水庫也需要定期健康檢查

水庫也需要定期健康檢查 (Reservoir Safety Evaluation Should be Performed Periodically)
財團法人中興工程顧問社大地工程研究中心副主任 高憲彰

台灣雖然雨量豐沛，但是由於豐枯水期分配不均，加上本島地勢陡峭，川短流急，導致水源涵養十分不易，因此有賴各種大小型水庫來調蓄水源，國內現有的大小水庫總數超過一百座，肩負著供應民生、工業、農業等標的所需要之用水，因此，維持水庫的正常營運即更顯重要。目前這些水庫分別由中央、地方政府、公營事業機構（如台灣電力公司、台灣自來水公司、台灣糖業公司等）及各地方農田水利會等單位經營管理。

但所謂水能載舟亦能覆舟，在我們享受水庫所帶來各種好處之同時，也必須體認到這些水庫裡所蓄積的龐大水體對水庫下游地區也是一種風險來源，因此水庫之安全議題向來為世界各國政府所重視。臺灣地區因受限於地形，水庫下游區域之開發密度遠高於歐美各國，若不幸潰決，在巨大水流的沖擊下，勢必將造成下游居民生命財產的嚴重損失，足以對社會、經濟及環境產生巨大的衝擊，因此政府在水庫的設計、施工及營運管理上均制定了相關法規及技術規範來確保水庫的安全。

水庫為什麼會有安全上的風險？

既然每座水庫在設計興建時都是遵循法規及技術規範，那為什麼還會有安全上的風險？我們必須認知到每座水庫在設計及施工時，其所遵循的是當時最先進的 (state of the art) 技術和規範，但是歷經多年的研究和發展，我們對於大壩的設計知識和施工技術都會隨著時間而進步，當年的規範是否有不足之處，即是水庫安全風險來源之一；另方面，每座水庫在設計時所依據的都是先前的雨量和地震資料，但隨著地震事件的累積，是否有當年未曾發現的活動斷層 (active fault) 存在而可能影響水庫的安全？特別是在氣候變遷影響逐漸顯著的今日，當年的防洪設計標準是否可以應付未來嚴峻的挑戰等，均是水庫安全風險的來源。

如同我們身體健康的維持有賴正常的作息和定期的健康檢查一般，水庫的安全除了靠平日正確的操作及維護外，也是要定期進行安全檢查，評估水庫的安全狀況。

水庫的安全評估工作內容有哪些？

水庫安全定期評估工作就好像人體的定期健康檢查，其主要評估內容可分為：(1) 基本資料複核；(2) 設計地震與洪水檢討；(3) 日常檢查及監測資料複核；(4) 結構安全評析；(5) 整體評估及改善建議；及 (6) 緊急應變計畫檢討等。

在這些工作中除了檢查和監測資料的分析外，又以抗震和排洪能力的評估最具挑戰性。以下以抗震能力評估為例，簡略說明水庫安全評估工作之技術性。

大壩抗震能力的評估

台灣位處環太平洋地震帶，地震發生頻仍，水庫大壩在地震時是否能夠承受地震力的作用而不至發生潰決，即是水庫安全評估的重要工作之一。然而不同壩型因結構上的不同，於相同的地震作用下，其可能引發的破壞機制也有所差異，以國內最常見的土石壩（例如石門、曾文、烏山頭等水庫大壩）為例，大壩於強烈地震侵襲下可能發生的破壞模式包括：基礎或壩體材料受震發生液化、壩體受震導致壩坡滑動、壩體過量沉陷、壩體與壩座界面發生錯動、壩體受震開裂等，如圖一所示。

圖一、土石壩體受震主要破壞模式示意圖 （中興工程顧問社提供）

水庫抗震能力評估工作主要分為設計地震複核、設計標準檢討、大壩耐震評析及耐震補強建議等四部分。

1. 設計地震複核

依據最新之地震資料庫，藉由地震危害度分析 (Seismic Hazard Analysi) 方法，分析強震發生的可能，目前常用以計算地震危害度的方法主要係以定值法 (Deterministic Seismic Hazard Analysis, DSHA) 分析最大可能地震 (Maximum Credible Earthquake, MCE)，及以機率法 (Probabilistic Seismic Hazard Analysis, PSHA) 分析 10,000 年、950 年或 475 年再現周期 (return period) 之地動值，來檢討水庫原採用的設計地震是否合宜，必要時需重新評估各項地震參數，作為後續水庫各項設施耐震設計及安全複核的依據。

2. 設計標準檢討

水庫各結構的抗震設計必須在經濟性及功能性間取得平衡，因此依各水庫的重要性及破壞後引發的後果，在抗震設計標準的選取上也有不同的要求，依據水庫的災害潛勢，評定其重要性等級，在設計地震標準檢討時，即依不同等級水庫，以定值法及機率法綜合評析，來檢討水庫設施的設計標準。

3. 大壩耐震評析

大壩耐震評析係利用上述方法所建立的設計地震，進行大壩受震分析 (seismic analysis)，評析水庫主要設施於地震作用下是否能滿足標準及規範之要求，常用的分析方法有仿靜態分析法 (pseudo-static analysis) 及動態分析法 (dynamic analysis)。

4. 耐震補強建議

若評估結果顯示依據現有的地震資料，推估水庫於設計地震下的抗震能力能滿足安全及規範之要求，則評估結果將存檔於水庫安全資料庫備查。若評估結果顯示水庫之耐震性能有不足之虞，即應辦理耐震補強。

參考文獻

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