水庫淤積嚴重怎麼辦？（一）異重流與水力排砂

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
經濟部水利署 蔡秉儒正工程司

台灣在環境保護議題漸被重視情況下，修造水庫的選項已漸漸被打消，為維繫既有水庫的蓄水功能、延長水庫使用年限，水庫的維護設施格外重要。而台灣山高、水短、河湍急的地形，容易造成水庫泥沙淤積，颱風過後尤為顯著。水庫工程管理人員有何因應之道？以石門水庫為例，一起來看目前的工程技術可以怎麼處理這個大問題。

石門水庫淤積現況

石門水庫於民國52年5月開始蓄水，到民國53年6月施工完成，完工時之原始總容積約3.09億m³。但由民國102年2月之淤積測量資料顯示，石門水庫總庫容只剩下2.17億m³，亦即石門水庫的淤積量已達9200萬m³，約為原始總容積之30%。若以50年平均值來看，年平均淤積量約為184萬m³。

若更進一步研究歷年統計表，可發現在50年歷程中，以民國52、54、55、58、60、64、73、85、93、94、95及98年之淤積量較大，該12年的累積淤積量即達9160萬m³。如果將此12年淤積量取其平均，則年淤積量高達約763萬m³，約為年平均淤積量的4倍，由此可見水庫淤積集中於特殊的颱風豪雨水文事件。因此，如果颱風豪雨期間所帶入水庫的淤積物，能盡量利用水庫排洪操作時一併用水力排砂排出水庫，將會是最具經濟效益的方法。

石門水庫淤積變化縱斷面圖(節自103年石門水庫淤積測量報告)

異重流的形成與運移

在颱風暴雨情況下，由於集水區暴雨沖刷、土石崩塌，水中挾帶大量泥砂，水流泥砂會混和成比重大於1的渾水。而渾水由河道流進入庫區時，因為比重較大，會潛入水庫原本蓄留的清水下，形成水庫異重流。

異重流潛入庫底後，也只有在運動中才能持續使泥砂保持懸浮狀態。因此，若越接近大壩庫床平坦淤積面，異重流停止運動後會擴散稀釋而形成渾水水庫。水庫變成渾水後，因為可取得的原水濁度過高，若超過自來水廠的處理能力，將造成民生用水停擺。而渾水中所帶入的淤積物日後會慢慢沉降於庫底，增加清淤的困難。

因此排除淤積的最好方式就是維持異重流繼續運動，讓它流出水庫並且降低渾水界面。由下面示意圖可見，如果石門水庫低處的洩水結構洩流量較小，無法達到排洩全部異重流，將會容易形成渾水，水庫比重較大的渾水將上層清水頂托溢流排出，造成水庫「蓄渾排清」的效應。

反之，如果擴大石門水庫底孔排砂能力，則可適時排放渾水，減緩水庫淤積，降低渾水面高程，則對水庫的庫容維持越有利。

水庫異重流現象示意圖(節自石門水庫既有設施防淤功能改善規劃報告)

連結：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

參考文獻：

1. 103年石門水庫淤積測量報告
2. 石門水庫既有設施防淤功能改善規劃報告