多經驗，用以瞭解其成效做為分析公園綠地內之適用情形，所以熱島效應、土壤水分涵養及入滲效益之影響即為本研究之目的。 首先，針對就目前現行透水性鋪面特性進行回顧探討，以及國內、外有關透水性鋪面應用於公園綠地之相關發展現況；而後，進行透水性鋪面現地試驗場地規劃及場地佈設工作，並埋設入滲量測相關儀器，求得透水性鋪面對於暴雨逕流抑制、增加地下水涵養與降低熱島效應之成效；最後，將現地試驗實測所記錄之相關數據資料，針對各雨場次、降雨條件不同等因素分別加以記錄、整理與彙整，以分析評估整體透水性鋪面入滲成效。 試驗成果，透水性鋪面之滲透效益良好，對於暴雨逕流量抑制具有相當成效，但在熱能方面，因試驗區位於青年公園草坪步道區，為綠地區域，多有樹木林立遮蔽，相對的熱島效應影響沒有廣場或人行道來得差異大。
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現今營建產業對於建物生產及製造過程的資料並無統一管理之方式，並且這些資料一般都分散於建設公司、營造廠商與建築管理單位等，而在建築物完工後關於建築過程的相關資訊往往亦因未妥善保存而失散；再者目前消費者於購屋期間多僅能藉由業主所提出之相關售屋網站所呈現的房屋基本資料或書面資料瞭解房屋之狀況，然而基於現今建築完工交屋後的施工過程相關資料一般並未全部呈交給業主(例如：施工圖、施工過程相關紀錄)，日後消費者若遇設施之維護、修繕與後續增建、改建與修建之需求時，則常因無相關資料可供依循，而增加其維護人員或施工人員於現場作業之困難性且較無效率。 近年生產履歷概念已廣泛應用於各種產業，其導入生產履歷的最大效益為產品消費者可利用相關的資訊科技技術，例如無線射頻辨識(Radio Frequency Identification，RFID)技術，透過產品之身份識別追溯已紀錄之資訊，確認產品生命週期各階段之資料，以確保消費者所選購產品之安全。而房產幾乎為所有買賣金額中最龐大之商品，但消費者多僅能取得房屋的基本資料，其他關於建造過程及使用維護狀況等資訊則較無法掌握，因此當前在消費者對自身權利維護意識高漲下，如何提供完整之建築物履歷資訊為一重要課題。 本研究探討目前國內外建築物生產履歷推動與發展現況，並以建築物生命週期管理之需求為考量，確立建築物生命週期各階段應記錄之資訊項目，並研擬RFID技術於建築物電子血統書之導入方式，期透過無線射頻辨識技術的可追縱特性，使建築物使用者能便於取得建築物相關資料，並規劃建築物電子血統書資訊系統與整體應用情境。
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農業活動為重要之非點源汙染來源，大量使用化學肥料對環境的負面影響近年來逐漸顯現。而集約式施肥易導致氮素汙染地下水和地表水，不僅造成環境和生態破壞，對人類健康亦造成潛在性之危害。 水稻為台灣主要作物，其每年期作面積高達25萬公頃以上，在農業作物的化學肥料消耗量中占極大的比例。水稻在種植期間多保持湛水狀態，施用化學肥料時經過氮素轉化過程，其中產生之硝酸鹽氮可藉由滲漏到達地下水或藉由降雨逕流及排水進入其他地表水體。本研究根據現地監測資料發展驗證水田及氮平衡耦合模式，模式考量水田根系土壤及湛水層之氮素轉化過程，如化肥水解、硝化、脫硝、揮發、礦化、固定、植物吸收及滲透淋洗等。以新竹縣新埔水稻田實驗田區2010年兩次期作田區排放之逕流水質硝酸鹽氮濃度進行模式檢定與驗證，其判定係數R2分別為0.95及0.012，驗證結果不佳導因於兩期作在基肥施用期間，排水之硝酸鹽氮濃度存在極明顯之差異，可能係一期作初期低溫造成硝化作用速率下降所致。建議模式之模擬應將溫度效應納入考量，同時利用更長期之觀測資料修正驗證此一模式。利用二期作經過檢定之模式模擬水稻田不同施肥量對周邊水體之氮污染潛勢，當施用氮肥量達200kg/ha時，對地表逕流及地下水之汙染負荷均仍在2kg/ha以下，遠低於揮發及脫硝作用逸失之氮量，顯示水田施肥之硝酸鹽氮汙染潛勢並不高，研究成果可提供作為農業非點源控制及評估農業迴歸水再利用之參考依據。
