水利工程

1第七章水利工程27-0學習重點(一)水利工程主要建造範圍(二)水利工程有關之學科(三)水資源工程之範圍(1)水源之控制→洪水控制工程、排水工程、輸水工程、汙水工程(2)水源之利用→民生用水、工業用水、農業用水、航運用水(3)水源之涵養→植樹造林、水土保持、水質維護、生態保護(四)水土保持工程(1)擋土牆→重力式、半重力式、懸臂式、後拉式、前撐式、固定式、框架式、三明治、加勁(2)護坡→噴水泥砂漿、噴混凝土、混凝土格梁、堡崁磚、石砌、植生(五)水壩依使用目的分類→攔砂壩、取水壩、蓄水壩、多目標壩(六)水壩依區域位置分類→集水區、淹沒區、壩址、洩洪區(七)水壩依使用材料分類→混凝土壩、土石壩(八)水庫之清淤方法→水庫運轉操作、水力排砂及機械浚渫(九)水庫介紹→曾文水庫、翡翠水庫、德基水庫、石門水庫、牡丹水庫(十)港灣介紹→基隆港、蘇澳港、台中港37-1概述水利工程主要為建造與水利事業有關之土木工程，範圍如下：(一)防水之建造物→堤防、洪水牆、護岸、閘門(二)引水之建造物→自來水取水工、灌溉取水工、輸水管(三)蓄水之建造物→水庫、攔砂壩、滯洪池(四)洩水之建造物→排洪道、雨水下水道、抽水站(五)抽汲地下水之建造物→水井(六)與水運有關之建造物→運河(七)利用水力之建造物→發電廠(八)其他與水利有關之工程→衛生下水道、汙水處理廠4水利工程有關之學科如下：(一)水資源工程學(1)水資源開發之規劃及設計。(2)水工結構物(二)水文學(1)水文之各種現象及特徵。(2)水文之觀測、記錄集資料之收集。(3)水文資料之分析、研判。(4)水文資料之應用。(三)流體力學(1)流體性質(2)流體靜力學(3)流體運動學(4)流體動力學(5)壓縮性流體(6)層流與紊流(7)流體所受之阻力(8)流體之量度5(四)應用水文學(1)水文資料之數理分析及運算(2)水文資料之運用(五)應用水力學(1)管流流況分析(2)渠流流況分析(3)流體對水工結構物之作用(4)流體機械之性能(六)水工設計(1)水工結構物之性能(2)水文計算(3)水力計算(4)結構設計(七)水資源開發與規劃(1)水資源目標之性能(2)水資源目標開發程序(3)水資源開發之工程經濟(4)水資源開發之規劃67-2水資源工程水源控制工程之項目如下：(一)洪水控制工程→用人為方法控制洪水或防禦洪水氾濫，以防止水災之發生。(1)水庫工程(2)疏洪道工程(二)排水工程(1)農田排水→係指排除停滯於農田田面及表土內過剩之水。(2)市區排水→係指排除都市計畫法所稱市(鎮)計畫、鄉街計畫範圍內之雨水或污水。(3)事業排水→係指排除事業使用後之廢水污水及水力發電後之尾水。(4)區域排水→係指排除(1)至(3)之二種以上匯流者或排除區域性地面或地下之水。(5)其他排水→係指排除不屬於(1)至(4)之水。(三)輸水工程→自來水管線、箱涵、涵管、渠道及輸水隧道。(四)汙水工程→衛生下水道及汙水處理廠。77-2-2水源之利用水源利用之工程：(一)民生用水→水庫工程、淨水廠、自來水工程(二)工業用水→管線工程(三)農業用水→渠道工程(四)發電用水→水庫工程及電廠工程(五)航運用水→河道工程7-2-3水源之涵養水源之涵養：(一)植樹造林(二)水土保持(三)水質維護(四)生態保護87-3水土保持水土保持之目的：(一)防止邊坡崩塌、土石坍方及土石流(二)減少水庫淤積，延長水庫壽命(三)涵養水源，保護水源(四)保護居民生命財產之安全(五)維護自然生態(六)保持國土之穩定7-3-1擋土牆擋土牆之形式：(一)重力式擋土牆(圖7-3-1)(二)半重力式擋土牆(圖7-3-2)(三)懸臂式擋土牆(圖7-3-3)(四)後拉式擋土牆(圖7-3-4)(五)前撐式擋土牆(圖7-3-5)(六)固定式擋土牆(圖7-3-6)(七)框架式擋土牆(圖7-3-7)(八)三明治擋土牆(圖7-3-8)(九)加勁擋土牆(圖7-3-9、7-3-10)9榫力剪[圖7-3-1重力式擋土牆][圖7-3-2半重力式擋土牆]補強筋10[圖7-3-3懸臂式擋土牆]鋼筋剪力榫[圖7-3-4後拉式擋土牆][圖7-3-5前撐式擋土牆][圖7-3-6固定式擋土牆]橋面橋台擋土牆11楣樑順樑(正面)(側面)土壤[圖7-3-7框架式擋土牆]12卵石混凝土碎石面鈑地工織物土壤[圖7-3-8三明治擋土牆][圖7-3-9加勁擋土牆](鋼絲網)三明治擋土牆13加勁擋土牆之優點：(1)可隨著地形變化而施築。