源起暨個案介紹鑒於近期石門水庫供水情形吃緊，水庫淤積議題再次受到國人重視，本團隊對石門水庫之清淤方式，並提出本報告以作為可行方案之建議。 石門水庫基本資料石門水庫位於大漢溪中游，其壩體為滾壓土石壩之構造，壩高133公尺，其他附屬設施包含溢洪道、排洪隧道、電廠、石門大圳及桃園大圳進水口等。 石門水庫之設計庫容為3.09億立方公尺。滿水位標高245公尺、面積8平方公里；呆水位標高則為195公尺。集水區內，包括支流河川在內共有64條，總集水區面積達763.4平方公里。 關於石門水庫之興建及早期之防淤工程，依時間順序整理如下：
石門水庫淤積現況石門水庫每年會固定實施1次淤積測量，最近之測量結果顯示：截至103年2月止總淤積量為9,497.6萬立方公尺，佔水庫設計蓄水容量3.09億立方公尺之30.72%；其中，若不考慮無法供水庫運轉使用之呆容量，則實際上有效蓄水容量之淤積為4,280.2萬立方公尺，佔有效蓄水設計容量2,518.8萬立方公尺之16.99%。 淤積速率根據民國100年「石門水庫阿姆坪防洪防淤工程可行性規劃」推算，平均年入庫泥砂量為353萬立方公尺；考慮到集水區整治計畫整體實施成效，預計每年可減少入庫土砂11萬立方公尺，則每年仍有342萬立方公尺入庫泥砂。 淤積來源如以民國93年艾利颱風後淤積量計算，民國93 ~ 96年總淤積量增加3,883.2萬立方公尺，大約佔去現今總淤積量9,497.6萬立方公尺之40%，可推測係因921地震後，集水區內大範圍土石鬆動，且又經艾利颱風暴雨沖刷所致，此外民國96年巴陵壩損壞造成估計近1,047萬立方公尺之土石進入水庫，以上乃造成水庫近年淤積顯著成長之重要原因。 淤積土砂成分根據經濟部水利署北區水資源局之化驗報告，由庫區抽出至沉澱池內之淤泥多為伊利石（Ilite）與綠泥石（Chlorite），化學元素成份中矽（SiO2）佔60.95％、鋁（Al2O3）佔17.48％、鐵（Fe2O3）佔6.6％。 為使清淤過程中抽出之土砂有更大之經濟效益，對此淤泥之用途進行考慮，可知其適合作為陶器、馬賽克、紅磚、地磚等之原料；但其成份為細稠之高塑性黏土，具有透水性不良的特徵，雖說有機物含量不足3％並不高，做為其他製品材料有處理不易與不經濟之缺點，故產業使用意願偏低。 考慮將此淤泥用於土木工程，可依工程土壤統一分類法歸類為ML、CL，依營建剩餘剩餘土石方交換利用分類代碼則為B3、B4，可在排水處理之後，透過土方交換大量清運運書提供土木工程作為窪地填方、運動場底層隔水層填方、垃圾場復育表層防水層、河岸回填等用途。 清淤工法比較本報告於現有之沉澱池與規畫中之排砂隧道之外，另外考量地工砂腸袋工法，茲介紹如下。 沉澱池沉澱池工法，其概念係將庫區之淤泥抽出至挖好之池子進行自然沉澱，上層清水可再進入水資源系統，下層沉澱後之淤泥則另行運送。 石門水庫現已有此工法：昔以抽砂船用強力水柱將淤泥打碎，今則改用鉸刀機以提升效率，藉此將長期沉澱壓密之庫區淤泥抽出，並經由抽泥管線由壩側頂部排送至下游管線，進入延著後池堰下游右岸之13座淤泥沉澱池側邊之疏浚管線後，將淤泥泥水排入沉澱池內存放。 其13座沉澱池，淤泥堆置場佔地面積約70公頃，其容量共約380萬立方公尺。沉澱池的主要功能在於使水中之泥砂沉澱於池內，清水部分則排入下游河川，供灌溉之用。各沉澱池之上游側設有進水渠，渠道之右牆等距設置5個溢流堰，堰寬各為1公尺。下游側設有出水渠，出水渠之左牆全部作為溢流堰，使沉澱池頂部之清水經溢流堰流入出水渠內，再經排水系統流入大漢溪。 優缺點比較優點
缺點
