1-1 研究背景
石門水庫自民國 52 年 5 月開始蓄水以來，歷經多次颱風暴雨侵襲以及其他 自然人為因素之影響，造成水庫集水區內山坡地嚴重沖刷與崩塌，以致洪水夾 帶大量泥沙流入水庫，降低水庫庫容空間，影響水庫調節蓄洪之功能。民國 93 年艾莉颱風期間，為石門水庫上游集水區帶來連續長時間高強度降雨，造成水 庫集水區大量土石崩塌，根據水利署初步估計，艾利颱風為石門水庫帶入了將 近 2,000 萬立方公尺之淤積量，約佔該水庫完工 41 年來總淤積 5,587 萬立方尺 之 35.8%，該淤積量將讓石門水庫使用壽命減少七年。由圖 1-1-1 石門水庫放 水口示意圖可看出石門大圳進水口高程為 195 公尺，但是配合 93 年 9 月 3 日量 測如圖 1-1-2 之石門水庫地形顯示，石門大圳進水口高程已超過 200 公尺，造 成石門大圳進水口被大量泥砂掩埋而無法取水，使得南桃園地區約三個星期無 法供水，影響民眾生活甚鉅。
由圖 1-1-3 石門水庫集水區艾利颱風事件總降雨等雨量線顯示，上游集水 區新竹縣尖石鄉累積雨量達 1,600 毫米以上，中游桃園縣復興鄉整場事件累積 雨量也有 1,200 毫米以上；除此之外由表 1-1-1 可知上游集水區連續 6 小時累 積雨量以白石、玉峰站最高，分別達 458 及 455 毫米，其中，玉峰站超過 200
年重現期之 413 毫米，白石站則介於 50 至 100 年重現期(425 毫米至 494 毫米) 間，中游之高義站連續 6 小時累積雨量為 360 毫米，約為 50 年重現期；在連續 12小時累積雨量方面，上游集水區之白石、玉峰站雨量分別達 842 及 813 毫米，
其中，玉峰站超過 200 年重現期之 601 毫米，白石站則介於 100 年至 200 年重 現期(746 毫米至 861 毫米)間，中游集水區之高義站 624 毫米，亦超過 200 年重 現期之 601 毫米；在連續 24 小時累積雨量上，上游集水區以白石站 1,262 毫米 最高，介於 100 年至 200 年重現期(1,108 毫米至 1,304 毫米)，玉峰站 1,176 毫 米則超過 200 年重現期之 862 毫米，中游集水區高義站 895 毫米亦超過 200 年 重現期之 862 毫米。除了連續長時間且高強度之降與持續沖刷外，短延時之降 雨強度亦相當高，使得集水區上游多處有坡地崩塌及土石流發生，大量的土砂 隨著降雨帶入石門水庫。龐大的雨量也為石門水庫大來了大量的入流量，由圖 1-1-4石門水庫流量歷線中可知，於 8 月 25 日 4 時，石門水庫有最大之入流量 8,5783m3/s。
圖 1-1-1 石門水庫放水口示意圖
273500 273550 273600 273650 273700 273750 273800 273850 273900 273950 274000 274050 274100 274150 274200 274250 2744700
273500 273550 273600 273650 273700 273750 273800 273850 273900 273950 274000 274050 274100 274150 274200 274250 2744700
雨量(mm)
圖 1-1-3 石門水庫集水區艾利颱風事件總雨量等雨量線
0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 10,000
23日1 5 9 13 17 21 24日1 5 9 13 17 21 25日1 5 9 13 17 21 26日1 5 9 13 17 21
時 間 (hr)
流 量 (cms)