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長久以來管線挖掘一直是影響道路平整的主要因素，尤其早期已開發的城市，大多缺乏共同管道或電纜溝等基礎建設，造成管線挖掘頻繁，難以維持道路長期的平整，致民眾怨聲載道。因此現階段如何建構一套有效可行的管理機制，以促使管線單位申挖後道路回填品質確實達到道路平整的水準，實為當務之急。 本研究首先針對臺北市現行管線挖掘作業之抽查機制進行探討，其中施工中管線查察抽查率及裁處率偏低，抽查缺失之改善缺乏回報機制，並無實質效益。已完成施工之管線申挖案件，係採破壞式檢測，將已完工之路面開挖後抽查瀝青混凝土之厚度、壓實度、管溝回填料之厚度及管線埋設深度等項目，抽驗不合格者除依規定罰處並限期改善，因抽挖所支付成本高，理應對廠商有嚇阻作用，惟因抽查率極低，廠商多認抽中機率不高，故抽查不合格率並未下降，透過現況問題的分析，檢討其適宜性。 依據現況問題分析結果，引用防弊理論及載明博士預防品管的觀點，建構改良式抽查機制，提出建立管線單位及施工廠商績效管理檔案、停檢點抽查作業、二階段抽查作業及落實專業人員的職責等改良機制，並結合專家訪談及回饋分析方法，研擬一套具體可行的改良式道路管線挖填品質管理機制。
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數十年來，化學肥料之使用已帶來許多負面影響，主要來自農耕施肥之氮、磷等營養鹽對水體之污染，集約施肥使氮、磷累積於地下及地面水體。迴歸水遭受污染後不僅限制其再利用之用途，甚至產生諸多環境問題，包括藻類大量繁殖及水體之優養化，甚至對人類健康產生潛在性之威脅。為評估水稻田施肥對周邊水體之影響，本研究利用位於新竹縣新埔鎮之水稻實驗田區進行土壤、地面及地下水體之水質監測，包括田區灌溉水源、出水口逕流及淺層地下水觀測井水質。監測結果顯示水稻施肥對於地表水體之影響，僅於基肥初期造成銨氮及硝酸鹽氮較明顯上昇，其他時間則維持相對穩定之低濃度，且幾與灌溉原水質相當(分別為<0.1mg/L 及 <3mg/L)，但對於磷顯著累積於土壤及淺層地下水之現象，仍需進一步研究評估其影響性。綜合現地監測結果顯示，水田施肥並非主要之非點源汙染來源，且可藉由良善之排水控制及合理化施肥進一步降低其可能產生之汙染負荷。
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在全球暖化氣候異常的今天，水不再是取用不盡的資源，自來水事業單位應積極進行漏水管理，提升供水效能及降低損漏情形。計量小區(District Metered Area, DMA)是2001年國際水協會(International Water Association, IWA)推動漏水管理策略與方法之一，歐美、日本及臺灣都已有不錯的推動績效。 本論文整理自來水國內外漏水管理的相關文獻，整理說明DMA起源、定義及理論發展，確認計量小區(DMA)是漏水管理重要工作。但管理小區則需要有效率的整合工具，在地理資訊系統(GIS)圖資及監控系統(SCADA)即時資訊外，另一項重要工具就是管網分析軟體，利用水量、壓力及管網拓樸，模擬不同的管網情形評估管理應對措施，可加強小區不確定性的風險管理。 住宅用水量為管網分析來源資料之一，有別於過去的研究，本文利用時間精度較高的小區監測流量，彌補時間精度不佳但空間精度較高的住宅水表抄表量，結合二種尺度流量與Johnson機率分佈，在質量守恆定律下，應用相關性非常態多變數蒙地卡羅法(CNMMCS)，模擬計算住宅用水量每小時的用水情形，經由案例研討及小區應用的驗證，確認模擬用水量的模型分佈的可行性。 另外結合模擬水量及蒙地卡羅法，本文提出管網分析軟體EPANET在大量資料模擬增進效率的方法。經由各個節點的壓力變化及水頭損失的統計特性，探討小區內不同漏水情形發生的壓力變化，說明小區管理上的應用。