1.1 研究動機與目的
台灣地區雖然雨量豐沛，惟由於豐枯水期分配不均，因此有賴各大小水 庫及水工結構物之調蓄水源，以滿足農業、民生及工業等用水需求，目前台 灣地區現有水庫設施達近百座，由於台灣地區颱風與地震頻繁，加上近年來 氣候異常頻率增高，水庫之安全有賴於定時之安全評估，其中安全監測為水 庫安全評估極重要之ㄧ環外，亦為平時安全檢查之重要依據。由於台灣地區 許多重要水庫隨著庫齡逐漸增加，監測儀器亦因屆齡損壞至安全監測資料逐 漸減少，實有必要進行水庫安全監測之問題平溪及提升非破壞性檢測技術在 水庫安全評估之應用，以強化水庫安全評估及平常安全檢查工作之落實。
常見有關水庫安全監測之問題包括儀器損壞比例偏高及監測資料常出 現不合理現象，以致監測資料無法真實回饋數值模擬進行綜合評估；在現地 檢查方面，一般以目視檢查為主，而數值校核分析所需要之材料參數則必須 採用破壞性之補充鑽探，未能有效利用非破壞性監測之技術，以檢查壩體內 部之情形並提供數值分析所需之參數。非破壞性檢測方法以系統識別方法最 被廣泛應用，以往所發展之許多系統局部檢驗方法，必需預測損壞位置及結 構桿件，但實際上這些條件並不容易達到，因此，發展非破壞檢測技術，應 從整體結構及廣域非破壞檢測技巧著手較為可行。本文之目的是根據實測地 震反應資料，利用系統識別方法(ARX)，配合 ANSYS 分析軟體評估翡翠水 庫(混凝土拱壩)之靜力及動力特性，以暸解壩體在地震作用後是否發生破 壞，俾能及時進行安全補強措施。
1.2 文獻回顧
壩體-庫水系統之動力分析對於水工試驗是一項重要的工作；近年來，
眾多研究被提出，也有許多有限元素分析軟體被發展出來，用於壩體-庫水 系統之分析，並討論基礎岩盤、水、壩體及水庫中淤泥之間的互制效應。分 析基礎岩盤的動態行為(壩體-庫水系統反應的線性模式)及混凝土壩體之應 力乃相當困難，確有其必要。相關文獻顯示，大部份的研究皆利用有限元素 法進行分析。近年有 J.Nasserzare【1】等人將水壩模擬為懸臂樑，推導其運 動方程式，並加入外力因素、地震力、庫水靜壓力及庫水在地震後的動態水 壓，進而求出壩體的振動頻率。
以往有關水壩的分析，多以有限元素為主，且只考慮二維之重力霸，而 不考慮壩體及蓄水之互制作用。至 1933 年，H.W.Westergaard【2】發表水波 方程式，始考慮庫-水互制作用；1967 年，A.K.Chopra【3】以速度位能方程 式推導壩體-庫水互制作用的水壓，證明 H.W.Westergaard 之方程式僅能適用 於外力振動頻率小於壩體-庫水系統之基本振動頻率時，以上所述皆未考慮 壩體之柔性(flexiblity)，直至 1968 年 A.K.Chopra【4】才考慮到利用壩體之 基本振態，以暸解庫水與壩體互制作用之影響；至 1973 年【5】，A.K.Chopra 完成了壩體為柔性時，其壩體-庫水作用之關係。
於 1974【6】、1975 年【7】，A.K.Chopra 成功地解出燈塔與水互制作用 時之水壓關係，但只考慮對稱構架之影響，且其解較為繁雜。1980【8】，蔡 崇興提出以有限元素法及副構架法，以探討拱壩受震時，考慮庫水、淤泥與 壩體互制作用對於壩體自然振動頻率及振態之影響。至 1996 年，羅俊雄等 人【9】，利用系統識別方法(多重輸入-單一輸出)分析翡翠水庫，期探討蓄水 位高及壩體自然振動頻率之關係，藉此作為評估水壩結構安全之依據，惟該
研究並未考慮淤泥的影響。2005 年，蔡政任【10】利用 SRIM 系統識別技巧，
識別水庫壩體-庫水系統之自然頻率及振態，並探討有庫水與無庫水對於壩 體自然頻率之影響，且建立一數學公式，以萃取不含庫水之壩體頻率。
本研究將利用 ARX 系統識別技巧(多重輸入-多重輸出)，根據實測之壩 體地震反應，識別翡翠水庫之自然振動頻率，並探討蓄水位深及淤泥深度對 壩體頻率之影響，作為水庫安全性評估的依據。此外，並利用 ANSYS 建構 翡翠水庫結構分析模型，以進行靜力及動力分析，進而探討壩體受震前及受 震後之安全性。最後於本文附錄介紹利用「無輸入-單一輸出」之 AR 識別 技巧針對重力壩進行識別分析。
1.3 本文內容
本文共分五章，第一章為緒論，介紹研究動機與目的及文獻回顧。第二 章介紹系統識別理論。第三章將對翡翠水庫進行識別分析以得知頻率及阻尼 比，並探討蓄水位高及淤泥深度對壩體基本振動頻率之影響。第四章將利用 ANSYS，嘗試以翡翠水庫為藍本，建構拱壩模型，探討拱壩受震前及受震 後之應力分佈狀況。第五章結論與建議。附錄將簡介利用「無輸入-單一輸 出」之 AR 識別技巧，針對重力壩進行識別分析，以得知其頻率內涵及阻尼 比。