《桥涵孔径设计》

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1、第3章 水庫與壩工 定義：壩阻擋水流，水被阻擋所蓄存的空間即是水庫，為台灣重要水源。壩堰皆是跨越河川阻擋水流提高水位之物，並無明確區分，一般除高度極低或作引水及量水功用者稱為堰，其餘皆稱為壩。 1精选ppt3-1水庫用途：蓄存水量多時節餘的水，在水量少時供給用水。一、一般水庫構造 ( 解釋名詞 )1.呆容量：有時稱為無用容量，為放水口以下之容量，此部份蓄水無法放乾，其容量主要用於蓄砂。最低出水位標高之決定，除蓄砂外，尚須考慮各標的放水所需最佳位置。2.有效容量：出水口至溢洪道間之容量，可為各標的所使用，可依計畫標的區分為兩部份，某標高以下為用水容量，以上為防洪容量。2精选ppt3.超高容量：洪

2、水時期遲滯洪峰之容量。4.滿水位：代表溢洪道頂之標高，平時蓄水之最高點。5.設計最高水位 (最大運用水位)：一般均為設計洪水經過水庫時壅起之最大水面標高。6.出水高：設計最高水位至壩頂之垂直高度。一、一般水庫構造3精选ppt圖3-1 水庫構造示意圖 4精选ppt二、水庫種類1. 以蓄水容量分類(1)大型水庫：容量大於1億立方公尺。(2)中型水庫：容量介於1億至5百萬立方公尺之間。(3)小型水庫：容量小於5百萬立方公尺。2. 以壩高分類(1)大型水庫：壩高超過60公尺。(2)中型水庫：壩高介於15至60公尺。(3)小型水庫：壩高低於15公尺。5精选ppt二、水庫種類(續)3.以蓄水空間分類 (1

3、) 地面水庫：蓄水於地表面之上，一般水庫皆是。 (2) 地下水庫：蓄水於地表面之下，在無適當地點建地面水庫地點、蒸發量大等情況下建立，例如澎湖赤崁水庫。4.以標的分類 (1) 單目標水庫：建水庫主要是為了達到某一種目標，例如：德基水庫是為了發電、虎頭埤是為了灌溉、南化水庫是為了給水。 (2) 多目標水庫：建水庫包含兩種以上之目標，例如：曾文水庫目標為灌溉、給水，翡翠水庫目標為給水、發電。6精选ppt二、水庫種類(續)5.以河道或水源位置分類(1)在槽水庫：水庫直接建在進水之河道上， 直接攔蓄河道水量運用。(2)離槽水庫：水庫建在進水河道旁之小集水區，以管路引入進水河道水量。(3)越域引水：水庫

4、之水源引自不同流域。7精选ppt二、水庫種類(續)圖 3-2 水庫位置分類離8精选ppt四、水庫泥砂 1.水庫淤砂：水庫建造完成後，最重要是防止泥砂淤積、維護水庫壽命及效益。所謂囚砂率 (trap efficiency) 指沈積水庫泥砂與流入水庫泥砂之百分比，為水庫殘餘容量對總入流量的函數。9精选ppt四、水庫泥砂(續) 2.推算水庫壽命之步驟：A. 囚砂率查圖(1) 蒐集水庫初期容量 (C)、入流量 (I)、年浮懸載總量 及年河床載資料。(2) 由C/I查囚砂率包絡線 ( 取上包絡線較保守安全， 中包絡線較平實 ) 得該年之囚砂效率。(3)（囚砂率）（年浮懸載總量）（年河床載量） =（年囚砂

5、量）(4) (初期容量C)(年囚砂量)=（該年水庫剩餘容量）(5) 重複(1) (4)步驟，直至水庫容量為零，其所需時 間即為水庫壽命。10精选ppt四、水庫泥砂(續) A. 囚砂率查圖例題3-4已知德基水庫推估之入流水量，浮懸載及河床載如表第 (3)、(6) 及 (8) 欄所示，試推算水庫壽命。11精选ppt四、水庫泥砂(續) 例題3-4 解：12精选ppt圖3-713精选ppt14精选ppt四、水庫泥砂(續) 3.水庫防淤 防止水庫淤積方法：(1) 預留淤積容量。( 無法減少淤積，僅使水庫壽命延長，常用 )(2) 選擇天然泥砂入流量較低之壩址。或採用離槽水庫方式，減少泥砂進入。(3) 集水

6、區施行水土保持方法。(4) 山溝使用攔砂壩攔阻泥砂。石門水庫上游有義興防砂壩、巴陵防砂壩等攔阻泥砂進入水庫。15精选ppt四、水庫泥砂(續) 3.水庫防淤 防止水庫淤積方法：(5) 河流兩岸使用護岸，種植植物等保護工程。(6) 設置洩水閘門排除砂。(7) 使用機械挖土運除，並設法運用淤砂，以降低成本。例如：澄清湖水庫民國三十六年啟用後，一直未整治，至90年3月淤積底泥23萬，估計需半年才能清除，必須等91年春天烤潭給水廠擴建足供高雄地區水量時，澄清湖水庫才能放乾後挖除底泥。 。16精选ppt四、水庫泥砂(續) 4.本省流域泥沙治理之道宜從穩定河道、減少水庫淤砂、海岸漂砂、泥砂滲漏、沖刷防護、集

