研究實績

石門水庫集水區地勢陡峻，地質脆弱，加上921 地震影響，局部地表覆蓋易受雨水沖刷，致使每逢颱風暴雨侵襲，集水區入流常夾帶高含砂土量進入庫區內而造成水庫的淤積及影響供水水質。因此，如何運用水庫異重流運移特性適時導引排放，達到蓄清排渾，減緩水庫的淤積速率，以延長石門水庫的使用壽命，為當前相當重要的研究課題。本計畫目標即在石門水庫颱洪期間監測高濃度之水砂運移特性，及發展適合石門水庫防淤課題的數值模式，期以現地量測輔以數值模擬之方式，提升對於高含砂水流以及異重流運移行為瞭解，據以作為未來石門水庫擬訂濁水防治策略、濁水預警、防淤設施更新改善與操作運轉之參考，俾使水庫永續經營。

本計畫為延續性計畫分2期執行，本期計畫除延續第1期觀測功能外，由過去執行計畫所累積之經驗，對於既有測站進行維護與改善，並增加斷面15及斷面7觀測浮臺。配合人工與自動化觀測儀器，本年度完成莫拉克颱風事件之全洪程觀測，藉由兩期計畫觀測資料與94至96年度重大颱風事件比對，本計畫亦針對水庫入庫流量與砂量、庫容問題、供水水質問題以及水砂運移現象等課題，提出相關規律現象與說明。另外，本計畫除分析颱風期間懸浮載之泥砂粒徑分佈情形外，亦於莫拉克颱風前後，進行庫區沿程落淤粒徑調查分析。由以上颱風現場觀測資料與粒徑分析結果，進一步可提供後續二維與三維水砂運移模式率定使用。

二維水砂運移模式之發展主要係以歷年沖蝕淤積時間空間分布模擬以及石門水庫水砂運移特性模擬分析，計畫成果除二維模式驗證，並提供不同水庫水位對於迴水範圍之影響、異重流潛入點、非均勻沈滓落淤運移特性及上游防淤策略模擬等分析結果。而本計畫基於RESED2D模式，提出二維使用者介面規劃與初步建置。由於二維模式仍未能完整呈現三維流場資訊及異重流流動趨勢，故建立一套三維異重流運移模式有其必要性。在此計畫中，本研究團隊修改未含密度變化之Lin and Huang (2008)垂直/水平分離演算技巧建立的擬似三維水動力模式，使之得以考慮密度梯度對流場水理特性的影響。依據物理模型試驗及現場資料比對，模擬成果顯示模式能適切用於水庫計算。水砂運移模式修正底床邊界條件、納入泥砂沉降速度之效應，以及使用映像法解決特定高程出問題，提升模式計算能力之完整性與正確性。由防淤操作方案計算結果皆顯示庫區速度略為提升，泥砂濃度有某種程度的降低，而C1案對於入庫泥砂減少程度較為顯著。而D2案改善搭配C1案減少泥砂程度最多，但若只考慮單一防淤操作情況，則C1方案之庫區效果最好。