水庫出水量 水庫進水量
圖 1-1-4 艾莉颱風石門水庫流量歷線(93 年 8 月 23 日 1 時~ 8 月 26 日 24 時) 表 1-1-1 石門水庫集水區艾利颱風事件小時連續累積最大降雨量
小時連續最大雨量(毫米) 站名 縣市 鄉鎮
1小時 3 小時 6 小時 12 小時 24 小時 巴陵 桃園縣 復興鄉 39.0 101.0 181.0 320.0 506.0 玉峰 新竹縣 尖石鄉 88.0 236.0 455.0 813.0 1176.0
白石 新竹縣 尖石鄉 88.0 233.0 458.0 842.0 1262.0 石門 桃園縣 龍潭鄉 43.0 90.0 160.0 302.0 447.0 池端 宜蘭縣 大同鄉 37.0 73.0 130.0 249.0 430.0 西丘斯山 新竹縣 尖石鄉 43.0 102.0 192.0 325.0 484.0 高義 桃園縣 復興鄉 66.0 192.0 360.0 624.0 895.0 嘎拉賀 桃園縣 復興鄉 62.0 158.0 305.0 517.0 684.0 霞雲 桃園縣 復興鄉 52.0 138.0 263.0 428.0 632.0 鎮西堡 新竹縣 尖石鄉 63.0 175.0 318.0 564.0 803.0
1-2
研究目的石門水庫原興建主要目標為提供灌溉防洪，然為因應目前整體民生及產業 環境之改變，調節供應公共給水功能日趨重要，其公共給水除下游鳶山堰攔引 送板新淨水場外，另有於大壩上游取水經石門大圳送平鎮、龍潭、石門淨水場，
及於後池堰取水經桃園大圳送大湳淨水場者，每日平均由水庫調蓄之供水量約 80萬立方公尺，若考慮下游未控流量及三峽河抽水站者，總供水量最大可達 148 萬立方公尺，主要供應台北縣、桃園縣及新竹縣湖口鄉之公共用水。目前石門 水庫每年總供水量約為 9 億噸，包括民生用水量約 3 億噸、工業用水量約 1.5 億噸及農業用水量約 4.5 億噸，然石門水庫總蓄水量約 2 億 4 千萬噸，顯示不 論降雨量多寡，石門水庫在水資源的調配上都是相當吃緊。
歷年來，水利署致力於水庫清淤工作，近五年已執行如表 1-2-1 所示之 23 項相關研究計畫；除此之外，為因應艾利颱風造成石門水庫淤積量大幅增加，
水利署並積極研擬因應措施包括：以水庫表水(清水)與低標高濁水混和排放稀
釋、以石門大圳退水路排放底層濁水及抽泥船全天運轉抽泥等短期措施，以及 於水庫中游另設高層取水口、建立異重流監測與預警系統、結合地方政府辦理 水庫清淤作業、加強集水區治理保育及土地管理等中、長期措施。但因泥砂淤 積大量減少水庫調蓄空間，全台多座水庫亦都面臨泥砂嚴重淤積問題，未來無 論旱季或雨季，如何維持水庫供水機能，確保水庫水資源永續經營利用，將是 刻不容緩，亟待解決的課題。
表 1-2-1 經濟部水利署近 5 年辦理水庫泥砂相關計畫一覽
計畫
年度 計畫名稱 執行單位
土地利用變遷對水庫集水區水源涵養影響之評估
計畫 逢甲大學
台灣地區水庫入流泥砂、水質觀測方法及水壩安 全評估風險分析
台大嚴慶齡工業發展基金會合 設工業研究中心 大埔水庫防淤操作技術之研究與水工模型之建置 台大水工試驗所
水庫合理之入流水質及泥砂評估方法計畫 中與大學水土保持系 88
阿公店水庫防淤策略研究 交大土木系
台灣地區水庫入流泥砂、水質觀測方法及水壩安 全評估風險分析
嚴慶齡工業發展基金會合設工 業研究中心
水庫合理之入流水質及泥沙評估方法 中興大學水土保持研究所 89
建立水庫高效率排砂 財團法人成大研究發展基金會
水庫容量及淤積測量之研究 財團法人成大水利海洋研究發
展文教基金會 水庫清淤對供水營運之風險評估 國立台灣大學水工試驗所 90
