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集集攔河堰的守護精靈

  發刊期數:第0072期/ 發布日期:103/05/30

台灣地區山高水急,再加上極端氣候影響,強降雨往往產生嚴重河道沖刷問題。洪水來時河道造成沖刷,但洪水退去時卻形成淤積,沖刷與淤積的現象有如船過水無痕,所以很難藉由現場的觀察瞭解洪水淘刷的深度。河床的淘刷深度及現象將可能威脅相關水工構造物安全,故相關的沖淤機制與研究一直是水利工程師持續探討的一個議題。

早期河道淘刷觀測工具,通常以磚頭埋設成磚鍊為主,但磚頭就像是不會說話的木頭人,必須於洪水後藉由挖土機及人力方式土法煉鋼來檢視可能之洪流淘刷深度。此法簡單且費用低廉,但預埋之磚頭開挖時往往受限於水流,無法作為即時防災及避災。目前相關河道淘刷觀測除技術尚有許多技術瓶頸,本文在此介紹河道的即時淘刷監測系統,我們是藉由許多的小浮桶當作我們攔河堰的守護精靈,由這些守護精靈來瞭解集集攔河堰上游河床的變動情況。

流動式浮桶監測技術,其原理基本上類似傳統磚頭堆疊方式,惟預埋於地下不同深度之浮桶經沖刷浮出水面時,有如沈睡中被喚醒的精靈在河道上隨著水流舞動,並且有如喚醒後哼著歌般的放送電磁訊號,給岸上訊號站接收辨識,即時記錄洪流淘刷至該深度之時間。浮桶浮出水面後發送電磁訊號給接收站接收。

流動式浮桶監測系統之架構組成,如圖片一所示,包括觀測浮桶、訊號接收站及即時監測網頁介面,說明如下:

1.觀測浮桶:浮桶內含有訊號發射器,事先利用鑽孔或開挖方式,將多個浮桶感測器埋入河床不同深度內。當河床受洪流作用產生沖刷,預埋浮桶因沖刷而露出時,浮桶因採不倒翁的型式,浮出水面時天線朝上並觸發電池導電。此時裝置於浮桶內部之無線發訊器系統有如精靈般的被喚醒並啟動,開始發送訊號。

2.訊號接收站:裝設於河岸邊,藉由無線辨識訊號之接收,研判被沖刷浮出水面之浮桶及其原預埋深度,並立即以行動通訊網路送回集管中心電腦。

3.即時監測網頁介面:網頁除即時顯示淘刷情況(如圖片二),可結合集水區雨量、區入流量歷線等水文資訊之呈現,以提供管理人員研判參考。

相關圖片
集集攔河堰流動式浮桶監測即時監測網頁

集集攔河堰已於102年底完成流動式浮桶監測系統之建置,這些守護精靈設置於蓄水範圍共計10處觀測點,在未被洪水喚醒前,他將堅守崗位。洪水來時守護精靈將可有效將洪流期間即時動床深度變化訊息傳達出來。未來觀測資料可與水理數值模擬結果分析比對,以掌握河道沖淤對攔河堰及附屬設施之影響。目前該系統運作順利,並已有成功喚醒守護精靈及接收河道之淘刷資訊,未來亦將持續追蹤系統運作之成效,也感謝這些守護精靈為集集攔河堰的奉獻,才能讓用水人安心。