模型比 1/20 試驗成果比較分析

階梯式豎井消能工及無階梯式豎井消能工之量測壓力變化，詳如 表 4-3 所示。試驗結果顯示有階梯式豎井消能工之壓力變化，最大振幅 縮減至 0.84 公尺以下，標準差在 0.14 公尺以下，明顯減少壓力之震盪。

階梯式豎井消能工定量流輸水量由 10 萬 CMD 增加至 80 萬 CMD 之試 驗成果，如照片 4-2~照片 4-9 所示。

(一)無階梯式豎井消能工：

無階梯式豎井消能工可以明顯看出，由調整池進入的輸水流量直 接投潭時，受到重力加速會捲入較多的氣泡與較劇烈的水位震盪以達 到消能效果。尤其在中低輸水量時，豎井水位越低投潭速度越快會捲 入更多氣泡，細微氣泡會捲入下游輸水管路，以致增加下游排氣閥的 負擔，如果氣泡量太大來不及排除會累積成壓縮氣體產生不理想的輸 水流況。因此，無階梯式豎井消能工之輸水過程，於低流量與低水位 情況下，會夾帶較多氣泡進入下游管段，如照片 4-10 所示。因此，建 議應設置階梯式豎井消能工，確保長距離管路輸送前之理想流況。

(二)階梯式豎井消能工：

階梯式豎井消能工不論高輸水量或低輸水量，經過逐階消能與減 速，豎井內氣泡細化與氣泡潛入深度減少，氣泡較不易被帶入輸水管 路中。即豎井內水面下夾氣量少透光度佳，豎井內投潭水深比較，如 表 4-4 所示。觀察下游輸水管段，階梯式豎井消能工在定量流情況下，

觀察幾乎無氣泡進入下游輸水管段，僅在 10 萬 CMD 變量流充水時會 有氣泡進入下游輸水管段，此短暫變量流過程夾氣問題，設計單位已 考量下游輸水管段適當位置設計排氣閥。

(三)豎井內通風側與消能側間之通氣孔：

通氣孔採用垂直長條矩形，當流量大於(40 萬 CMD 時，部分震盪 水流會越過通氣孔進入豎井通風側，如照片 4-11 所示。試驗過程發現 僅少量水體經由通氣孔跌落通風側，對通氣量與水位震盪影響不大。

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建議通氣孔考量未來維護檢修通道，可適度微調水平位置、尺寸與附 設爬梯，以利工作人員進出。

(四)逐階跌水消能與旋轉流況：

階梯式豎井消能工之流況，水流在逐階交替轉換方向，藉由延長 運行距離消耗水流能量，降低水體進入水面的流速，減少水面下氣泡 量與氣泡潛入深度，以及降低豎井水位震盪。豎井內部跌水過程水理 現象複雜，再加上夾氣量的變化，即在整個由上而下的跌水過程水流 有交替旋轉消能，如照片 4-12 所示。未來實際營運時輸水量越大豎井 水位越高，需要消能的水位範圍越小，旋轉流況很短，捲氣運行水體 受到隔板阻斷的運行距離越長，觀察到微小氣泡潛入 2~3 階即受阻擋 上浮，因此下層水體明顯清晰。中低流量逐階消能左右震盪跌水流況，

試驗結果尚能達到穩定輸水與消減夾氣問題。如能考量階梯式豎井消 能工發明者 Odgaard 教授建議略微退縮隔板降低旋轉流況，則於細設 階段試驗檢討評估。

(五)第一階消能板之流況分析：

第一階消能板受到 45 度入水管與隔牆阻擋，會有局部超高之水理 流況，如照片 4-13 所示。分別呈現 10 萬 CMD、40 萬 CMD 及 70 萬 CMD 第一階水理流況，如照片 4-14~照片 4-16 所示。入水管尚能跌水 至第一階隔板，並結合隔牆導引至第二階隔板，達到逐階消能效果。

如考量改善豎井旋轉起始流況，則建議調整水平入射角試驗評估。

(六)調整池與豎井銜接管段：

設計入水管上游在調整池部份之入口採用一彎頭向下，此設計降 低漩渦捲氣進入管段。在非滿管時，因彎頭朝下且水流在管內流向下 游，導致空氣無法從上游補充，僅由下游出口補充於流量 60 萬 CMD 時，入水管液面略微不平，在 70 萬 CMD 時則液面較為起伏，如照片 4-17 及圖 4-21 所示。

表 4-3 有無階梯式豎井消能工壓力比較表

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備註：無階梯式豎井消能工流況(左)、有階梯式豎井消能工正面流況(左)、有階梯式豎井消能工側面流況(右) 照片 4-2 10 萬 CMD 定量流豎井內部流況比較照片

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備註：無階梯式豎井消能工流況(左)、有階梯式豎井消能工正面流況(左)、有階梯式豎井消能工側面流況(右) 照片 4-3 20 萬 CMD 定量流豎井內部流況比較照片

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備註：無階梯式豎井消能工流況(左)、有階梯式豎井消能工正面流況(左)、有階梯式豎井消能工側面流況(右) 照片 4-4 30 萬 CMD 定量流豎井內部流況比較照片

4-30

備註：無階梯式豎井消能工流況(左)、有階梯式豎井消能工正面流況(左)、有階梯式豎井消能工側面流況(右) 照片 4-5 40 萬 CMD 定量流豎井內部流況比較照片

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備註：無階梯式豎井消能工流況(左)、有階梯式豎井消能工正面流況(左)、有階梯式豎井消能工側面流況(右) 照片 4-6 50 萬 CMD 定量流豎井內部流況比較照片

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備註：無階梯式豎井消能工流況(左)、有階梯式豎井消能工正面流況(左)、有階梯式豎井消能工側面流況(右) 照片 4-7 60 萬 CMD 定量流豎井內部流況比較照片

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備註：無階梯式豎井消能工流況(左)、有階梯式豎井消能工正面流況(左)、有階梯式豎井消能工側面流況(右) 照片 4-8 70 萬 CMD 定量流豎井內部流況比較照片

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備註：無階梯式豎井消能工流況(左)、有階梯式豎井消能工正面流況(左)、有階梯式豎井消能工側面流況(右) 照片 4-9 80 萬 CMD 定量流豎井內部流況比較照片

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照片 4-10 無階梯式消能工氣泡進入下游管段

照片 4-11 跌水時水位震盪超過通氣孔高度

照片 4-12 水流經過階梯式消能板之流況 偏內

偏內

偏內

偏內 偏外

偏外

偏外

偏外

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照片 4-13 水流撞擊第一階消能板及隔牆之流況

照片 4-14 10 萬 CMD 第一階消能板流況 內

側

外 側

照片 4-15 40 萬 CMD 第一階消能板流況

照片 4-16 70 萬 CMD 第一階消能板流況

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照片 4-17 輸水管有入口彎管之流況(70 萬 CMD)

圖 4-21 入水管氣液交界示意圖

調整池 豎井消能工

入水管