水利署南區水資源分署-2-2-2.已執行完成案件

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111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

111

計畫名稱

111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

111年01月06日至 111年12月31日

決標金額

NT$ 4,506,667

決標紀錄

決標紀錄1 決標紀錄2

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）取水斜塔站、（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35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，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泥砂(異重流)運移資訊，提供水庫排砂操作參考，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，藉由進一步之觀測分析，期掌握庫區泥砂運移資訊，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，並分析即時庫區泥砂(異重流)運移資訊。
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.泥砂濃度觀測系統設備維護保養
(1)既有浮台型觀測站設備功能維護
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及維護保養；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：太陽能板、充電機及蓄電池等相關電力設備維護保養，確保觀測站供電穩定。
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，使觀測站穩定運作。
E、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。
F、濃度計主機訊號處理器更新：為確保庫區上游站濃度計之穩定性，辦理1組主機訊號處理器更新。
G、濃度計感測探頭更新維護：為確保庫區上游站2組、防淤隧道入口站1組濃度計感測探頭之穩定性，辦理計3組濃度計感測探頭更新維護；並提供1組濃度計感測探頭備品。
H、浮筒修復維護：為確保庫區上游站浮台能正常運行，辦理老舊破損浮筒之修復維護。
I、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)既有陸上型觀測站設備功能維護
既有陸上型觀測站計5站：觀景樓站、取水斜塔站、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、量測桶及傳輸線之完整性及維護保養；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：太陽能板、充電機及蓄電池等相關電力設備維護保養，確保觀測站供電穩定。
D、抽水設備維護：觀測站之抽水馬達及管路等設備維護保養，以防止相關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、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。
F、濁度計更新：為確保1號導水隧道出口站及取水塔站濁度計之穩定性，辦理2組濁度計更新。
(3)觀測系統平台主機託管維護
維持泥砂濃度觀測平台網頁及資料庫伺服器之正常運行(含資料庫、伺服器、主機及網頁系統等維護及資安防護)。
2.颱洪事件觀測及分析
(1)颱風前相關設備檢視與臨時維護及監測人員進駐
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，除維持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)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、颱洪期間持續整合觀測資料，分析水庫水情、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，提出即時庫區泥砂(異重流)運移資訊及觀測資料，供本局「111年防汛整合與曾文水庫防洪排砂運轉決策支援」計畫運用。
3.報告撰寫與審查
依限提出各期報告，俾辦理各階段審查作業；並完成3篇介紹文稿及1支3~5分鐘介紹影片(含旁白、字幕及配樂)供本局業務運用。

年度項目

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)庫區各測站儀器，自建置迄今已有數年，期間各量測諸元組件、探頭及濁度計等消耗性部件均按規劃持續進行更新維護，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。 (二)由今年進行庫區各浮台觀測站鄰近區域之底床斷面地形量測結果來看，上游泥砂入流有扇形淤積的現象，並於中游區域呈現淤積三角洲往壩址推移之現象，上游入庫泥流主深槽有偏右岸的狀況，現場實際觀測發現，水庫主深槽每年均有變化，建議未來執行監測工作將應繼續配合該年度現場狀況，確保浮台位置於主深槽上及底層監測探頭高程位置合適，距離底床1m之底層探頭雖能提供更精確之測量數據，但相對遭淹埋之風險也較高，需隨時注意現場狀況維持設備完整性以便能提供準確量測數據，同時增加上游支流濃度監測站裝置。

計畫研究成果

(一)本計畫執行至今共完成了10次定期維護、3次颱風前臨時維護及4次率定。 (二)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、功能檢討改善、整體濃度觀測檢討分析。 (三)完成庫區上游站共1組濃度計主機訊號處理器更新。 (四)完成庫區上游站2組、防淤隧道入口站1組及備品1組共4組濃度計感測探頭更新維護。 (五)完成庫區上游站老舊破損浮筒之修復維護。 (六)完成1號導水隧道出口站及取水塔站計2組濁度計更新。 (七)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。 (八)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。 (九)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。

應用情形及效益

(一)收集105年至110年幾場比較主要的颱洪豪雨事件水情資訊進行彙整，整理出排砂事件運轉觀測紀錄表格於本次報告中作為特別事件的介紹。 (二)為掌握庫區之水砂運移特性，經由人工方式進行實際量測各斷面橫向深度整理出各斷面深度，並檢討分析各浮台現有位置，配合各斷面最低點進行調整。 (三)實際量測庫區橫向斷面底床深度後，由目前量測資料可發現三角洲位置已慢慢推移至接近於庫區中游站的位置。 (四)積極整理過往紀錄與歷史水情資料，以深度資料與水情紀錄進行比較，並與以往數模計算結果比較其差異性加以探討，希望所得結果可供未來數模研究使用。 (五)執行計畫工作迄今，曾文水庫庫區建置9處泥砂濃度自動觀測站建置之量測諸元與傳輸系統均已穩定運行，本計畫所使用的超音波泥砂濃度計在量測的精準度、所需維護頻率及故障發生率上表現與其他儀器相較屬算優良，而濁度計依然需仰賴頻繁的維護保養，不然會影響量測的品質，而自動傳輸系統訊號傳輸穩定，自陸續完成建置到現在，都能將即時泥砂濃度資料傳輸至伺服器，提供穩定的傳輸。

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