義興壩

義興壩建造於大漢溪主流，位於石門水庫上游約 3 公里處。義興 壩於民國 55 年 12 月竣工，壩長 100 公尺，主要為一混凝土重力式格 籠壩及混凝土重力式溢流壩所組成之防砂壩。義興壩於民國 58 年淤 滿，於是進行義興防砂壩加高工程，並於民國 62 年完工。民國 93 年 艾利颱風造成上游山坡地嚴重沖刷，導致淤砂量達到極限。因此自民 國 94 年起逐年進行義興壩清淤工作。

(1) 岩石種類及性質

義興壩址之基層岩盤為木山層，以厚層之白灰色、黃灰色及白色，

細粒至粗粒砂岩為主，夾有灰色頁岩，或細粒砂岩及頁岩之互層，偶 夾有薄煤層。砂岩大部份為正石英砂岩，含少量之粘土礦物，淘選頗 佳，有交錯層和漣痕，部份露頭有生物擾痕如砂棒等沉積構造並含有 煤線，頁岩則為深灰色，含多量之碳質物及煤碎片。在壩基與壩址下 游主要以極厚層塊狀砂岩為主。義興壩附近地層位態約為 N16E/8N，

地層走向與水流流向大致平行。

透過現地的調查將義興壩壩址附近的地層分佈繪製如圖 4- 5，以 及各岩層的抗沖刷能力。

90

圖 4- 5 義興壩岩石露頭分布圖

義興壩沖刷演進示意圖，如圖 4- 6，圖 1 為義興壩尚未沖刷的地 質剖面圖，圖 2 為義興壩下游岩盤開始受沖刷後的沖刷坑發展情況，

圖 3 為水流持續沖刷下，沖刷坑的形狀趨勢。

91

92

砂岩

(3) 計算結果

根據民國 97 年的地形量測資料，如圖 4- 8，與流量資料搭配，並 經過計算與修正後，當尾水深達到 30 m 時，水流接觸到岩盤時所產 生的流功為 312.24 kW/m²，略低於岩盤沖刷啟動門檻 313.5 kW/m²， 而目前的深度與民國 60 年的地形測量資料相比，約刷深了 17m，地 形測量資料中顯示下游水深加上沖刷坑深度剛好約等於 30 m，與計 算的結果相等。另外因為水流擴散的作用使得流功隨著距離的增加而 衰減，衰減程度如表 4- 5，由此衰減的結果可進一步修正沖刷坑形狀，

如圖 4- 7，並將圖 4- 7 繪入圖 4- 8 中與實際現地量測得到之地形相比 較。比較結果，雖然在深度上估計值與現地實際量測值相當接近，但 沖刷坑形狀由於現地水流變異性大，無法與本研究採用單一流量計算 的方式直接比較，因此造成沖刷坑形狀的部分差異較大。

93

圖 4- 7 義興壩沖刷深度與形狀示意圖

SS

義興壩

15

94

表 4- 4 義興壩沖刷評估參數及計算結果 單寬流量 q 56.7 m²/s

跌水距離 H 8.0 m

平衡尾水深 Y 30 m

射流水柱厚 Dj 3.0 m

水平流速 V 18.4 m/s

正規化消能池深度 Y/Dj 10 射流軌跡長度 L 23.85 m 射流破裂長度 Lb 21.84 m 射流破裂長度比 L/Lb 1.09 跌水高度與射流長度破裂比 H/Lb 0.366

射流水柱擴散厚度 D_out 3.54 m 射流擴散衝擊面積 A/W 4.73 m

水面射流流功 Pjet 940.47 kW/m² 平均動態壓力係數 Cp 0.118 波動動態壓力係數 Cp’ 0.214

沖刷坑底部流功 P_total 312.24 kW/m² 岩盤抗沖蝕能力指數 Kh 2130 岩盤沖刷啟動門檻流功 Pthreshold 313.5 kW/m²

95

表 4- 5 義興壩沖刷形狀計算結果

x/h Cp 流功

尾水深 (極厚層砂岩) -0.4 0 0.00 0

-0.35 0.01 0.00 0 -0.3 0.04 0.00 0 -0.25 0.09 4.70 0 -0.2 0.18 23.51 0 -0.15 0.36 84.64 0 -0.1 0.62 423.21 0 -0.05 0.9 818.21 28

0 1 940.47 30 0.05 0.9 818.21 28 0.1 0.62 526.66 15 0.15 0.36 282.14 0

0.2 0.18 150.48 0 0.25 0.09 75.24 0 0.3 0.04 37.62 0 0.35 0.01 15.99 0 0.4 0 0.00 0 x/h:正規化與沖擊點的距離/尾水深

C_p: 無因次動態水壓

96

圖 4- 8 義興壩沖刷坑剖面圖(設置攔河堰引致岩盤沖刷之機制與評估研究, 2010)

240.0 250.0 260.0 270.0 280.0 290.0 300.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

高 程( m)

上游至下游距離(m)

90年Q50水位高程 60年地形測量 90年地形測量 97年地形測量 本研究估計

97