7、水區經營等多方面著手研究、力求改善。 17精选ppt五、水庫優養 優養指水中有機物優養指水中有機物 ( ( 例：氮磷例：氮磷 ) ) 過多。當過多。當上游廢水排入水庫，由於其含有豐富營養成上游廢水排入水庫，由於其含有豐富營養成分分 ( ( 氮磷氮磷 ) )，促進藻類大量繁殖，浮游生，促進藻類大量繁殖，浮游生物也因而繁殖，魚類接著繁殖，當浮游生物物也因而繁殖，魚類接著繁殖，當浮游生物、魚類排泄、死亡，有機物增加，水中溶氧、魚類排泄、死亡，有機物增加，水中溶氧因分解有機物而降低，濁度增加，引起臭味因分解有機物而降低，濁度增加，引起臭味，提高供水處理的困難，增加費用。，提高供水處理的困難，增加費用。

8、 18精选ppt六、臺灣地區現有水庫概況 19精选ppt六、臺灣地區現有水庫概況(續) 20精选ppt六、臺灣地區現有水庫概況(續) 21精选ppt七、臺灣地區水庫淤積問題(一) 淤砂概況臺灣河川多流短坡陡，地質脆弱，易發生崩塌與表土沖蝕。 暴雨時，洪水挾帶大量泥沙沖流而下，於下游出谷後，由於河床逐漸加寬水深變淺，容易造成洪水氾濫。 22精选ppt七、臺灣地區水庫淤積問題 (續) 根據水資會分析，臺灣各河川年總輸砂量約3.23億公噸，單位面積輸砂量1.06萬公噸 / 平方公里，平均年沖蝕深度約8.8公厘，其中西部約7公厘，東部約10.9公厘。臺灣河川集水面積小、輸砂量大，甚多河川單位面積輸砂量

9、大於世界最大輸砂量河川，水庫淤積率亦較其他國家大。吳建民研究，相同承水條件 ( 水庫容量與集水面積比 ) 下。臺灣水庫淤積率為日本水庫之10倍，可見淤積問題之嚴重，此為水資源開發利用最不利之因素。 23精选ppt3-2 壩工一、壩的分類1.依使用目的(1) 單目標蓄水壩：專供灌溉、給水或水力發 電其中之一個目標使用。(2) 多目標水壩：兼作防洪、給水、灌溉、航 運或發電等兩個以上目標使用。24精选ppt(3)防洪水壩：暫時貯蓄洪水時期之超額水量為目標。(4)引水壩：抬高水位，方便引水進入灌溉渠道。(5)抬水壩：抬高水位，使水流坡降減小、流速變緩，以利航運發電。(6)通航壩：調節水位使船可在河道

10、通航。(7)攔砂壩：減小水面坡降及流速，防制沖刷。1.依使用目的 ( 續 )25精选ppt2. 依水力設計條件(1)非溢流壩：用以攔水、蓄水、抬高水位，另有溢洪道洩洪。(2)溢流壩：洪水位超過壩頂時，可安全容許越過壩頂宣洩。(3)潛壩：潛沒於水中之溢流壩，大都為甚低之重力壩，多在主壩下游遠處，以抬高水位，使水躍在溢洪道趾部發生。 (4)透水壩：將河流中所攜泥砂，藉著使水於通過此透水材料時，減小流速，使泥砂沈積，填高河床。 26精选ppt3.依材料型式(1)混凝土重力壩：簡稱重力壩，由鋼筋混凝土組成壩體需要良好岩盤地質。(2)混凝土拱壩：簡稱拱壩，由向上游凸出圓弧型鋼筋混凝土組成壩體，適狹谷兩岸

11、良好岩盤地質。(3)扶壁壩(撐牆壩)：鋼筋混凝土材料，由承受載重之壩面及傳遞載重至基礎之扶壁組成。(4)土石壩：由土壤、石塊填築壩體，不需良好地質。亦可分土壩 ( 以土壤為主要材料 )、堆石壩 ( 以石塊為主要材料 )。(5)橡皮壩：以橡皮材料為壩體，為臨時性設施。27精选ppt4.依高度(1)高壩：壩高超過60公尺(2)中壩：壩高在1560公尺(3)低壩：壩高低於15公尺 高壩60 m中壩15 m低壩28精选ppt二、各種壩型之特性、適用 情形及優缺點1.重力壩(1) 特性：完全以壩之自重抵抗蓄水壓力，使 不致傾覆及滑動。(2) 適用情形：若岩基良好，附近有充分之混 凝土、交通便利，幾乎任何

