新山壩案例現況之綜合探討

首先，本研究案例假設新山壩體下游殼層有一高透水路徑，並以 兩種不同情境進行和弦搜尋最佳化反算，其結果顯示：水流均順沿著 濾層通道，往下游壩址排出，並無上升至下游殼層，致使下游殼層觀 測井處之水頭值為零，理所當然的高透水通道於下游殼層內無論如何 變動，其出露點均不會有滲流水情形發生。

其次，若以情境 1 反算結果中最佳目標函數值之高透水通道路徑，

對新山壩嘗試做局部壩材之假設條件模擬，目標是進一步測試是否可 能存在某特殊條件下，可模擬出壩體下游邊坡平台處有水流出，並套 疊材料分區圖與飽合度分布圖以供討論（如圖 5.46）。由圖 5.46 可看 出當緊鄰高透水路徑下之濾層段若以相當極端之方式堵塞，水流如同 被引導至高透水通道而流出(其計算之單位壩長滲流量為 0.48CMD；

目標觀測值為 0.5CMD)，並因重力作用往下浸潤，但實際壩體為三 維，此種情形幾無機會發生，其可能性應予以排除。

圖 5.46 模擬平台出水之材料分區與飽和度分布圖

為排除庫水滲流與壩體下游邊坡平台處流出水之可能關連性，可 進而檢討新山壩由 2002 年至 2009 年間長期監測之排除降雨影響，分 析庫水位與 D4 量水堰和 D2 總壩體滲流量資料(詳見第三章 圖 3.10 與圖 3.11，D4 量水堰平均滲流量約為 0.5CMD；D2 總壩體滲流量約 為 130CMD)，可由連續之滲水量監測資料中擷取出符合高庫水位且 排除明顯降雨之情況下，出現連續數日之極低滲漏量，甚至滲漏量為 零之數據，列於圖 5.47 至圖 5.54 (擷圖自原始監測數據之 Excel 檔，

資料來源: 台灣省自來水公司第一區管理處)。比較結果顯示：若排 除降雨影響，當多日未下雨時，由下游平台蒐集之出滲水量(D4)近乎 為 0 或為 0。

假設此段為局部堵塞之濾層段，

其透水係數為 5.09×10^-11 cm/sec。

圖 5.47 D4 量水堰滲漏量(1/8)

圖 5.48 D4 量水堰滲漏量(2/8)

圖 5.49 D4 量水堰滲漏量(3/8)

圖 5.50 D4 量水堰滲漏量(4/8)

圖 5.52 D4 量水堰滲漏量(6/8)

圖 5.53 D4 量水堰滲漏量(7/8)

圖 5.54 D4 量水堰滲漏量(8/8)

透過以上最佳化反算之案例分析與極端假設條件之模擬結果，並 藉由長期滲漏水量測數據以佐證說明，研判新山壩下游殼層坡面平台 處(Sta.0+170m 橫斷面對應之高程為 EL.46m) 之異常滲出水，應與庫 水藉由下游殼層之高透水通道出滲無關，而係源自下雨入滲，殘留於 下游壩體內不均勻殼層材料內滲透性偏低材料上之棲止水，緩緩下滲

（即使雨停仍可持續滲出），進而流入殼層材料內滲透性偏高之透水 通道後最後流出坡面平台。

以下繼而藉由模擬，嘗試解釋為何下游殼層水位觀測井會量測到 高於水平濾層之水頭。

1. 先藉由合理之壩體各材料透水係數條件假設情況下，模擬浸潤面 進入至下游殼層。新山壩現況模擬之壩材透水係數假設如表 5.4；材 料分區如圖 5.55；飽和度分布與三個水位觀測井(#1、#2 與#3)實際 水位所在之網格以黃色標誌如圖 5.56。

表 5.4 新山壩現況模擬之壩材透水係數(單位:cm/sec)

水流即能迅速往低處流動。因此分別從(1)#1 與#2 之後、(2)#2 與#3 之後、(3)緊鄰#3 之後與(4)遠離#3 之後，模擬透水性相對較佳之水平 濾層末段其延伸範圍，假設此水平濾層末段之透水性較前段水平濾層 高。圖 5.57 至圖 5.60 依序為對應(1)至(4)之模擬結果，其中左上為壩 材分區圖(深綠色網格表示相對高透水之濾層段) 和對應分段之透水 係數(單位:cm/sec)；右下為對應之飽和度圖與水位井水位對應之網格 位置(以黃色塊表示)。藉此可看出透水性較好之水平濾層末段越長，

則浸潤面就越低，不過下降幅度仍不明顯。

圖 5.57 兩段式濾層分區圖與飽和度分布圖(#1 與#2 之後)

圖 5.58 兩段式濾層分區圖與飽和度分布圖(#2 與#3 之後)

圖 5.59 兩段式濾層分區圖與飽和度分布圖(緊鄰#3 之後)

圖 5.60 兩段式濾層分區圖與飽和度分布圖(遠離#3 之後)

2. 為了使觀測水頭能與現況相符，令容許差距在一、兩米之內(即 一網格大小)，且庫水並不從下游邊坡出露，因此接續以”遠離#3 之 後” 之濾層兩段式情形繼續分割濾層為三段式與四段式之模擬，並假 設越往下游之濾層透水性越好。三段式與四段式結果分別表示如圖 5.61 與圖 5.62，其中左上為壩材分區圖和分段之透水係數(單

位:cm/sec)；右下為對應之飽和度分布圖與水位井水位對應之網格位 置(以黃色塊表示)。圖 5.62 之四段式濾層模擬結果與現況最為接近，

其壩體總滲流量為 103.3 CMD。

圖 5.61 三段式濾層分區圖與飽和度分布圖(遠離#3 之後)

圖 5.62 四段式濾層分區圖與飽和度分布圖(遠離#3 之後)

3. 以此案例而言，欲由壩體外部透露之跡象診斷壩體內部可能存在 之問題，恐非單純假設各分區材料為均質來模擬即可，宜先能一一探 討可能發生之原因，並儘可能瞭解各現象問題後，再開始進行最佳化 演算法之問題模式化，由此方能將實際問題儘可能地周全考量，以達 到使用最佳化演算法進行最佳化問題反算分析之目的。

因此，下一節(即 5.5)將進一步針對新山壩近下游側之水平濾層 段，以和弦搜尋最佳化法假設三種水平濾層透水性分布狀況，並以實 際監測之水位觀測井之水頭與總壩體滲流量作為目標因子求解。