氣候變遷的災害風險已是一種系統風險，因此聯合國於2015年，提出17項永續發展的核心目標，期許在未來十五年能共同創建一個，永續生產、永續消費和永續使用，各種自然資源的大同世界(United Nations, 2015)。由於科技進步促成經濟的成長，造成全球氣候變遷，暖化、酷熱、水災、旱災、超級颶風、新型或重現的傳染病、農作物驟減和海平面遽升，而水患所帶來的即時性災害特別嚴重，例如2020年1、2月印尼雅加達接連暴雨造成洪水災難、2021年7月中國鄭州持續性強降豪雨，水災患難交通癱瘓數周、2021年8月美國路易斯安那州，遭受颶風艾達的襲擊、2021年8月臺灣因豪雨，造成山區大量土石崩落流入玉穗溪，導高雄市桃源區的明霸克露橋，被土石流沖刷而斷橋。臺灣主要河川有21條水系、次要河川29條水系，普通河川則有81條水系，主要以中央山脈與玉山山脈為分水嶺，使河川形成東西流向，橋梁是連結南北交通主要建設(國家基本資料，1999)。由於台灣地理位置與地形土質氣候關係，每逢颱風或豪雨橋梁陷入沖刷破壞與斷橋，造成南北交通中斷與人民安全的危機。故本研究主要目的在建立橋梁安全永續管理模式，確保用路人永續通行與人身財產安全。
本研究子目的一以文獻回顧法探究國內橋梁沖刷破壞案例，以橋基、橋墩和橋面板三大沖刷破壞類型探討跨河橋梁所面臨的風險與沖刷毀壞機制，例如橋基沖刷破壞的台中后豐大橋，橋墩沖刷破壞的高屏雙園大橋以及橋面板沖毀的明霸克露橋。子目的二以田口實驗設計法進行超高壓磨砂水刀切割實驗以了解各個關鍵因子與超高壓磨砂水刀切割重量損失之關聯性。實驗配置將採用田口實驗直積表，內側以L9的表格配置四個三水準的可控因子(包含噴嘴內徑、水柱壓力、介質出砂孔徑、沖刷時間)，外側以L4的表格配置兩個兩水準的不可控因子(包含介質硬度與介質顆粒大小)。基於超高壓磨砂水刀切割原理與橋梁沖刷破壞機制十分相似，子目的三結合上述兩項子目的之研究成果，以逆向推論方式提出橋梁安全永續管理之改善對策，並以永續管理模式評估其優缺點。
研究結果發現（1）橋梁的主要結構如橋面板、橋基與橋墩是橋梁安全管理的主要維謢重點。（2）超高壓磨砂水刀切割實驗結果，得知水柱流量與壓力，介質量、硬度與顆粒大小，為影響切割破壞力的重要關鍵因子，這也呼應了橋梁沖刷破壞力主要源自於急迫的洪水夾帶大量介質(土砂石樹木垃圾)兩大影響因子。（3）洪水期間用何方法可以減少介質對橋梁及河床的沖刷，我們提出橋梁安全永續管理四個改善對策；改善對策一、河道分流：減少洪水雨量與流速以降低對橋梁的衝擊力量，進而增加橋梁壽命；改善對策二、土石回收坑：於土石流源頭或橋梁上游適當位置設置土石回收坑並在洪水期後合法標售資源回收的砂石，促進地方政府收入；改善對策三、合併工法：於土石流源頭可採合併設置土石回收坑與河道分流同時發揮兩個功能；改善對策四、複合工法：依據河川水文資料，可應用土石回收坑與河道分流及依現場地形地物重新評估設計整治河床高程與坡度，使河水能依坡度平順的往下流，不造成阻塞累積河水能量，避免潰堤現象瞬間有更大急迫的沖刷與撞擊。
本研究的意涵：（1）符合政府推動SDGs六大轉型的核心目標。（2）洪水與土石流的沖刷原理有如超高壓磨砂水刀切割原理，「水」可以切割任何物件的概念，激發大家提出更有效的防洪措施。（3）雖然目前有很多很好的防洪措施，如：分洪道、攔河堰----等，但應用在橋梁的防護確有點不足，本文針對橋梁防護，提出四個改善對策，有利於產官學參考與應用。（4）超高壓磨砂水刀切割技術的昇華。

