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傳統河川沖刷監測，常採用沖刷磚法，係將標註的磚塊垂直埋設在河床中，僅能於洪水過後，再藉由開挖得知磚塊流失數量，估算最大沖刷深度，但時效性較不足。現以無線追蹤粒子新科技觀測，係運用無線電射頻辨識系統(RFID)與即時數據傳輸等資通訊技術，預先分層垂直埋設於河床面下，當河床發生沖刷時，可偵測被刷出的粒子漂浮啟動訊號，藉以瞭解河床於洪水消漲時序之動態沖刷變化，並能遠端即時得知埋設位置發生沖刷的時間與深度，進而可透過粒子漂浮的移動歷程，推估洪水表面流速。

為尋求最佳且關鍵的沖刷粒子設置位址，以歷年流路變遷、堤防破壞紀錄及人口密集度三項因子，利用統計排序方法評估，挑選出易致災之河段，分別為紅柴林、員山、中溪州及大洲堤防四處堤段，再以CCHE-2D水理模式進行模擬，考量沖刷預警應以致災機率較高之2年重現期洪流量，結果顯示有較大剪應力發生與沖刷最深超過1公尺的紅柴林束縮段丁壩下游(斷面28~29間)設置沖刷監測儀器(詳圖1)。

• 圖1 CCHE-2D水理模式紅柴林堤段模擬結果-剪應力及沖刷變化(Q2)

測站埋設係以挖土機明挖搭配輔助圓管，分2測線，共佈設4個測點(編號B1~B4)，B1及B4測點位於河道內，B2及B3測點近堤防高灘地，總計埋設9顆粒子(詳圖2)。

• 圖2 蘭陽溪紅柴林堤段河川沖刷監測系統建置示意圖(2017/9)

並建置動態沖刷監測系統，透過資訊接收站，收集每秒被刷出粒子所發出之訊號，利用4G通訊模組及資料收集軟體，每十分鐘自動更新資料回傳至沖刷監測展示網頁(詳圖3)。

• 圖3 無線追蹤粒子裝置埋設及即時沖刷監測網頁

2017年10月12日受卡努颱風外圍環流與東北季風共伴效應，宜蘭地區蘭陽溪上游連日降下豪雨，土場雨量站三日最大降雨達1000mm以上，於10月14日造成下游台七線牛鬥路段遭沖毀，同日沖刷系統偵測到兩個訊號，分別於22：20測得編號B1U(ID#2)河床沖刷深度約1.02m(EL.=33.05m)及22：23測得編號BT(ID#9)河床沖刷深度約0.38m(EL.=34.13m)，由底床高差約1.08m與河心距約53m之比值，推估沖刷後底床坡降約2%(詳圖4)。

• 圖4 2017年卡努颱洪蘭陽溪紅柴林堤段沖刷動態監測網

另利用監測系統接收訊號強度與時間變化，推估洪水平均表面流速分別約4.41m/s 與4.12m/s。由於該粒子刷出時間接近，其觀測應為合理(詳圖5)。

• 圖5 2017年卡努颱洪無線追蹤粒子觀測蘭陽溪平均表面流速((a)ID#2、(b)ID#9)

無線追蹤粒子漂浮裝置，具水密性、耐用及耐候性，適用颱洪底床急遽沖淤變動、高流速及含砂濃度等狀況，實務應用於颱洪監測得知沖刷深度、表面流速及沖刷流量等資訊，可瞭解颱洪河道動態沖刷變化特性，有助於堤防安全設計、防災應變及相關研究之應用。鑒此，將系統建置於智慧河川物聯網平台，落實智慧水管理的理念，提昇其防災科技之應用價值。