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本研究利用一維有限解析法數值模式,配合凝聚性沉滓機制,探 討水庫水力排砂之效率,並以泥砂淤積問題嚴重的石門水庫為應用對 象。

利用 van Rijn (1984b)的公式計算水深方向泥砂濃度剖面,並以此 剖面推算不同高程洩水設施所排放的泥砂濃度,配合各設施出流量估 算各設施的排砂效率。以下為本研究之結論與建議。

6.1 結論

(1) 水力排砂策略包括空庫排砂、蓄清排渾與異重流排砂。其中空庫 排砂及蓄清排渾皆需降低水位,影響水資源調度甚鉅;其中空庫排砂 更因為會在短時間內大量將原本存在水庫內的泥砂排至下游,對生態 有極大的衝擊。故現階段石門水庫水力排砂仍是使用異重流排砂策 略。

(2) 一維顯式有限解析法數值模式受其斷面一維之模式限制,無法詳 細描述水深方向之泥砂運移行為,致使無法準確計算不同高程水庫出 水口的排砂量;雖然如此,在模式檢定驗證案例中,模擬成果的排砂 效率與實測資料有相同趨勢,說明模式應用於評估排砂效率仍具參考 價值。

(3) 由第四章實測資料與檢定驗證案例可知,颱洪期間洪峰越大且延 時越長,各設施可排出之砂量越多,整體排砂效率也越好。以模擬辛 樂克颱風為例,其入流量大於 300cms 之延時為 173 小時,洪峰流量 3,447cms,其排砂效率為 13.6%。

(4) 由第五章針對不同水庫低高程洩水能力方案作數值模擬,可知低 高程洩水口排水能力越大,可排出泥砂濃度高的渾水越多,排砂效率

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也就越好。以艾利颱風為例,設施改善前,低高程洩水口(電廠與河 道放水口)排水能力僅 110cms,其排砂比為 18.6%,設施改善前整體 排砂比為 35.9%。方案一中,低高程洩水口(電廠與河道放水口)排水 能力為 400cms,其排砂比為 23%,降低進水口高程的排洪隧道排砂 比為 16%,而溢洪道的排砂比為 9.3%;方案一整體排砂比可達 52.7%。

在方案二中,低高程洩水口(電廠、河道放水口與排洪隧道)排水能力 達 2,500cms,其排砂比為 46.9%,,而溢洪道的排砂比為 8.4%;方 案二整體排砂比可達 55.3%。(有關各改善方案的描述詳見 5.1)

(5) 在方案二設置的情形之下,可有效減少淤積狀況。以艾利颱風為 例,方案二與設施改善前相比最多可減少底床淤積 3 公尺。

6.2 建議

(1) 增加低高程洩水口放水能力

採異重流排砂策略時,為確保颱洪期間運移至壩址前的高含砂渾 水可順利排出庫區外,減少懸浮載泥砂沉降淤積,增加低高程洩水口 排水能力是必要的。而為了避免入庫渾水不及排放,使渾水面升高影 響較高程取水口取得淨水廠可處理之原水,降低影響供水時程,增加 低高程洩水口排水能力也是有效的措施。

(2) 引入適用於水庫之凝聚性沉滓濃度剖面公式

本論文中引入 van Rijn (1984b)的泥砂濃度剖面公式,配合凝聚性 沉滓傳輸機制計算壩址前的水深方向泥砂濃度,在水庫水力排砂效率 的評估上有不錯的成果;未來可引入適用於水庫流況之凝聚性沉滓濃 度剖面公式,應可得到更好的成果。

(3) 引入異重流模式

由於本研究使用的是一維的模式,未能考慮到水深方向的流速或 含砂量,尤其水庫之異重流現象對於水深方向不同高程處之泥砂濃度

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影響極大,故未來可考慮引進垂直二維甚至三維模式,並考慮水庫泥 砂異重流現象,以對水庫水力排砂的過程能有更詳盡的描述。

(4) 未來考慮蓄清排渾操作

未來若位於石門水庫上游的高台水庫,以及下游的中庄調整池完 工,減少石門水庫的供水壓力,在確保水資源充足的前提之下,可考 慮雖對水庫水資源影響較大、但水力排砂效率更高的策略,如蓄清排 渾等。

(5) 將石門水庫分洪防淤隧道納入評估系統

現規劃於庫區上游、中游或下游處設置分洪防淤隧道,屆時庫區 內水砂運移機制勢必更為複雜,如何操作石門水庫既有設施以及新增 之分洪防淤隧道,以使水資源調度與排砂效益最佳化,也是未來評估 的重點項目之一。

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