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水庫淤積過程之模擬與探討

水庫淤積過程之模擬與探討. 指導教授：謝平城 教授 授課教授：林俐玲 教授 研究生：廖昌毅. 報告大綱. 摘 要 前 言 研究動機 文獻回顧 研究方法. 摘 要. 德基為臺灣主要水力發電廠之一，本庫除增進全國發電系統的效率外，另還有調節水量、灌溉、及休閒遊憩等經濟效益。但歷經數年使用，水庫常見問題逐漸浮現，本次將進行水庫泥沙淤積及該集水區所面臨問題討論並探討其底床改變對水庫壽命之影響。. 摘 要.

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水庫淤積過程之模擬與探討

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  1. 水庫淤積過程之模擬與探討 指導教授：謝平城 教授 授課教授：林俐玲 教授 研究生：廖昌毅

  2. 報告大綱 • 摘 要 • 前 言 • 研究動機 • 文獻回顧 • 研究方法

  3. 摘 要 德基為臺灣主要水力發電廠之一，本庫除增進全國發電系統的效率外，另還有調節水量、灌溉、及休閒遊憩等經濟效益。但歷經數年使用，水庫常見問題逐漸浮現，本次將進行水庫泥沙淤積及該集水區所面臨問題討論並探討其底床改變對水庫壽命之影響。

  4. 摘 要 對於水庫未來的研究，將分別採用NETSTARS模式及CFX 11研究。其中NETSTARS模式主要用於模擬底床高程變化，計算水庫淤積進程。而CFX 11則是模擬懸浮載移動過程，如洪峰過後濃度較高之濁水進入庫區移動的情形，進而瞭解該如何避免濁水影響水人類生活。

  5. 前 言 • 德基水庫簡介 • 淤積問題分析

  6. 德基水庫位於大甲溪上游，集水區橫跨台中、宜蘭、花蓮、南投等四縣，管理單位為台灣電力公司。於民國58年12月開工，民國62年12月開始蓄水，民國63年6月發電。原有設計有效蓄水量為18,300萬立方公尺，滿水位水域面積為5.45平方公里，迴水區上至梨山長度達14公里。德基水庫位於大甲溪上游，集水區橫跨台中、宜蘭、花蓮、南投等四縣，管理單位為台灣電力公司。於民國58年12月開工，民國62年12月開始蓄水，民國63年6月發電。原有設計有效蓄水量為18,300萬立方公尺，滿水位水域面積為5.45平方公里，迴水區上至梨山長度達14公里。

  7. 統計期間： 1971~2005

  8. 德基歷年各期整治情形

  9. 一、森林經營、土地利用 防砂工程、水庫保護帶 四、森林經營、土地利用、生態保育宣導、 防砂工程、水庫保護帶、水質監測與管理、 農藥肥料減量宣導與推廣、道路水土保持 二、森林經營、土地利用 防砂工程、水庫保護帶 道路水土保持 五、森林經營、土地利用與水土保持、生態保育宣導、 防砂工程、水庫保護帶、水質監測與管理、 農藥肥料減量宣導與推廣、道路水土保持 三、森林經營、土地利用 防砂工程、水庫保護帶、水質監測 農藥肥料使用管理

  10. 德基水庫歷年淤積情形

  11. 因水庫集水區內地質屬第三紀亞變質泥質岩層，主要組成為泥質黏板岩，質地較為鬆散且抗沖蝕能力弱。當其風化後再加上降雨導致崩塌的產生對水庫淤積有絕對的影響。另一方面因台8線(中橫公路)、台7甲線(中橫宜蘭支線)貫穿德基集水區，除道路本身增加逕流量外，交通便利所帶來的人潮及溫帶水果、高冷蔬菜耕作面積不斷擴大也一點一滴的侵蝕著水庫的壽命。因水庫集水區內地質屬第三紀亞變質泥質岩層，主要組成為泥質黏板岩，質地較為鬆散且抗沖蝕能力弱。當其風化後再加上降雨導致崩塌的產生對水庫淤積有絕對的影響。另一方面因台8線(中橫公路)、台7甲線(中橫宜蘭支線)貫穿德基集水區，除道路本身增加逕流量外，交通便利所帶來的人潮及溫帶水果、高冷蔬菜耕作面積不斷擴大也一點一滴的侵蝕著水庫的壽命。

