Re: [問卦] 水庫積砂不清---颱風來再俇洩

[hohoho1030 (Can FlyDog Jr.)]

※ 引述《artrox (小軟)》之銘言：
: ※ 引述《seedhyper (威廉+小馬世少棒雙冠期待)》之銘言：
: 我雖然不是專門學水利的，但是以前有稍微接觸一些相關的東西，
: 讓我拋磚引玉一下..
: 常見的清淤方式大約有抽泥、或者空庫排砂，
: 抽泥就是運用抽泥管，將底泥抽出，再運送走，
: 水庫或攔河堰的底部有所謂的排砂道，就是讓底部泥砂能夠順著水流排出，
: 但是在淤砂速度過快，排砂速度不足的情形下，泥砂很快就會累積到堵住排砂道，

學長~我也來代勞一下XD

為什麼排砂道可以在颱風豪雨期間有效排出淤砂 要先從"異重流"的觀念來說明
簡單的說，兩種密度不同的液體混在一起時，密度低的液體會浮在表層對吧？
(Ex油水混合時，密度低的油會浮在水之上)

當颱風豪雨造成水庫上游河道帶入大量泥砂後，河水因混合泥砂成為"渾水"
渾水的密度高於清水，因此當渾水進入水庫時，會是這樣的狀態(簡單示意圖)：

       高程EL.(m)  大壩

滿水位   245.0      █▌﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏▽﹏﹏
                   ██
                   ██
排洪隧道 222.0    ██▌
                  ██▌清水
                 ███
                 ███
                ███▌            ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
石門大圳 193.5  ███▌﹉﹉﹉﹉﹉﹉
發電廠   173.0 ████ 渾水                           ▁▁▂▂
放流口   169.5 ████▁▁▂▂▃▃▄▄▅▅▆▆▇▇██████河床

(注意：這些設施並不是位於同一處，本示意圖將各點與大壩放在一起做比較)


如圖，可以看出渾水入庫後會首先沉積於底層
因此水庫的操作上，當預測渾水抵達大壩時應該可以打開位置較低的排砂道
讓大部分的泥砂隨渾水排出庫區，避免大量泥砂日後沉積於庫區成為淤積。
這個就是所謂的異重流排砂。
(可參考有設計異重流排砂的"小浪底水庫"影片(大陸黃河))
 http://tinyurl.com/myo9ar

補一張異重流排砂的照片 http://tinyurl.com/nnzgsh
可清楚看見上層洩洪排掉清水，下層排砂排出渾水

問題來了，石門水庫原先並無設計專用排砂道，
因此，石門水庫先前的排砂只能以既有的設施排砂
例如永久河川放流口(EL.169.5m)以及發電廠進水口(EL.169.5m)等
位置較高的排洪隧道(EL.220.0m)因通常高於渾水區，沒有排砂效果。

然而，石門水庫的泥砂問題在2004年大爆炸
由於先前石門水庫上游有三個大型防砂壩(巴陵壩、榮華壩、義興壩)
在上游泥砂進入庫區前，會先由這三個壩攔截，因此先前不曾有大雨卻停水的經驗

當年敏督利與艾利颱風後，桃園地區大停水的夢靨相信大家記憶猶新
由於三個防砂壩皆已淤滿，無法攔蓄河流泥砂，因此大量泥砂隨大漢溪流入水庫
當時庫區原水濁度飆高，以艾利颱風來說
8/31日時，濁度高達100,000度的渾水層達到海拔205m處
(簡單示意圖如下)


       高程EL.(m) 抽水機
                     ∪═╮
滿水位   245.0      █▌ ║﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏ ﹏▽﹏﹏
                   ██  ║
                   ██ 清水
排洪隧道 222.0    ██▌
                  ██▌﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉
                 ███
                 ███ 渾水
                ███▌
石門大圳 193.5  ███▌
發電廠   173.0 ████                                ▁▁▂▂
放流口   169.5 ████▁▁▂▂▃▃▄▄▅▅▆▆▇▇██████河床