Risk events caused by climate change have evolved into a systemic risk. Therefore, the United Nations adopted the 2030 Agenda for Sustainable Development in 2015 and proposed 17 core indicators for global sustainable development. These would create sustainable production, consumption, and facilitate to use natural resources. In the process, vigorous economic activity has caused global warming, increasing air and water pollution, while deforestation and large-scale land degradation have accelerated the rate of species extinction. Climate change caused by human activities has exposed us to many environmental problems, such as extreme heat, floods, droughts, super cyclones, new or re-emerging infectious diseases, crop declines, and sea level rises. Among these, immediate disasters caused by floods are more pronounced. For example, successive torrential rains in Jakarta caused flood disasters in Indonesia in January and February 2020. Continuous heavy rainfall in Zhengzhou, China in July 2021 caused serious casualties. Louisiana in the United States was hit by hurricane Ida in August 2021. On August 2021, Yusui caused by torrential rain A large-scale earth-rock flow collapsed in the creek, causing the bridge deck of the Mingba Kelu Bridge in Taoyuan District, Kaohsiung, Taiwan to be washed away. The most common climate risks in Taiwan are earthquakes, typhoons, extreme high temperatures and landslides. Taiwan has 21 major rivers, 29 minor rivers, and 79 ordinary rivers; dense rivers and rugged terrain make cross-river bridges play an important role in the transportation network. However, various scouring phenomena are common to bridges across the river. In case of typhoon or heavy rain, the bridge will face greater harm. Therefore, the main purpose of this research is to establish a set of sustainable management in line with Taiwan's bridge safety, to ensure the safety of bridge traffic and protect the personal and property safety of passers-by.
The specific objective 1 uses the literature review method to explore the scour damage cases of bridges in Taiwan, and discusses the risks and scour damage mechanisms of cross-river bridges based on the three scour damage types of bridge foundations, bridge pier and bridge decks., Gaoping Shuangyuan Bridge damaged by pier erosion, and Mingba Kelu Bridge damaged by deck erosion. The specific objective 2 uses the Taguchi experimental design method to carry out the scouring experiment of the ultra-high pressure abrasive water jet to understand the relationship between each controllable factor and the cutting efficiency of the ultra-high pressure abrasive water jet. The experimental configuration will use the Taguchi experimental direct product table. The inner side is configured with four three-level controllable factors (including the inner diameter of the water outlet, the waterjet pressure, the medium sand hole diameter, and the scouring time) in the L9 table, and the outer side is configured with the L4 table. Two levels of uncontrollable factors (including media hardness and media particle size).
The principle of ultra-high pressure abrasive waterjet cutting is very similar to the scouring failure mechanism of bridge foundations (piers). In addition, the specific objective 3 propose improvement measures for bridge safety and sustainable management by way of reverse inference, and evaluates its advantages and disadvantages with a sustainable management model.
The research results show that (1) the main structure of the bridge is the bridge deck, the bridge foundation and the bridge pier, which are the main maintenance focus of the bridge safety management. (2) The experimental results show that the waterjet flow and waterjet pressure, the amount of medium, hardness and particle size are important factors affecting scour, which support that the destructive force of bridge scouring mainly comes from the urgent flood that entrains a significant number of media (soil, sand, gravel, trees, waste, etc.). (3) To reduce the scouring of the bridge and the riverbed by the medium during the flood period, we propose the following measures for the bridge safety and sustainable management: (a) Earth-rock recovery pit: Set up a soil-rock recovery pit at the source of the earth-rock flow or upstream of the bridge and set up a recovery pit in the flood. After the period, the recycled sand and gravel will be legally auctioned to promote the income of local governments; (b) River diversion: reduce the flood flow and velocity to reduce the impact force on the bridge, thereby increasing the bridge life; (c) Combined construction method: it can be combined at the source of the earth-rock flow Set up soil and rock recovery pits and river diversion to perform two functions at the same time; (d) Composite construction method: According to the river hydrological data, soil and rock recovery pits and river diversion can be applied, and the elevation and slope of the river bed can be re-evaluated and designed according to the on-site topography and features, so that the river can be the slope flows down smoothly, without causing blockage and accumulating the energy of the river water, and avoiding more urgent scouring and impact in an instant when the embankment breaks.
The implication of this study: (1) It is in line with the core goals of the government to promote the six major transformations of SDGs. (2) The scouring principle of floods and earth-rock flows is similar to the principle of ultra-high pressure frosted water jet cutting. The concept that "water" can cut any object inspires everyone to propose more effective flood control measures. (3) Although there are many good flood control measures at present, such as flood diversion channels, weirs, etc., the protection applied to bridges is indeed insufficient. In this paper, four improvement measures are proposed for bridge protection, which are beneficial to Industry, government and academic reference and application. (4) Sublimation of ultra-high pressure abrasive water jet cutting technology.

論文審定書………………………………………………………………...…………….i
誌謝……………………………………………………………………..………….……ii
摘要…………………………………………………………………...………………...iii
Abstract ………………………………………………………………….……………..v
目錄…………………………………………………………..…………..……..…......viii
圖次……………………………………...……………………………….…...………....x
表次…………………………………………….………………...……………..…...…xii
第一章 緒論………………………………………………….………………………01
第一節 研究背景與動機……………………………………….………………01
第二節 研究目的……………………………………………….………………03
第三節 研究流程…………………………………………….…………………04
第四節 研究範圍與限制………………………………….……………………05
第二章 文獻探討………………………………………………….…………………07
第一節 永續發展目標…………………………………….……………………07
第二節 臺灣橋梁沖刷現況…………………………….………………………14
第三節 河川沖刷破壞機制…………………………………….………………20
第四節 防洪措施現況………………………………………….………………24
第五節 超高壓磨砂水刀切割原理與應用……………………………….……26
第三章 研究設計………………………………………………….…………………30
第一節 研究結構……………………………………………….………………30
第二節 超高壓磨砂水刀切割與田口實驗設計法……………….……………30
第三節 橋梁安全之永續管理模式……………………………….……………35
第四章 橋梁安全之永續管理………………….……………..…….…………….…38
第一節 橋梁沖刷破壞個案分析………………….……………………………38
第二節 超高壓磨砂水刀切割實驗分析……………….………………………43
第三節橋梁安全永續管理之評估與改善對策………………….……………52
第五章 結論與建議………………………………………………………………….62
第一節 結論……………………………………………………….……………62
第二節 建議………………………………………………………….…………64
第三節 政策與管理意涵…………………………………………….…………65
參考文獻……………………………………………………………………………….68

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