管理與應用：科技、工程、政策

水庫淤積嚴重怎麼辦？（二）石門水庫既有設施的防淤功能改善

2014/08/17

水庫淤積嚴重怎麼辦？（二） How to solve the problem of reservoir sedimentation ?
石門水庫既有設施的防淤功能改善 Existing Facility Desilting Improvement
經濟部水利署蔡秉儒正工程司

連結：水庫淤積嚴重怎麼辦？（一）How to solve the problem of reservoir sedimentation ? 異重流與水力排砂 Density currents and sediment slucing

石門水庫如何在既有壩體上，規劃排除淤積的工程？讓異重流持續運動，而能流出水庫以降低渾水界面？

石門水庫的取水設施

然而石門水庫於50餘年前設計時，並無法預見在台灣的地質條件下，水庫淤積會如此快速，也尚未發現水庫有這種異重流的現象，且需要依賴水庫底部孔道來排除，因此石門大壩原設計並無底部排砂孔。但若要在石門大壩新設底孔排砂，則會面臨石門水庫必須持續營運供水，且在桃園地區並無可替代水庫，因此無法排空水庫施工的問題。為了解決這個問題，只能先從水庫既有設施著手改善，使既有設施便為排砂專用設施。

石門水庫原本所設計的取水口有四處，分別為石門大圳取水口(EL.193m)、石門電廠發電進水口兩處(EL.173m)、永久河道取水口(EL.169m)，均位於水庫較低的位置。其中石門大圳及永久河道取水口，因為取水口流量無法加大、且平時均負責供應桃園地區用水，無法長期停用進行改建，因此不列入優先考慮。而原為石門電廠所設置之發電進水口因為有兩處，可以停用一處進行改建，而且原本的流量有放大的可能，遂成為優選方案。

原電廠輸水路平面及立面圖(節自石門水庫竣工圖)

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水庫淤積嚴重怎麼辦？（一）異重流與水力排砂

2014/08/17

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水庫淤積嚴重怎麼辦？（一）How to solve the problem of reservoir sedimentation ?
異重流與水力排砂 Density currents and sediment slucing
經濟部水利署蔡秉儒正工程司

台灣在環境保護議題漸被重視情況下，修造水庫的選項已漸漸被打消，為維繫既有水庫的蓄水功能、延長水庫使用年限，水庫的維護設施格外重要。而台灣山高、水短、河湍急的地形，容易造成水庫泥沙淤積，颱風過後尤為顯著。水庫工程管理人員有何因應之道？以石門水庫為例，一起來看目前的工程技術可以怎麼處理這個大問題。

石門水庫淤積現況

石門水庫於民國52年5月開始蓄水，到民國53年6月施工完成，完工時之原始總容積約3.09億m³。但由民國102年2月之淤積測量資料顯示，石門水庫總庫容只剩下2.17億m³，亦即石門水庫的淤積量已達9200萬m³，約為原始總容積之30%。若以50年平均值來看，年平均淤積量約為184萬m³。

若更進一步研究歷年統計表，可發現在50年歷程中，以民國52、54、55、58、60、64、73、85、93、94、95及98年之淤積量較大，該12年的累積淤積量即達9160萬m³。如果將此12年淤積量取其平均，則年淤積量高達約763萬m³，約為年平均淤積量的4倍，由此可見水庫淤積集中於特殊的颱風豪雨水文事件。因此，如果颱風豪雨期間所帶入水庫的淤積物，能盡量利用水庫排洪操作時一併用水力排砂排出水庫，將會是最具經濟效益的方法。

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相變材料與建築節能 (Phase-Change Material and Structural Energy Saving)

2014/07/22

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相變材料與建築節能(Phase-Change Material and Structural Energy Saving)
國立臺灣大學土木工程學研究所鄭凱翔

由於科技與工業發展日新月異，大量商品的生產、人類生活品質提高、物質需求增加，導致資源與能源快速消耗，使得各種資源日益枯竭。尤其建築物為世界上最大能源消耗者之一，其消耗的能源佔全世界總消耗能源的 $$25\%$$ 到 $$33\%$$。而一般建築的日常耗能，空調佔很大比例，以夏季的耗電量而言，空調用電比例約佔 $$40\%$$～$$50\%$$。

為了降低建築耗能，建築材料的選擇亦是關鍵。「相變材料」即是一種藉由潛熱的吸收、釋放來延緩溫度上升、下降的物質。相變材料與建築物外殼結合，當日間陽光照射使建築物溫度升高時，相變材料會吸收熱量進而從固態熔解成液態，延緩熱量進入室內的速度。如此溫度上升緩慢，降低空調的負荷，便能達到節約能源的效果。

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牆壁也得皮膚癌！？－淺談壁癌

2014/07/21

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牆壁也得皮膚癌！？－淺談壁癌
國立臺灣大學土木工程學研究所結構組葉智強