(2)彈性度高。(3)可垂直填土，節省空間。(4)加勁與填土同時進行，工期短。(5)牆面可植生綠化，環保性高。(6)僅置放加勁材與填土，機具簡單，施工容易。(7)施工時不產生噪音、振動，公害少。(8)施工材料就地取材，可降低成本。加勁擋土牆之缺點：(1)加勁材易受陽光或溫度變化而老化。(2)僅適用於填土邊坡，不適用於開挖邊坡。(3)穩定度較差。[圖7-3-10加勁擋土牆]147-3-2護坡護坡之種類：(一)噴水泥砂漿護坡(圖7-3-11)(二)噴混凝土護坡(圖7-3-12)(三)混凝土格梁護坡(圖7-3-13)(四)堡崁磚護坡(圖7-3-15)(五)石砌護坡(圖7-3-16)(六)植生護坡(圖7-3-17)水泥砂漿[圖7-3-11噴水泥砂漿護坡][圖7-3-12噴混凝土護坡]混凝土鋼絲網排水管排水管15混凝土梁填放卵石[圖7-3-13格梁護坡正面圖]混凝土格梁填放卵石級配[圖7-3-14格梁護坡剖面圖]16[圖7-3-15堡崁磚護坡]卵石[圖7-3-16石砌護坡]背填混凝土17錨定(混凝土)植生材鋼絲網錨筋[圖7-3-17植生護坡]187-4水壩工程7-4-1水壩之種類水壩依使用目的可分為：(一)攔砂壩(二)取水壩(三)蓄水壩(四)多目標壩水壩依區域位置大致可分為：(一)集水區(二)淹沒區(三)壩址(四)洩洪區[圖7-4-1攔砂壩]集水區淹沒區壩址洩洪區[圖7-4-2水庫區域]19混凝土壩重力式壩實心重力式壩中空重力式壩扶壁式壩拱型壩薄狀拱型壩重力式拱型壩土石壩水壩[圖7-4-3水庫壩體分類圖]20岩盤[圖7-4-4實心重力式壩]水壩工程依使用材料可分為：(一)混凝土壩(1)實心重力式壩(2)中空重力式壩(3)扶壁式壩(4)薄狀拱型壩(5)重力式拱型壩(二)土石壩→係以土石堆積而成之壩體21中空岩盤[圖7-4-5中空重力式壩]岩盤(平面)(剖面)上游下游扶壁扶壁[圖7-4-6扶壁式壩]22岩盤(平面)(剖面)上游下游[圖7-4-7薄狀拱型壩]岩盤(平面)(剖面)上游下游[圖7-4-8重力式拱型壩]237-4-2水庫之清淤水庫之清淤方法：(一)水庫運轉操作(二)水力排砂(1)洩降排砂(2)洩洪排砂(3)空庫排砂(4)底部排砂岩盤不透水材料[圖7-4-9土石壩]24沉澱池抽泥砂機工作船淤砂[圖7-4-10水力抽泥](三)機械浚渫(1)陸面開挖(2)水力抽泥[圖7-4-10](3)機械挖泥[圖7-4-11](4)氣力泵抽泥(5)虹吸抽泥[圖7-4-12]25工作船淤砂[圖7-4-11機械挖泥]。抓斗淤泥淤泥輸泥管壩體[圖7-4-12虹吸抽泥]267-5台灣之水庫7-5-1曾文水庫曾文水庫位於曾文溪之上游，為台灣最大蓄水量之水庫，距台南市約60km，其主要目標在調節並充分利用曾文溪之水資源，以改善嘉南地區之農地灌溉；另外，亦兼具水力發電、供水及防洪。該水庫於民國56年開工，至民國62年完工，其相關土木設施說明如下：(一)大壩(1)滾壓式土石壩(2)壩高133m(3)壩頂長400m(4)大壩體積9,296,100m3(二)溢洪道(1)長度458m(2)淨寬45m(3)設計溢流量9,470cms(4)弧形鋼門3座27(三)地下發電廠(1)地下穹頂圓筒式(2)直徑21m(3)裝機容量50000KW(四)東口導水堰(1)堰高5.6m(2)堰頂長239.4m(五)水庫(1)水庫面積17km2(2)集水區面積481km2(3)水庫容量708,000,000m3(4)有效蓄水量573,230,000m3287-5-2翡翠水庫翡翠水庫位於臺北縣新店市，淡水河上游(北勢溪下游)，集水區涵蓋台北縣之新店市、雙溪鄉、坪林鄉、石碇鄉及烏來鄉。