石門水庫防淤策略對下游河道影響之評估研究

石門水庫位於淡水河上游之大漢溪上，自93年艾利颱風後水庫淤積嚴重，為求水庫永續經營，近年來水利署北區水資源局、水利規劃試驗所等單位積極研擬因應策略，包括以水庫表水與低標高濁水混合稀釋排放、排洪隧道排砂、石門大圳退水路排放底層濁水、石門電廠與永久放水口排砂、石門水庫上游主河道防洪防淤工程排砂等措施。而水庫防淤、排砂策略對下游大漢溪及主流淡水河河道之影響評估方面，包含水庫排砂對下游河道沖淤影響、河防安全影響，鳶山堰、規劃中之中庄調整池取水口濃度之影響、後村堰下游軟岩河床沖刷情形、三鶯堰規劃堰址之沖淤及藍色公路航道沖淤變化等，尚需相關研究以評估防淤策略及取水設施操作之合適性，爰成立本計畫。 二、 相關資料收集彙整與分析 收集大漢溪、淡水河歷年之水文、斷面及河床質等基本資料，並對河道歷年之沖淤情形及河道變遷進行分析。另於大漢溪溪及淡水河進行河床質調查分析(共二十五個採樣坑)及泥砂濃度監測。 三、 石門水庫防淤對下游河道之影響評估 本研究採用美國國家計算水科學及工程中心之CCHE1D、CCHE2D模式，作為相關分析評估之動床數模工具，並參考民國100年「石門水庫防洪防淤工程規劃-水工模型試驗」之物模試驗資料，及北水局提供鳳凰、薔蜜、辛樂克及莫拉克等颱風實測流量及泥砂資料，進行模擬。本計畫針對現況案、防洪防淤隧道C1案、C1延伸管案、D2案及C1延伸管案+D2修改案等五案，評估各防洪防淤方案對下游河道之影響。 新增防洪防淤隧道後，單一颱洪事件對下游河道之影響，與上游排洪排砂量有關，如艾利、辛樂克及薔蜜颱風因排洪、排砂量大，水流可將泥砂挾帶至淡水河下游沉積，明顯沉積範圍位於淡水河柑園大橋至忠孝大橋間；而鳳凰、莫拉克颱風排洪、排砂量小，水流挾砂能力小，故砂泥零星落淤在大漢溪河道，並未影響下游淡水河之沖淤。 新增防洪防淤隧道後，對下游河道之長期影響，因現況上游來砂之補充，未來48年間現況下游河道多為淤積狀態，而新增防洪防淤隧道後，淤積深度有所增加、河床漸有回淤，尤以C1延伸管案及C1延伸管案+D2修改案最為明顯(排砂量較其它方案為大)，河道淤積最為顯著，範圍為城林大橋至關渡大橋河段。 四、 河防安全評估 大漢溪採100年重現期進行模擬，淡水河採200年重現期進行模擬，且河口水位設定為EL 4.03公尺(台北地區防洪計畫建議方案)作為起算水位，用以評估單場颱洪在防洪防淤操作條件下，是否有出水高不足或溢堤之可能性。結果說明除關渡大橋至淡水河口附近，受暴潮影響下，有出水高不足及溢堤之問題外，其餘河段尚無出水高不足之問題；而新增防洪防淤隧道後之洪水位，與現況案相近，並無水位大幅上升之情形發生。另針對各模擬案例中，底床沖淤、流速變化較劇烈之河段，進行堤岸基腳附近之流場分析。 五、 含砂濃度影響評估 鳶山堰水源係由石門水庫放流或擷取河道側流量，其濁度抬升主要是上游石門水庫排洪排砂所致，一旦發生原水濁度提高，影響供水甚劇。本研究針對鳶山堰河段進行二維局部流場模擬，探討各防洪防淤方案下鳶山堰取水口附近之懸浮載濃度變化，有無影響供水之虞。另外，懸浮載濃度對水生動、植物影響，本研究則以現況案之洪峰懸浮載濃度作為基準，評估新增防洪防淤隧道後，懸浮載濃度是否與現況案相差甚多，作為評估是否有影響水生動、植物之虞。 六、 防洪防淤操作之影響說明及因應對策 未來不論石門水庫實施任何防洪防淤策略，都有助於下游河床回淤，使河道趨於沖淤平衡狀態，但近年下游河道已設置多處河濱公園、生態濕地及自行車道等親水設施，加上政府已著手規劃三鶯堰、藍色公路等設施，故有需要提出相關因應策略來面對未來可能遭遇之挑戰。本報告就三面向進行說明：1.上游集水區保育、2.下游河道管理、3.穩定供水設施。 七、 教育訓練 於民國99年12月01日辦理CCHE1D模式之教育訓練工作，主要介紹CCHE1D模式理論架構與特點、代表案例說明、本計畫建置之淡水河動床應用案例模組等，進行技術轉移工作。另於民國100年11月08日辦理CCHE2D模式之教育訓練工作，主要介紹CCHE2D模式理論架構與特點、代表案例說明、本計畫建置之淡水河動床應用案例模組等，進行技術轉移工作，內容詳見附錄二。