建立水庫高效率排砂(2/4) 財團法人成大研究發展基會 水庫沉滓運移模式研究與應用－以石門水庫為例
(1/2)- 交通大學防災工程研究中心
91
水庫淤砂再生資源技術研究(1/4) 交通大學防災工程研究中心
計畫
年度 計畫名稱 執行單位
建立水庫高效率排砂(3/4) 財團法人成大研究發展基金會 水庫沉滓運移模式研究與應用—以石門水庫為例
(2/2) 交通大學防災工程研究中心
建立水庫高效率排砂(4/4) 財團法人成大研究發展基金會 水庫淤砂再生資源技術研究(2/4) 交通大學防災工程研究中心 92
石門水庫集水區泥砂產量推估之研究(1/3) 財團法人台灣水利環境科技研 究發展教育基金 水庫淤砂再生資源技術研究(3/4) 交通大學防災工程研究中心 石門水庫集水區泥砂產量推估之研究(2/3) 財團法人台灣水利環境科技研
究發展教育基金
水庫清淤標準作業檢討 逢甲大學防災中心
水庫異重流與水庫減淤操作試驗研究(1/3) 台灣大學 93
水庫淤泥應用於國土保育之研究(1/3) 成功大學
因此，本整合型計畫將以石門水庫為示範研究區域，邀集國內學者專家進 行研究並加以整合，針對水文不確定性、自來水供需風險及備載應變、水資源 調度、颱洪期間水庫操作及環境影響等領域進行切入，進行水庫供水機能檢討 評估並提出改善對策，提供主管機關做為未來加強水資源運用或防災科技研究 計畫核列之參考。
1-3
整體分工合作架構為檢討評估水庫供水機能，須由水文、水理、環境及供水調度等不同領域 進行深入探討，綜觀各部分之研析，均需要具有優良之專業素養，並非單憑個 人之力量所能獨立勝任及完成者，必須以研究群方式，整合各部分之研究成果，
加強各研究子題間之連接與協調，以達到分工合作、群策群力之整體效果。因 此，本計畫根據上述領域規劃六個研究子題，並邀請國內相關領域學有專精之 學者專家擔任子計畫主持人及共同主持人，分別進行研究子題之探討與合作。
各子計畫名稱、主持人、共同主持人及主要參與研究人員如表 1-3-1 所示。
圖 1-3-1 說明各子計畫間之相關性，本整合型計畫首先針對水文不確定性 影響水庫供水風險進行評估(子計畫一)，同時水庫於颱洪期間蓄清排淤操作，
除對水庫本身容量及供水能力造成影響，亦將影響下游河道環境，因此將分別 針對颱風期間水庫蓄清排渾效應(子計畫四)及水庫洩洪排淤對下游河道環境影 響 (子計畫五) 進行評估。在水庫供水機能檢討方面，則先就自來水供需情況
及供水風險進行評估(子計畫二)，同時為因應緊急應變情形，將進一步針對區 域及跨區供水調度可行性(子計畫三)及自來水廠備載應變技術可行性 (子計畫 六) 進行評估。面對如此具有包含水文、環境工程、自來水供需及自來水廠備 載技術可行性評估與涵蓋上下串聯、層次相關多項研究課題之整合型計畫，必 須有一總計畫予以整合，負責居中協調與連絡事宜，並督促及掌控各子計畫之 研究成果，以期達到本整合型計畫之預期目標。
表 1-3-1 「水庫供水機能檢討評估與改善對策─以石門水庫為例」整合型計畫 各子計畫名稱、主持人、共同主持人及主要研究人員
計畫別 計畫名稱 主持人 共同主持人 主要研究人員
總計畫 水庫供水機能檢討評估與改
善對策─以石門水庫為例 許銘熙教授 何興亞博士 陳宣宏、連宛渝 子計畫一 水文不確定性影響水庫供水
風險之評估 林國峰教授 張斐章教授 黃珮瑜、吳明璋 子計畫二 自來水供需情況及供水風險
之評估 吳瑞賢教授 蘇文瑞博士 林碧亮、陳慶和、
石棟鑫、林哲暐 子計畫三 區域及跨區供水調度可行性
之評估 張良正教授 虞國興教授 何智超、王鵬瑞 子計畫四 颱風期間水庫蓄清排渾效應
之評估 張良正教授 虞國興教授 何智超、王鵬瑞 子計畫四 颱風期間水庫蓄清排渾效應