水庫淤積嚴重怎麼辦？（二）石門水庫既有設施的防淤功能改善

水庫淤積嚴重怎麼辦？（二） How to solve the problem of reservoir sedimentation ?
石門水庫既有設施的防淤功能改善 Existing Facility Desilting Improvement
經濟部水利署 蔡秉儒正工程司

連結：水庫淤積嚴重怎麼辦？（一）How to solve the problem of reservoir sedimentation ? 異重流與水力排砂 Density currents and sediment slucing

石門水庫如何在既有壩體上，規劃排除淤積的工程？讓異重流持續運動，而能流出水庫以降低渾水界面？

石門水庫的取水設施

然而石門水庫於50餘年前設計時，並無法預見在台灣的地質條件下，水庫淤積會如此快速，也尚未發現水庫有這種異重流的現象，且需要依賴水庫底部孔道來排除，因此石門大壩原設計並無底部排砂孔。但若要在石門大壩新設底孔排砂，則會面臨石門水庫必須持續營運供水，且在桃園地區並無可替代水庫，因此無法排空水庫施工的問題。為了解決這個問題，只能先從水庫既有設施著手改善，使既有設施便為排砂專用設施。

石門水庫原本所設計的取水口有四處，分別為石門大圳取水口(EL.193m)、石門電廠發電進水口兩處(EL.173m)、永久河道取水口(EL.169m)，均位於水庫較低的位置。其中石門大圳及永久河道取水口，因為取水口流量無法加大、且平時均負責供應桃園地區用水，無法長期停用進行改建，因此不列入優先考慮。而原為石門電廠所設置之發電進水口因為有兩處，可以停用一處進行改建，而且原本的流量有放大的可能，遂成為優選方案。

原電廠輸水路平面及立面圖(節自石門水庫竣工圖)

石門電廠裝置有二部機組，分別由兩處進水口各自經由直徑4.5m的壓力鋼管接到兩部發電機組進行發電，每部機組發電時的最大流量為68.6cms（秒。立方公尺，即每秒流過68.6立方公尺的水）。但因為其壓力鋼管直徑達4.5m，所以如果能夠將原有之壓力鋼管轉彎、避開水輪機直接排放，則流量將可大幅增加，提高颱洪時期的底孔排砂量。

因此目前選用的改建方案如圖所示，將分為兩期進行改善，第一期工程主要是將其中一處壓力鋼管向右轉45°至新建閘室形成排砂道，將原本的壓力鋼管變成排砂專用管，而排砂專用管因不經過水輪機組，所以流量可以放大到300cms。

而第二期工程則是將剩下的發電壓力鋼管銜接一分叉管，聯結二部電廠機組，恢復原電廠功能，使兩部機組可以輪流發電，互相備援。

石門電廠防淤功能改善平、剖面圖(節自石門水庫既有設施防淤功能改善規劃報告)

石門電廠防淤功能改善一期工程透視圖(節自石門水庫既有設施防淤功能改善一期工程報告)

改善後之綜合效益

• 節省經費：水庫排出庫底淤泥的方式原本都是採用機械清淤，由抽泥船抽取庫底淤泥後送至沉澱池，淤泥於沉澱脫水壓密後再開挖由卡車轉運至合法收容場所。過去採用這種清淤模式的成本約為600元/m3。而改建後的排砂鋼管，每年颱洪期間約可排放約100萬立方公尺之入砂量，換言之每年約可節省約6億元清淤成本，大幅節省清淤經費。
• 維護設施安全：石門水庫之淤積面幾乎已較原有的進水口為高，因此颱洪期間庫底的渾水及沉木，會有堵塞進水口的風險。改建後的排砂設施因不經過水輪機組，所以能有效將水庫底層之渾水及沉木直接排放，降低水庫各進水口堵塞損害機會，提高設施安全性。
• 穩定供水：改善加大底孔異重流排放量後，可以更有效的降低颱洪期間渾水面高度，降低「蓄渾排清」的效應，降低颱洪期原水高濁度持續之時間，達到穩定供水目標。

排砂管與溢洪道於民國102年7月蘇力颱風期間放流情況(節自蘇力颱風防汛報告)

結語

受限於台灣的地質條件，以及環境保育理念的多元化，要再新建水庫已是十分困難，因此如何維持現役水庫的功能與安全，使其能永續利用成為十分重要的課題。而國內早期興建之水庫於設計初期大多未興建防淤設施，而石門水庫為國內首件進行防淤功能改善工程之營運中水庫，本改善方案的成功，將提供一個如何使水庫永續經營的新思考方向，成為國內其他水庫進行水力排砂改善的參考。 

參考資料：

1. 石門水庫既有設施防淤功能改善規劃報告
2. 石門水庫既有設施防淤功能改善一期工程報告
3. 蘇力颱風防汛報告