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109年度曾文水庫庫區泥砂濃度觀測站維護及資料蒐集分析
計畫年度 109 計畫名稱 109年度曾文水庫庫區泥砂濃度觀測站維護及資料蒐集分析
主辦人員單位 曾文水庫管理中心 主辦人員姓名 許銘恭
契約起迄日期 109年01月01日 至 109年12月31日 
決標金額 NT$ 4,523,810 決標紀錄 決標紀錄1 決標紀錄2 (附加檔案!)
計畫緣由 為瞭解曾文水庫入出庫泥砂運移行為,並客觀推估颱洪事件後之入出庫泥砂總量,本局自100年度起至今,己陸續於曾文水庫庫區建置9座自動泥砂濃度觀測站,可於颱風豪雨期間即時量測及蒐集不同斷面、不同深度之泥砂濃度資料,並由測得資料進一步分析研判異重流是否發生,及預測異重流運移至壩前時間,提供水庫排砂操作之重要參考。
目前已建置9座測站分別建置於(1)庫區上游站A14斷面(非汛期移至A7斷面)、(2)庫區中游一站A7斷面右岸、(3)庫區中游二站A7斷面左岸、(4)觀景樓站A2斷面、(5)防淤隧道入口站A1斷面、(6)取水塔站、(7)溢洪道站、(8)一號導水隧道出口站、(9)防淤隧道出口站等。自100年度起曾文水庫集水區已歷經至少30場颱風豪雨事件,此9座測站均能發揮自動泥砂濃度監測及資料傳輸功能,有助瞭解及掌握入出庫泥砂量即時資訊。曾文水庫目前正積極執行各項排砂清淤工事,包括取水塔前庭清淤工程、PRO排砂閘門改建為射流閘門及新建防淤隧道等,均有賴本自動化測站來提供正確且即時之泥砂濃度監測數據,除由庫區各斷面濃度變化研判異重流發生後之適當排砂時機,並得精確估算放流後之實際排砂總量。
爰此,為確保既有9座測站及其自動監測系統得以繼續正常運作,各測站之定期維護、保養及率定等工作不容間斷,始得於各期間發揮其自動量測、資料蒐集及即時傳輸等功能,藉由進一步之分析,期精準把握各放流口適當排砂時機,提升整體水力排砂之成效。
 
預期效益 1.完成全年度各測站儀器維護、率定及保養工作。
2.完成全年度各測站泥砂濃度資料之觀測及蒐集。
3.颱風豪雨期間監測人員進駐,以確保儀器正常運作及資料蒐集完整性。
4.準確估算全年度各颱風豪雨事件之入出庫泥砂總量,以評估水力排砂成效。
 
全程項目 1.泥砂觀測系統維護保養
(1)既有浮台型觀測站之功能維護及率定
(2)既有陸上型觀測站之功能維護及率定
(3)資料庫伺服器及網頁系統主機託管維護
2.颱洪事件觀測及分析
(1)人員進駐及執行觀測作業
(2)颱洪事件觀測資料整理與分析
3.報告撰寫與審查
 
年度項目 1.泥砂濃度觀測系統維護保養
(1)既有浮台型觀測站功能維護及率定
浮台型觀測站計4站:含庫區上游站、庫區中游1站、庫區中游2站及防淤隧道入口站等。
A、量測單元維護:確認濁度計、流速計、超音波泥砂濃度計、感測器、支架及傳輸線之完整性;各量測諸元感測器、支架及傳輸線之清潔作業;檢測濁度計及流速計量測值、超音波泥砂濃度計之聲音訊號衰減值及量測功能是否正常。
B、傳輸系統維護:確保自動傳輸系統均能正確且穩定傳輸訊號,將即時泥砂濃度資料傳輸至資料庫。
C、電力系統維護:維持太陽能板表面之清潔,檢查充電機及蓄電池等相關電力儲存設備是否正常進行常態充電。
D、錨錠設備維護:進行浮台錨錠設備維護,以確保浮台能保持在預設位置,使儀器穩定運作。
E、資料庫伺服器及網頁系統維護:維持泥砂濃度觀測系統資料庫、伺服器及網頁正常運行所需之軟硬體維護,並確保資安防護等。
F、率定工作:定期對各項量測儀器進行率定工作,確保各項量測數值之準確及可靠性。
G、流速計旋槳部件更新維護:為確保庫區中游1站現有流速計之穩定性,辦理3組旋槳部件更新維護。
H、目前既有浮台測站位置及量測深度,經檢討若有必要時需配合調整。
(2)既有陸上型觀測站之功能維護及率定
既有陸上型觀測站計5站:觀景樓站、取水塔站、溢洪道站、一號導水隧道出口站及防淤隧道出口站等。
A、量測單元維護:確認濁度計、超音波泥砂濃度儀(抽取式)、感測器、量測桶及傳輸線之外觀性;各量測諸元感測器、量測桶管路及傳輸線之清潔作業;檢測濁度計量測值、超音波泥砂濃度計之聲音訊號衰減值及量測功能是否正常。
B、傳輸系統維護:確保自動傳輸系統皆能正確且穩定的傳輸訊號,將即時泥砂濃度資料傳輸至資料庫。
C、電力系統維護:檢查充電機及蓄電池等相關電力儲存設備是否正常進行常態充電。
D、抽水設備維護:清潔維護觀測站之抽水馬達及管路等設備,以防止粗顆粒、漂浮木或是其他外力因素造成堵塞等所導致之抽水異常,確保抽水設備能正常運作,使量測儀器穩定觀測。
E、資料庫伺服器及網頁系統維護:維持泥砂濃度觀測系統資料庫、伺服器及網頁正常運行所需之軟硬體維護,並確保資安防護等。
F、率定工作:定期對各項量測儀器進行率定工作,確保各項量測數值之準確及可靠性。
G、濃度計感測探頭更新維護:為確保取水塔站及溢洪道站濃度計感測探頭之穩定性,辦理2組濃度計探頭更新維護。
H、濃度計主機訊號處理器更新維護:為確保取水塔站、溢洪道站及導水隧道出口站濃度計之穩定性,辦理3組主機訊號處理器更新維護。
2.颱洪事件觀測及分析
(1)人員進駐作業
中央氣象局發布陸上颱風警報或超大豪雨特報且將曾文水庫集水區列入警戒區域後,監測人員需於8小時內進駐庫區,除維繫自動測站及網頁資料庫正常運作外,並需配合執行各指定地點之人工採樣、校對及相關資訊即時回報等作業。
(2)颱洪事件觀測資料整理與分析
A、分析各颱洪事件之入流量及濃度變化歷線,推估入流量及入庫砂量之關係。
B、分析各放流口出流量及與濃度變化歷線,估算各放流口逐時及累積排砂總量。
C、分析各颱洪事件之過庫泥砂百分比,並由全年度觀測結果評估水力排砂整體功效。
D、持續整合觀測資料,分析各颱洪事件之水庫蓄水量、入庫流量、過庫流量、大壩附近渾水層累積成長與消褪過程,並結合取水塔站濃度及其渾水潭沉降變化,推估適當之排砂時機點。
3.報告撰寫與教育訓練:除每月定期提送工作報告外,另需依限提出工作執行計畫書(期初報告)、汛期前監測系統設備維護報告、期中報告及期末報告,俾辦理各階段審查作業;並辦理一場至少3小時系統教育訓練。
 
