石門水庫防洪運轉

石門水庫防洪運轉(Flood Control Operation of Shihmen Reservoir)
淡江大學水資源及環境工程學系教授 張麗秋

臺灣位於颱風過境頻繁地區，每年 5 月到 10 月颱風季節帶來豐沛雨量，是水庫全年間最重要的水資源，也是面臨防洪操作的最大考驗。面對臺灣地形與山區陡峭造成河川短而水流急，洪水往往迅速而短暫，無法充分利用，為達到消洪減災及有效利用水資源蓄豐濟枯之目的，水庫操作除了能防洪減災及保護水庫壩體安全外，必須兼顧蓄水利用的功能，以供應枯水期使用，達到調節水資源之效，因此，水庫在颱洪時期之防洪操作運轉就成為錯綜複雜且重要的課題。

颱風帶來多少水？

石門水庫集水區面積達 $$763.4$$ 平方公里，現有效容量僅有 $$2.07$$ 億立方公尺，因此，若在集水區降雨約達 $$272$$ 公厘以上，將集水區面積乘上降雨深度即得總降雨體積，也就是 $$763.4\times 10^6$$ 平方公尺 $$\times {272}\times 10^{-3}$$ 公尺 $$=2.076\times 10^8$$ 立方公尺，就相當於一個石門水庫容量；從歷史颱風帶來水量之統計數據，約有 $$80\%$$ 以上可灌滿半個水庫容量、$$50\%$$以上灌滿一個水庫容量、$$10\%$$ 以上超過兩個水庫；

但為了日後水資源利用，水庫在颱風來臨前不能將水庫的水完全排空，僅能排放部分水量作為蓄洪空間，約僅有水庫庫容 $$20\%$$～$$30\%$$，換句話說，也就是要在約 $$1$$～$$2$$ 天時間內，運用 $$20\%$$～$$30\%$$ 的蓄洪空間，進行 $$50\%$$～$$200\%$$ 的水量調節。水庫放水運轉必須遵守基本物理之質量守恆定律，即稱為水平衡方程式，示意如圖一。

圖一 水庫運轉水平衡方程式示意圖（本文作者繪製）

在颱風來襲前，石門水庫要先做甚麼準備？

在面臨颱風來臨可能帶來豐沛的水量，也有可能僅有少量的雨水，例如：2015 年蘇迪勒颱風的水量近 $$1.5$$ 倍水庫庫容，而 2014 年鳳凰颱風的水量僅 $$7\%$$；為了確保有足夠蓄洪空間或蓄水利用，石門水庫在颱風來襲前根據水庫當前的水位、氣象預報等資訊，並考慮水庫安全、下游減災因素及蓄水利用等，決定是否事先進行調節性放水。在大量降雨前，即事先洩洪排放水庫部分水量作為蓄洪調洪空間，此時亦可經由電廠採 24 小時連續滿載發電來排放部分的水量。

石門水庫防洪運轉的重要考量

石門水庫防洪操作時須考慮幾個重點：(1) 水庫放水量需小於當前最大洪水量、水庫水位須維持在水庫安全範圍，(2) 流量上升與下降階段之操作，即排洪設施之閘門開啟與關閉階段，須充分掌握進水流量之增減，循序啟閉閘門，盡量使河川水位維持與天然流量上漲與消退之趨勢相似，減少人為操作對河川生態環境之衝擊，(3) 洪水消退階段，須考量水庫回蓄水量供水資源利用。

對於在短時間湧入水庫的大量颱風洪水，石門水庫可藉由排洪設施（如排洪隧道、溢洪道）之閘門操作及發電放水等方式，安全逐步的調節洩放洪水，不但須確保大壩的安全且不能造成下游的洪水災害並須兼顧洪水過後將水庫正好蓄滿，以供給颱風過後的民生、農業及發電用水利用。這些複雜的操作程序均須事先編定水庫運用相關規定手冊，並對水庫運轉人員給予完整的教育訓練，方能發揮安全有效的水庫防洪運轉。

石門水庫防洪運轉資訊化輔助系統

為能夠掌握即時颱風路徑動向與降雨資訊，提供水庫防洪運轉操作決策之參考，石門水庫已建立先進的防洪運轉決策輔助系統如圖二，能夠即時傳輸雨量站資料、下載颱風路徑預報、雷達降雨預測資料，開發各種分析模組，整合各種即時資料，應用在颱風期間掌握水庫入流量趨勢，提供水庫防洪操作之情勢分析，提升防洪運轉之安全及成效。

圖二 石門水庫防洪運轉決策輔助系統圖（圖片來源：參考文獻3）

參考文獻

1. 經濟部水利署北區水資源局（2013）。石門水庫水門操作規定。
2. 經濟部水利署北區水資源局（2013）。經濟部石門水庫運用要點。
3. 淡江大學水資源及環境工程學系。（2013）。102年度石門水庫防洪、排淤及供水運轉系統建置及運轉操作諮詢。經濟部水利署北區水資源局。
4. 淡江大學水資源及環境工程學系（2015）。104年度石門水庫防洪、防淤及供水運轉系統維護及運轉操作諮詢。經濟部水利署北區水資源局。