可以發現，石門大圳取水口的高程遠低於清水層，代表此時如果開門取水
石門大圳將會充滿泥漿般的渾水，自來水淨水廠完全無法處理濁度10萬度的水
(一般自來水淨水廠可處理之濁度為2000度)
石門大圳取水口這麼低的原因之一是因為石門水庫原先規劃時僅作為農業灌溉用水
後來台北桃園地區發展快速，一併供應民生用水，
才會動輒因水庫蓄水不足導致休耕或分區限水等

扯遠了，取不到清水、無法供應自來水對民眾勢必影響甚鉅
後來才出現在壩頂擺抽水機，抽取表層清水的世界奇觀

那，這些濁度高的渾水到底花了多久的時間才讓泥砂沉降到取水口以下的標高呢？

             日期        濁度100,000度層界標高

             9/1          約 205m
             9/10         約 205m
             9/20         約 202m
             9/30         約 200m
             10/8         無 (石門大圳取水口處濁度僅約50度)

是的，至少花了一個月才讓懸浮的泥砂沉降至可正常取水的程度。

這次颱風加上一些決策的失誤，導致這些泥砂沒有適時利用滿水期間排出，
使得石門水庫淤積量一下子暴增 (數據可參考本人 #1AV64X0k 一文)
隔年馬莎颱風期間也因相同原因造成約一週的停水事件
因此，水利署於EL.220m處新設取水口，避免渾水過高期間無水可用的窘境。
(應已完工，如有誤煩請指教)

既然排砂效率遠高於清淤，石門水庫自然也有相關措施。
原先可供排砂的設施中，位於EL.135m的導水隧道進水口早已因淤砂高度過高失去作用
(該處淤砂高度已達EL.190m)
而發電廠進水口也因為排砂造成阻塞
因此對於石門水庫排砂道的新建設計，或是將現有設施排砂效率的改善
是有在進行的。

至於清淤的部份，效率自然遠低於排砂。
即便是採取空庫排砂來進行，以阿公店水庫的例子來看
水都放空後，也無法完全清除水庫的淤砂，更遑論石門水庫不可能做這樣的措施。

在目前台灣不可能新建大型水庫的情況下(沒有適合地點、民意反對等)
政府勢必會想辦法延長石門水庫的使用年限
除了前述的排砂設計外，清淤作業，以及更重要的減少上游泥砂工作都是缺一不可。

(ps.本文為簡單說明起見，省略許多細部條件，如淤積型態等，請見諒)
如有錯誤，煩請不吝指教。感謝您。


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今日我最婊  (Gossiping #19Y_j-Tz、#19Y_kotH)
推 clkdtm32:感想就是還好住在三重                                   02/06 16:58
→ clkdtm32:靠邀 下面那篇....
 作者  yabia1357 (yabia)                                      看板  Gossiping 
 標題  [問卦] 三重有騎車持刀的青少年出沒,有人被砍嗎?                          
 時間  Fri Feb  6 16:58:25 2009                                                 

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→ sdiaa:(舉手) 不能把巴陵壩等三壩清一清嗎？
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→ hohoho1030:sdiaa您好 巴陵壩在2007年韋帕颱風期間損毀 目前不打算
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推 roseritter:認真文
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→ hohoho1030:重建 另外,清淤有經濟效益考量 如果沒有適合的道路條件
推 vul3G:EL.也翻成高程吧～海拔又會是另一種意思了
感謝您 其實我不是很清楚兩者的定義
我把文中都修正為高程EL. 感謝感謝
→ hohoho1030:或是機具進入困難, 清淤的成本會很高
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推 hmcedamon:水庫文
推 RIP5566:興建鋼門水庫應該比較可行................
※ 編輯: hohoho1030      來自: 114.38.56.23         (08/08 21:31)
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推 smoth:可以在石門附近建大型初沉池嗎?  放混水預先沉澱@@
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→ hohoho1030:smoth您好 依據艾利颱風的沉降數據 沉降速率約1cm/hr
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→ hohoho1030:在有限空間的情況下 沉降時間不知道能否達到可接受標準
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補一張小浪底水庫排砂的照片 http://tinyurl.com/nnzgsh
※ 編輯: hohoho1030      來自: 114.38.56.23         (08/08 22:03)
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