相信大家對於「壁癌」（圖一、圖二）這個詞都不陌生，可能發生在客廳，也可能會在浴室裡看到；或是某天靠在學校走廊牆壁上，一離開卻發現許多白色粉塵飄落，身上也沾白灰，以上都是壁癌存在的絕佳證據！既然如此常見，那麼它是怎麼發生的呢？

圖一、一般住家常出現的壁癌情況
（圖片來源：作者葉智強攝）

圖二、一般住家常出現的壁癌情況
（圖片來源：作者葉智強攝）

其實壁癌正式的名稱是「白華」(efflorescence)，會在結構物表面形成一層白色的粉塵，基本上在「混凝土結構物」很常見。

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取代水泥的永續材料 (飛灰) Sustainable Cement Replacement Materials (Fly ash)

2014/07/19

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取代水泥的永續材料 (飛灰) Sustainable Cement Replacement Materials (Fly ash)
國立臺灣大學土木工程學研究所結構組王又德

飛灰（Fly ash），顧名思義為飛揚於空氣中的細微顆粒。根據工程會頒布之「公共工程使用飛灰混凝土作業要點」，其定義飛灰係指煤粉經由鍋爐燃燒，隨氣體排放，以集塵設備收集而得的粉末。

在早期，工廠及火力發電廠等所排放的飛灰尚未被妥善處理，是空氣汙染的來源之一，大大影響生活品質。而在工程研究發現飛灰的再利用價值之後，如今飛灰已被視為相當重要的工程材料，隨著需求不同，可用於土壤穩定，或作為瀝青、混凝土的摻料等等。需求量日漸增長，甚至供不應求而使得價格日趨提高。

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雷射掃瞄應用於山區河川三維數位模型資料建構

2014/01/09

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雷射掃瞄應用於山區河川三維數位模型資料建構
國立臺灣大學土木工程研究所林彥廷

圖1. 臺灣衛星影像

臺灣形貌豐富，山區占全域總面積約六成(圖1)，平均年降雨量達2,500毫米，山區內河川流量劇烈變化，邊坡常見破碎地質，形成陡坡急流，而使大量土砂淤積河道，921 地震後，部分地區表土鬆弛，加上臺灣位處西北太平洋，周遭海域易生熱帶氣旋，故近十年來遭受颱風極端降雨侵害，易有嚴重複合性災害發生的趨勢。颱風西行襲臺期間受中央山脈陡峭地形所阻，在迎風面受地形抬升而降雨，當登陸臺灣的西行颱風中心脫離臺灣之後，西南氣流便可能會與颱風環流交互作用，提供豐沛水氣並大量降雨，觸發土石崩塌，其中以2009年莫拉克颱風在數日內於南臺灣降下2500公釐豪雨最嚴重。

豐沛雨量使南部山區產生大量地滑及土方崩塌，造成交通道路中斷形成孤島效應，威脅當地居民生活財產，更嚴重地，主流河道淤積使原先河道通水斷面(Cross-Section)容許通水量大幅下降，加上支流沖積扇阻塞了主流河道，而形成堰塞湖(圖2)，因此必須利用快捷的空間量測方法，蒐集劇烈地形地貌變化資料，以作為後續地形監測分析之用。

藉由航空、遙測影像初步辨識崩塌地或災害範圍，又以完整的航空相片資料辨識精度較高(圖3)；遙測衛星影像有別於航照影像，其優勢為能夠於固定週期內獲取大範圍之影像，但相對的受空間解像力(Spatial resolution)限制(圖4)。不過整體而言，影像易局限使用於屬性上辨識與分類，如:輔助災害範圍與保全對像分佈圈畫，而欲實際利用影像分析物像對應三維空間，須藉由多項間接空間資訊輔助解算幾何交會。

圖2. 高雄山區荖濃溪受支流布唐布那斯溪沖積扇阻塞形成堰塞湖

另一方面近年所發展之三雷射掃瞄技術（又稱光達LiDAR）漸趨成熟，已成為收集高品質三維空間資訊之另一項利器。該技術以掃描儀器測站為空間系統之原點，量測目標物與原點之距離、測角及雷射光之反射強度(Intensity)，並由空間幾何關係將其轉換為目標物三維點坐標(X,Y,Z)，獲得密集三維坐標點稱之為點雲(Point Cloud)。其中雷射掃描儀(圖5)雖具備高精度、高解析度、機動性佳、能大量快速獲取地形資料等優點，但受限於架設儀器地點與掃描有效距離等因素，因此有效掃描範圍亦受限制，特別是高密度植生覆蓋的地區。

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災害監測科技 GPS─窮人的原子鐘

2013/11/01

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災害監測科技 GPS─窮人的原子鐘
國立臺灣大學土木工程研究所林以淳

