石門水庫的安全監測系統

石門水庫的安全監測系統 (The Safety Monitoring System of Shihmen Reservoir)
中興工程顧問股份有限公司大地工程部正工程師 陳坤泉

1964 年 6 月 14 日，興建歷時 8 年，結合國內外專家及工程人員共同努力之成果，完成國內壩高 133.1 公尺之土石壩。就水利工程而言，需承受高額水壓力之壩體屬極重要結構物，尤其是下游若有居民與重要設施時，安全性的考量須嚴謹看待。除了定期以目視運轉測試檢查外，更需借助於內部裝設之儀器進行持續監測分析評估，確保大壩施工中與完工運轉期間之安全，如同醫生除進行外表診查仍須借助儀器檢查，達到相輔相成。

石門水庫除針對大壩本體進行監測外，另興建時於薄弱地質較破碎之右山脊，設置全長約 8 公里的監測廊道，初期作為地質探勘、運送人員、機具與灌漿通道之用，同時又為排除山脊內地下水，提高右山脊之穩定，針對影響安全的水位、水量、地震、位移及沈陷等各項重要因子進行監測，讓石門水庫得以安心操作，發揮調豐濟枯、防洪減災的功能。初期以人工量測，近年來因考量快速獲得大壩安全資訊，並配合科技之發展，量水堰、水位井則全採自動監測，以提供決策者及時採取應變處置措施，石門水庫監測流程，如圖一所示。

圖一 石門水庫監測流程圖（本文作者陳坤泉繪）

現地量測：

人工量測依既定之頻率進行，如遇有豪雨地震則加密量測，自動監測除依設定密度收集外，仍應定期進行檢查及維護，確保儀器應有功能。每一測讀之資料之正確性，須即刻加以驗證，可參考實際量測經驗及一般儀器之誤差範圍進行檢核（如表一所示）。

表一 監測儀器容許誤差範圍（本文作者陳坤泉製）

資料分析：

人工量測除保留第一手現地量測資料外，必須利用電腦建檔，電腦建檔作為監測資料之整合、檢查、計算監測儀器量測之物理量及繪製研判分析之基本相關歷時變化圖（如圖二所示）及關係圖。

圖二 石門水庫右山脊地下水位監測歷線圖（本文作者陳坤泉繪）

結構物安全評析：

為有效掌握大壩於運轉中之安全，每於觀測工作後，其記錄須於最短時間內加以解釋及評估，根據歷年之監測資料及觀測成果，利用電腦繪成連續曲線及相關圖形，評析方法一般有定性法及定量法。

定性法依監測結果之穩定性、相關性、合理性、一致性、突變性及對稱性研判評估，如壩體上下游面之水壓變化與水庫水位關係。

定量法之判釋則可能因每一壩體之土石料特性、壓密能量、含水量、壩址地形、地質條件及壩體高度，而有很大之差異，難有一固定量，研判壩體目前是否安全。因此一般配合理論推估法及參考國內外相關文獻、統計分析法或經驗法，制訂各種監測儀器之警戒值（如圖三所示），採觀測值與警戒值比較，藉此使水庫管理人員平時能以較便捷之方式，對儀器功能或結構物行為做一初步之研判。

圖三 滲流量統計分析法（本文作者陳坤泉繪）

參考文獻

1. 財團法人中興工程顧問社 (1993)。蓄水壩之儀器監測與評析。
2. 楊朝平 (1998)。蓄水壩安全管理。
3. 經濟部水利署北區水資源局 (2013)。石門水庫第四次整體安全檢查與評估綜合報告。