  12. 研究動機 • 因水庫淤積問題為影響水庫壽命最主要原因，藉由模擬水庫底床變化找出未來可能的淤積情形，以提供清淤時選擇地點之參考。另外，對於水庫異重流的模擬，則可找出洪峰來臨時，減少濁水對生活用水影響的方法。

  13. 文獻回顧 • 異重流的介紹 • 未來淤積推估

  14. 渾水潭示意圖（劉建榮, 2008）

  15. 錢寧、萬兆惠（2003）提到異重流的維持條件包括兩個方面：一是補給條件，即必需有源源不斷的異重流補充；另一是維持運動的條件，在渾水異重流中維持異重流運動的動力來自渾水與週遭水體之密度差所產生的有效重力。錢寧、萬兆惠（2003）提到異重流的維持條件包括兩個方面：一是補給條件，即必需有源源不斷的異重流補充；另一是維持運動的條件，在渾水異重流中維持異重流運動的動力來自渾水與週遭水體之密度差所產生的有效重力。

  16. 在頭端研究方面錢寧、萬兆惠（2003）提到在定量流的狀況下頭端形狀與速度基本上是保持不變的。范家驊等（1959）提到異重流在運動過程中會有沿程損失，而在經過擴增、束縮、轉彎段時異重流的能量會有局部的損失。在頭端研究方面錢寧、萬兆惠（2003）提到在定量流的狀況下頭端形狀與速度基本上是保持不變的。范家驊等（1959）提到異重流在運動過程中會有沿程損失，而在經過擴增、束縮、轉彎段時異重流的能量會有局部的損失。

  17. 比較鹽水與渾水異重流在定量入流實驗頭速方面，鹽水定量異重流會趨於一穩定之頭速，而渾水異重流在經過長距離後，因顆粒的沉降而造成頭速的衰減。(許少華，2008)比較鹽水與渾水異重流在定量入流實驗頭速方面，鹽水定量異重流會趨於一穩定之頭速，而渾水異重流在經過長距離後，因顆粒的沉降而造成頭速的衰減。(許少華，2008)

  18. 異重流流動過程（資料來源：Yu et al. 2004）

  19. 水庫淤積速度推估 囚砂率經驗公式(何智武、汪正忠，1988)： • T＝[1-(1/1+75(C/I))]* 100% • T：囚砂率(%) • C：水庫容量(m3) • I： 年入流量=A*H(m3)

  20. 研究方法 • NETSTARS模式簡介 • CFX11.0軟體簡介

  21. NETSTARS模式簡介 • NETSTARS(Network of Stream Tube model for AlluvialRiver Simulation) 模式，本模式為一求解網路型河川沖淤問題之分離演算(uncoupled)模式，分離演算模式乃將水理及輸砂分開計算其架構以GSTARS模式為主，網路之水理計算係將 CHARIMA 模式用於模擬河川網路的水理演算部份加入GSTARS模式中演算。

  22. 準備輸入資料 • 模擬斷面位置 • 每段面測點的高程資料 • 斷面累距 • 水力邊界條件(含流量、側流等…) • 粒徑組成 • 輸砂量邊界條件 • 流管數 • 可沖刷層厚度 • 水理及輸砂計算方法 • 輸砂公式選擇 • 決定ΔT • 決定糙度係數 需分析及決定的資料 水理 泥砂 側流 懸浮質 主程式運算結束後得到輸出檔，將檔案分數個時間點並且用ArcView展示。 操作流程圖

  23. CFX11.0軟體簡介 • ANSYS CFX為泛用型計算流體力學(CFD)軟體，ANSYS CFX廣泛的應用在工程各個不同的領域，物理模組提供不同的工業上的需求，藉ANSYS CFX的計算結果，工程人員透過虛擬的設計原型，於設計初期可迅速的瞭解整體的流場流動等物理現象，簡化部分規則性的工作流程。

  24. CFX使用流程 編輯網格 邊界群組 點 網格對應 線 模擬 面 後處理 模擬區塊

  25. 報告結束 感謝聆聽

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