12、形狀之壩址皆 可建造。只要岩基堅強，基礎可固結密封， 壩高幾可不受限制。29精选ppt1.重力壩 (續)(3)優缺點：優點：(a) 設計施工簡單。(b) 以巨積混凝土法建造，混凝土不用鋼筋， 省模板及人工費。(c) 受氣候影響小，維護容易。(d) 可利用壩頂溢洪。(e) 建造時不虞洪水越頂。(f) 壩頂可兼作公路。30精选ppt1.重力壩 (續)缺點：(a) 材料強度未充分發揮，材料費較貴。(b) 安全受上舉力影響大，上舉力不易估計準 確。(c) 對水位增加敏感，遇大洪水易傾覆滑移。(d) 直重力壩易受地震影響。(e) 大壩施工，水泥水化熱不易消散，常造成 裂縫，影響壩體壽命及安全。(f) 檢

13、查內部應力變化，大壩內須設巡視廊道。31精选ppt2.拱壩(1) 特性：壩體兩端支撐在河谷兩側之壩座上，藉拱作用及懸臂作用，分別將水庫龐大壓力傳送至兩岸壩墩及壩基岩體上。(2) 適用情形：壩基及兩側岩體應具足夠之強度及較小之壓縮性，適用於深川狹谷， 壩高不受限制。32精选ppt2.拱壩（續）(3) 優缺點：優點：(a) 利用混凝土壓應力，省鋼筋費。(b) 不受上舉力影響，可受意外荷重、耐震、抗傾覆、滑移，比重力壩安全。(c) 施工迅速、易於散熱、透水性佳。(d) 壩頂可設溢洪道。(e) 美觀。33精选ppt缺點：(a) 適宜壩址地形難找。(b) 結構計算複雜。(c) 壩愈薄混凝土強度及成分要求

14、愈高。(d) 人工及模板費較貴。(e) 施工技術要求高。2.拱壩（續）34精选ppt3.土石壩(1) 特性：壩體底面積甚大，單位面積負荷相對減少。(2) 適用情形：只要壩址附近有足夠土壤石塊材料，幾乎可在任何壩址建造，但溢洪道不可與壩身在一起。35精选ppt(3) 優缺點優點：(a) 適用於混凝土、鋼筋材料缺乏處。(b) 適用於地質鬆軟、透水性大、壩址極寬之處。(c) 耐震、抗傾覆滑移，只需防止上、下游面塌陷。(d) 壩頂可作公路。3.土石壩（續）36精选ppt缺點：(a) 體積大、佔地廣，搬運材料多。(b) 出水高宜大、溢洪道容量要大，以避免壩頂漫溢。(c) 施工時導水費較高。(d) 不能築

15、於過狹之壩址。(e) 溢洪道不可與壩身在一起，管路不可穿過壩身。(f) 電廠不能直接建於壩下，壓力鋼管或水道加長。(g) 保養費高。3.土石壩（續）37精选ppt38精选ppt三、壩址選擇壩址選擇之注意事項：1.地質方面：蓄水庫須地質安全，沒有斷層及裂縫，以免潰壩或漏水，須由有經驗之地質師周詳考慮。2.水文方面：需有足夠水量，須配合週密水文觀測規劃。施工期需考慮洪水之處理。3.生態文化：做好環境影響評估了解影響程度，避免破壞生態或歷史古蹟。4.氣候方面：特別寒冷處不適混凝土壩。39精选ppt四、作用於重力壩之力40精选ppt3-3 壩附屬結構壩附屬結構有溢洪道、發電廠、後池等，溢洪道較重要。一

16、、溢洪道種類、特性及適用對象溢洪道為排除水庫洪水之結構物，保持水庫內水位低於原先設計之最高水位。 1.溢流溢洪道 (Overflow Spillway)：又稱臥箕 (Ogee Weir) 溢洪道。(1) 特性：壩體之一部份，設計使水由溢頂溢流。(2) 適用對象：可廣泛使用於重力壩、拱壩、扶壁壩， 有些土壩也可以 ( 但要有混凝土重力斷面 )，常與混凝土重力壩建為一體。41精选ppt一、溢洪道種類、特性及適用對象（續）(3) 要點：壩頂曲線為臥箕形，溢洪表面流經銳緣堰，順壩面溢流槽有一反曲線接於壩趾下之護坦與消能設施。 流過堰之水舌下緣需與溢洪道表面吻合以增大流量係數，避免形成真空導致穴蝕現象，損害壩面。(4) 實例：翡翠、德基。 圖3-11 溢流溢洪道 示意圖42精选ppt2.豎井溢洪道 (Shaft Spillway)：又稱喇叭型溢洪道。(1)特性：水由一豎井 ( 垂直井 ) 進入，進而流經一穿越壩體或基礎之水平管路排水。(2)適用對象：無足夠空間建其它型式溢洪道時。(3)要點：進水口可設閘門控制溢流，豎井與水平管連接處要有漸變段以避免穴蝕；並需攔柵防止漂流物堵塞。豎井易堵塞及穴蝕為