受託機構 國立臺灣大學  主持人姓名 黃翊鈞 
後續處理建議 (一)由過往觀測經驗可得知曾文水庫出現高濃度入庫泥砂水流多集中在每年前幾場具備特殊條件之水文事件中,但其往往可能夾帶較大較快之水勢以及泥流,如浮台浮力設備老舊恐有無法抵禦惡劣環境之虞,現有庫區部分浮台因長期受天侯環境影響已逐漸開始老化,為確保汛期時能維持各浮台自動化泥砂濃度觀測系統正常運作,建議老舊浮台逐年進行浮筒設備更新維護,提高延長浮台工作性及使用年限。 (二)近年既有觀景樓站目前僅做為備援泥砂濃度觀測站使用,建議改裝升級後可移往中游及防淤隧道入口站之間進行觀測作業,用以提高其觀測設備使用效益。 (三)經實際操作運用及觀察後,發現採用浮台進行量測作業實非長期或永久可行之方式,目前浮台之耐候性與穩定度由實際操作上發現仍嫌不足,建議未來應參考目前國內外各水庫觀測之設置方式,更甚是採用更先進穩定之觀測樁觀測平台之建置,期能避免再一次發生浮台淹沒事件,且要以累積的觀測經驗,穩定各項儀器設備,配合庫區現況,於非汛期期間,對儀器和浮台等設備,做合理的移動及保護性措施,避免非必要損壞。 (四)庫區各測站儀器,自建置迄今已有數年,期間各探頭及濁度計等消耗性部件均按規劃持續進行更新維護,惟各站量測主機及傳輸系統已有年份,未來也將排入更新維護時程,確保儀器及系統皆能運作如新。 
計畫研究成果 本計畫執行期間為109年1月1日起至109年12月31日止,計畫執行期間維護保養,共9處自動化泥砂濃度觀測站,執行工作項目主要包含颱洪及平時資料收集與彙整分析、觀測儀器維護、既有測站效能檢討、颱洪時期進駐量測及觀測成果彙整與分析及各期報告撰寫。 
應用情形及效益 (1)本計畫共完成了九座泥砂濃度觀測站10次定期維護、3次颱風前後臨時維護及4次率定。(2)完成曾文水庫庫區泥砂濃度觀測系統設備平時維護 率定及汛期、颱風 來臨前後執行加強保養及測試, 另進行 觀測、資料彙報、功能檢討改善、整體濃度觀測檢討分析。(3)完成1場颱洪事件監測人員進駐觀測作業。(4)完成庫區中游1站共3組流速計旋槳部件更新維護。(5)完成取水塔站、溢洪道站共 2 組濃度計感測探頭更新維護。(6)完成取水塔站、溢洪道站及導水隧道站共 3 組濃度計主機訊號處理器更新維護。(7)經由不斷檢討與調校曾文水庫建置的自動化量測系統、量測單元包含濃度、濁度及流速等、資料傳輸系統及展示介面, 記錄對各項儀器進行穩定性的評等,作為後續改進與 更新維護之參考。(8)持續收集各項觀測資料對異重流運移模式進行運移分析、垂向流速與泥砂濃度分布之比較,以及排砂效率之模式檢定驗證。(9)持續進行歷史颱風豪雨全洪程觀測資料的彙整及綜合研析,提供後續規劃與相關研究改善,提供曾文水庫防淤操作策略精確實用的參考資訊,成為後續各水庫執行防淤操作之重要參考典範。