消能設施段方案評估

本計畫於第四章中建議以調整池/消能豎井(Baffle-drop)取代大型閥室 管中消能，本計畫將調整池/消能豎井(Baffle-drop)又分為兩種佈置方案進行 評估比較：

一、調整池及消能豎井(Baffle-drop)配合三座控制閥 (一) 跨越曾庫公路至木瓜園台地

本管段分為水平與垂直段二部份：水平段擬以推進工法施工，初 步建議採用 WSP 管(二層鋼管內夾水泥砂漿)，推管距離約 150m；

垂直段則開挖一直徑 5m 供水豎井，內安裝 2.2m 鋼管，周邊回填混 凝土。

(二) 調整池及消能豎井(Baffle-drop)

初 步 工 程 佈 置 如 圖 6.2-1 及 圖 6.2-2 ， 初 步 構 想 為 於 台 地 EL.175.0~EL.180.0 之間興建一 11m(高)×30m(寬)×40m(長)體積共 12,000 立方公尺的調整池作為引水管與輸水管的介面，調整池頂部 高程 EL.183.0m，最高水位擬設定為 EL.182.0m，調整池之出水口 則 銜 接 一 Baffle-drop structure 的 消 能 豎 井 ， 其 底 部 為 高 程 約 EL.123.0m。

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圖 6.2-1 消能設施段配合三座控制閥平面佈置圖

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圖 6.2-2 消能設施段配合三座控制閥縱橫斷面圖

(三) 控制閥

由於水流流入調整池之前有必要消耗水庫水位與調整池之間落 差約 50m 的水頭，故必須考慮消能可能造成的破壞性穴蝕的問題，

唯亦必須同時考慮水庫在低水位時輸水量的需求，在平衡二種要求情 況下，本方案控制閥採用全斷面且結構較佳的球閥(ball valve 或 spherical valve)，初步估算採用穴蝕指數(cavitation index)=1.8 為 可容許標準。

若閥門安裝在 EL.173.2m 的高程，則需三道串聯控制閥方能達 到安全消能的目的，估算三道1,800mm 閥門的消能量分別是上游 24.1m，中游 15.6m，下游 10m，合計 49.7m。此外，亦需裝置一道 隔離閥，此閥門可採用蝶閥，初步佈置之閥門位置如圖 6.2-2，原則 上閥門之間距採 8m。

二、調整池及消能豎井(Baffle-drop)配合一座消能井及固定錐型閥 (一) 跨越曾庫公路至木瓜園台地

本管段分為水平與垂直段二部份：水平段擬以推進工法施工，初 步建議採用 WSP 管(二層鋼管內夾水泥砂漿)，推管距離約 150m；

垂直段則開挖一直徑 5m 供水豎井，內安裝 2.2m 鋼管，周邊回填混 凝土。

(二) 調整池及消能豎井(Baffle-drop)

初 步 工 程 佈 置 如 圖 6.2-3 及 圖 6.2-4 ， 初 步 構 想 為 於 台 地 EL.175.0~EL.180.0 之間興建一 11m(高)×20m(寬)×60m(長)體積共 12,000 立方公尺的調整池作為引水管與輸水管的介面，調整池頂部 高程 EL.183.0m，最高水位擬設定為 EL.182.0m，調整池之出水口 則 銜 接 一 Baffle-drop structure 的 消 能 豎 井 ， 其 底 部 為 高 程 約 EL.123.0m。

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圖 6.2-3 消能設施段配合消能井及固定錐形閥平面佈置圖

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圖 6.2-4 消能設施段配合消能井及固定錐形閥縱橫斷面圖

(三) 消能井及固定錐型閥

由於水流流入調整池之前有必要消耗水庫水位與調整池之間落 差約 50m 的水頭，故必須考慮消能可能造成的破壞性穴蝕的問題，

唯亦必須同時考慮水庫在低水位時輸水量的需求，本工程採用美國墾 務局開發並廣為應用的Vertical Sleeve Valve Stilling Well。該方案 將上游來水經由垂直式套筒閥引入消能井中心，以消能井為消能工，

尾水則進入一明渠往下游輸送，消能井將使下游渠道的湧浪微小，不 對該渠道產生沖刷作用。

依據 Burgi, P.H.

Hydraulic Design of Vertical Stilling Wells.

ASCE Journal of Hydraulic Division, July, 1975, pp.801-816.所載標 準套筒閥之能量消耗與開度的關係，套筒閥在全開情況下，閥門的 損失係數 k=1.84。為確保在低水位 195m(曾文高程系統)能輸送 80 萬 CMD，本計畫之套筒閥直徑建議採用 D=1.5m。

依據 Burgi, P.H. Hydraulic Design of Vertical Stilling Wells.

ASCE Journal of Hydraulic Division, July, 1975, pp.801-816.所載之 消能井最佳尺寸，本計畫木瓜園調整池前端消能井之尺寸之訂定如 下，如圖 6.2-5 所示。

 消能井寬 b=D/0.22=1.5/0.22=6.82m，採 7.0m

 消能井深 d=1.5b=1.5×7.0=10.5m

 填角距消能井底部 c=0.1b=0.1×7=0.70m

 閥出口距消能井底部 a=0.5D=0.5×1.5=0.75m

 填角寬度 k=0.417b=0.417×7=2.92m

 填角坡度 Z=1.4

 填角外側高度 J=0.210b=0.210×7=1.47m 三、消能設施方案比較

上述消能設施段方案比較如表 6.2-1 所示，兩方案工程經費、對既 有構造物及環境之影響、工期等因素相當，惟配合消能井及錐形閥方案 之運轉操作難易度更加簡易，減少人為操作風險，估建議採用配合消能 井及固定錐形閥之方案。

圖 6.2-5 調整池前端消能井平剖面圖

表 6.2-1 消能設施方案表比較表