運用三維數值模擬掌握石門水庫異重流軌跡北區水資源局

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  發刊期數:第0327期/ 發布日期:2019/04/19

圖1  FLOW-3D模擬蘇迪勒颱風異重流運移過程_pic

石門水庫址位於桃園市龍潭區,自民國53年6月竣工後營運迄今,歷經數場極端颱洪事件後,已縮減為原設計容量之2/3。北區水資源局為加強水庫防淤能力,將原2號發電隧道改造為排隧道,並於102年開始啟用,於蘇力及潭美颱風,共排放100萬噸泥,節省約5億元清淤經費。

颱洪期間上游集水區崩塌及表土劇烈沖蝕之大量土隨水流進入庫區,高濃度含水流因密度較高,受重力影響下潛而於水庫底部前進,稱之為異重流。石門水庫發電隧道、排隧道以及河道放水道之進水口中心高程約位於水下70m深,故此3座設施於颱洪期間可排除大量位於底層之異重流,由近年(102~106年)排紀錄,此三座設施排量佔總排量50%以上。

  • 圖1 FLOW-3D模擬蘇迪勒颱風異重流運移過程

由於異重流位於水庫底層,難以直接觀察,可利用三維數值模式模擬以瞭解異重流於庫區乃至於進水口前運移之特性。圖1為利用FLOW-3D模擬蘇迪勒颱風異重流運移過程,顯示異重流約於斷面24潛入水庫底層後持續運移至前,流速約為0.3~1.0m/s。圖2為異重流進入排隧道進水口之流線3D示意圖,由流線可知正面之異重流將加速(流速達10m/s)攀爬越過擋泥結構後進入排隧道進水口,部分水流因斜向之慣性及發電進水口吸引,未進入排隧道。而由側面接近之異重流則明顯受到底層擋泥結構之阻隔,低於擋泥結構頂部之水流將加速(流速達6~9m/s)沿著擋泥結構繞過排隧道,而高於擋泥結構之水流則可直接進入進水口

透過三維數值模式模擬異重流於石門水庫運移之過程,可使管理人員掌握更多異重流特性,以增加對於設施維護或水門操作時機能有更具體之研判基準,幫助石門水庫於颱洪期間能更順利地排,減少淤積進而延長水庫壽命

  • 圖2 左 FLOW-3D模擬異重流進入排隧道進水口之流線
  • 圖2 右 FLOW-3D模擬異重流進入排隧道進水口之流線

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