對處於板塊交界地帶、人口密度高的台灣而言，地震災害所帶來的危害不容小覷，相關的監測、研究工作不勝枚舉，隨著科技進步，使用工具也一直在改進。

以國內外地震測報單位建置的設備為例，全球定位系統(Global Positioning System, GPS)除了以精準的定位作為長期地殼變動監測的主力之外，亦可作為即時地震觀測網之中地震儀的校時設備。透過 GPS 的校時功能，使分布於各地的測站的時間系統與衛星上的原子鍾時間同步，獲取精準且一致的時間系統。

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淺談航空攝影測量技術於空間資訊之防災應用

2013/10/31

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淺談航空攝影測量技術於空間資訊之防災應用
國立臺灣大學土木工程研究所周君芸

臺灣位處歐亞板塊交界，地震頻仍，而近年全球氣候快速變遷，出現極端氣候問題，使乾、濕季節更為分明，乾季易發生乾旱，濕季亦因豪大雨造成淹水，在自然現象劇烈交互作用下，水災與土石流警戒指數節節高昇，天然災害發生頻率與損失更甚以往。此外，臺灣地窄人稠，土地資源有限，工程建設與開發不斷擴張。為建立人與自然之平衡關係，此時，便需要有效率之監測方法以預防災害或是彌補災害。

科技與時俱進，不斷突破傳統藉由人力進行地面調查與測量之限制，即使道路崩塌、受土石掩埋或崩塌範圍廣大等，可藉由航空攝影測量收集到第一手之災害資訊。如圖1所示，為航空拍攝崩塌地影像三期示意，(a)為崩塌前影像，(b)為崩塌後影像，(c)為災後整治之恢復影像，而由拍攝影像清楚可知崩塌範圍涵蓋以及實地重建狀況，使人無須親臨現場而身歷其境，其亦是航空攝影測量方法優點之一，然而，這並非航空攝影測量最大優點，嚴格來說，圖1之三期影像為一般攝影結果，因該圖尚不具幾何關係，因此尚且不能稱之為航空攝影測量影像。

圖1、航空拍攝崩塌地影像[引用自行政院農業委員會水土保持局http://246.swcb.gov.tw/debrisClassInfo/disasterrebuild/disasterrebuild2.aspx

航空攝影測量顧名思義便是在空中拍攝地面影像，經空間資訊分析處理之後，稱為「正射影像」，如圖2所示，於其上加上比例尺，便是另一種形式之地圖，具幾何意義，圖上長度可換算為實際長度，藉以換算圖面與對照實際範圍之距離與面積，而不同時期之同一區像片應能具體描述相同地物之變化，因此廣泛應用在河川地變遷、崩塌地範圍界定等災害防治與重建工作。

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管理與應用：科技、工程、政策

看不見的隱形殺手-全氟化合物

2013/10/27

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現代生活中，有許多日用品及人工合成物被廣泛地生產與應用，這看似深具發展的背後，卻隱藏著許多我們看不到或難以察覺的污染物，而這些污染物可能正充斥在週遭環境中，經由不同的傳輸途徑在環境與動植物之間傳遞，並在無形之中影響著你我。近來被高度關切且為「新興污染物」之一的「全氟化合物」，是一個被發現可能影響生態環境及動物的無形污染物，含有此化合物的物品有：塗料（例如：鐵氟龍）、紡織品、地毯、防油紙袋、殺蟲劑、消防泡沫、黏著劑、防污噴劑以及半導體製程溶劑；這些都與我們日常生活息息相關，也正因為如此，我們才更不能忽略它的影響性。「全氟化合物」為一長碳鏈結構的化學物質，其碳上的氫原子皆被氟原子和其他官能基所取代，長碳鏈端擁有疏水特性，另一頭的尾端擁有親水特性。正因為這個特性，使得全氟化合物含有防水、防油的效果，且可以作為表面塗層劑、工業用界面活性劑及添加劑等物質的材料。另外一個值得關注的是此物質的「強碳氟鍵結」，此特性使其具有很強的熱安定、化學安定性，也使它可以長久存在於自然環境中;除此之外，它的生物累積特性也不容忽視。表面塗層與我們煮菜常使用的不沾鍋有很大的關係，不沾鍋所使用的塗料層含有全氟化合物，近來有報導指出，此種鍋具如果上面有刮痕，同時又高溫烹煮食物，恐溶出全氟化合物。「全氟辛烷酸」(圖2) 與「全氟辛烷磺酸」(圖3) 是近年常被拿來討論的全氟化合物。環境保護公約《斯德哥爾摩公約》已將「全氟辛烷磺酸」列為持久性有機污染物。另外已有研究指出，暴露在含有這兩種物質的環境中，不但會對實驗動物的免疫系統產生影響，也會對其肝臟功能產生影響，更嚴重的情況可能會提高致癌的風險。接觸這類物質也可能造成新生嬰兒缺陷、婦女懷孕期間胎兒發育不良等問題。美國環境保護署指出，全氟辛烷酸可在母鼠體內存在之半衰期長達4小時，其存在人體內的半衰期更可長達2~8年之久，若持續攝入將在體內長年累積造成代謝之負荷。

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