翡翠水庫主要目標在攔蓄北勢溪水量供應大台北地區(台北市及台北縣之三重、新店、中和、永和、淡水、三芝)民生用水，並兼具發電及防洪功能。翡翠水庫於民國68年開工至76年完工，其相關土木設施說明如下：(一)大壩(1)壩型為雙向彎曲變厚度混凝土拱壩(2)壩高122.5m(3)壩頂總長510m(4)壩頂於非溢流段標高172.5m，溢流段標高161m(5)排洪設施設計流量9,870cms(6)溢洪道共八座，每扇弧形閘門寬14m，高9.3m(7)沖刷道3座，每扇閘門寬2.5m，高3m，(8)排洪隧道直徑10m，長386.13m(9)副壩及落水池一式29(二)電廠(1)裝機容量70,000千瓦(一組)(2)設計發電有效水頭89m(3)發電最大用水量102.11cms(4)年平均發電量222,700,000度(三)水庫(1)集水區面積303km2(2)水庫面積10.24km2(3)最高常水位標高170m(4)總蓄水量406,000,000m3(5)有效蓄水量327,000,000m3(6)最大可能洪水位標高171m(7)最大可能洪水量10,500cms[圖7-5-1翡翠水庫]翡翠電廠307-5-3德基水庫德基水庫位於大甲溪上游，為台灣第一座拱型高壩。於民國58年12月開工至62年12月完工，並於民國63年6月開始發電，總工程費為5,130,000,000元。德基電廠下游尚有青山、谷關、天輪、新天輪、馬鞍、社寮等電廠連續發電，並有石岡水庫供應大台中地區民生用水。其相關土木設施說明如下：(一)水庫(1)混凝土拱壩(2)大壩高度180m(3)滿水位標高1,408m(4)有效容量175,000,000m3(二)地下電廠(1)有效水頭162.7m(2)用水量217.5cms(3)裝置容量234mw(4)豎軸法蘭西斯式水輪機三部(5)水輪機出力93,250KW(6)發電機容量99,667KVA(7)平均年發電量375,400,000度317-5-4石門水庫石門水庫位於桃園縣龍潭鄉，大漢溪之上游，其計畫目標為灌溉、發電、公共給水及防洪，於民國45年7月開工至53年6月完工，總工程費為3,183,000,000元。其相關土木設施說明如下：(一)大壩(1)壩型為土石壩(2)壩頂標高252.1m(3)大壩高133.1m(4)壩頂長度360m(5)壩頂寬度11.2m(6)大壩體積7,060,000m3(二)溢洪道(1)鞍部洩槽式(2)設計排洪量10,000cms(最大11,400cms)(3)弧形閘門6座(寬14m×高10.605m)[石門水庫]32(三)出水工(1)型式→石門大圳(2)設計流量18.4cms(3)油壓式閘門2座(四)排砂道(1)型式→永久河道放水口(2)油壓式環滑閘門3門(五)水庫(1)集水面積763.4km2(2)正常蓄水位標高245m(3)最高洪水位標高249.5m(4)滿水位面積8km2(5)總蓄水量309,120,000m3(6)有效蓄水量251,880,000m3[石門水庫]337-5-5牡丹水庫牡丹水庫位於屏東縣牡丹鄉境內，四重溪河谷上，於恆春東北方約24km處，該水庫係攔蓄四重溪上游之支流－如仍溪與牡丹溪流域之水量。牡丹水庫主要功能為供應屏東南端六鄉鎮之一般用水及核三廠、墾丁國家公園、特種營區、船舶、五里亭機場等公共用水及恆春地區看天田(500公頃)之旱作灌溉用水。牡丹水庫於民國78年開工至84年底完工，總工程費為74億元，其相關土木設施說明如下：(一)大壩(1)中央心層分區滾壓式土石壩(2)壩頂長445.6m(3)壩頂標高145m(4)擋水壩壩頂標高119m(5)壩頂寬10m(6)最大壩高65m34(二)溢洪道(1)閘門控制開渠式(2)設計排洪量3,710cms(3)溢流堰頂寬36m(4)溢流堰頂標高127.5m(5)溢洪道長156m(三)施工導水隧道(1)直徑9m(2)長度258m(