排砂能力庫區中現有抽泥船一艘，年抽泥量最高可達33萬立方公尺；而沉澱池發包清運量約為每年20至25 萬立方公尺，可短暫性提升年度清運量至40萬立方公尺。 成本抽泥部分，每立方公尺約需新台幣100元；運送成本則約為600 元。至於沉澱池之設置，由於為現有設施，此後又因取地困難估計不會增建，故不予考慮。總計每立方公尺的成本為新台幣700元。 排砂隧道排砂隧道的概念是平日將淤泥堆積在隧道入口處，等到颱風或是需要洩洪時連同蓄清排濁（渾）的手法一起施作，一次將大量的淤泥帶入下游河道中。 優缺點比較優點
缺點
排砂能力根據紀錄，目前既有之排砂鋼管每年可清除100萬立方公尺之淤泥；而規劃新建之排砂隧道則預估可達135萬立方公尺。 成本規劃新建之阿姆坪隧道，造價約50億新台幣；同為規劃新建之大灣坪隧道，造價約60億新台幣。若此建設以20年攤銷建造成本，並忽略維護費用，則單位成本約為： (50億+60億) / (135萬m3 /yr * 20 yr) = 每立方公尺407元 地工砂腸袋
地工砂腸袋工法與沉澱池相似，仍需要抽泥設施以及運輸設備，兩者間最大的差距在於其排水方式不同。 若以沉澱池之運作方式為基礎，以地工砂腸袋取代沉澱池，則可得出「抽泥至壩體下游處→直接灌入砂腸袋→藉由灌入之壓力加速排水→封口後以卡車運送」這一模式；考量到卡車運送成本高昂且運量低，可在抽泥後直接以管線運至需要地工砂腸袋之地點，於現地進行裝填及使用。 就泥沙後續開發用途而言，可以藉由陸運將一袋袋的泥土送至需求之單位，方便其進行開發研究；若以完成研發，也可建置專用管線，將大量之沉泥直接送往生產之廠房。 優缺點比較優點
缺點
排砂能力由於此工法之排水速率較快，且空間彈性較沉澱池高，故排砂能力取決於抽泥設施的效率，可藉由設置較多的抽泥船來提高排砂效率。若考量兩艘抽泥船，則預估為每年70萬立方公尺。 成本抽泥部分之成本約為每立方公尺100元新台幣；地工砂腸袋之單價約為每立方公尺10美元，加上能提升排水效果的化學藥劑則為14美元，換算為台幣則約為420元。 運送部分，以卡車陸運至台北港來估算，約為每立方公尺500元；若以鋼管運輸，則考慮到鋼管使用年限，將其成本攤平後僅約20元。 總合來說，若以陸運運輸，則成本為每立方公尺1,020元；至於管線運輸，成本約為每立方公尺540 元，比沉澱池更便宜，且具有填海造陸施工方便性的優勢。 工法比較上述之三項工法各有優劣，本報告將清淤能力、成本此二項定量性質整理如下表所示：
可發現排砂隧道為最有效率之做法。然工程不能只考慮效率與成本，也應將生態、景觀、節能減碳等因素列入考量，重新比較後繪圖如下：
可發現排砂隧道雖在經濟面有最大優勢，但綜合而言，地工砂腸袋的表現較佳，而沉澱池工法則在生態及美觀方面見長。 由圖可明顯看出，排砂隧道在其他面向皆較弱，唯獨經濟層面上較為突出，因此，即使以效用角度來看應以排砂隧道為主，此工法也不會是最佳選項；相較之下，地工砂腸袋工法在安全、經濟、生態、美觀及節能減碳各方面皆有不差的體質，儘管清淤效率略遜於排砂隧道，仍會是較理想的方案；至於現行的沉澱池工法，由於效率較差導致經濟面向大幅落後，因此不建議作為主要方案使用。 結論與建議經過綜合評估，以地工砂腸袋工法進行清淤較為合適；但考量到土砂年入庫量高達342萬立方公尺，僅靠地工砂腸袋仍然不足，故應盡可能利用能使用之工法，截短補長方為上策。 首先，現有之沉澱池工法能提供30萬立方公尺，排砂鋼管有100萬立方公尺；此外，規畫興建中之排砂隧道可提供 135萬立方公尺。至此已有265萬立方公尺，距離出入庫之平衡差距為77萬立方公尺，此差距交由地工砂腸袋工法處理。 離開庫區之土砂，除了排砂鋼管、排砂隧道為回歸河道之外，沉澱池工法與地工砂腸袋工法皆需透過人為方式配送至其他區域，故應獎勵淤泥活用之研發，並且補助使用淤泥做為原料之產業，一方面可提高淤泥需求量，另一方面亦能藉由銷售淤泥補貼財務負擔。 本報告建議，藉由三種工法之並用，解決石門清淤之難題。 台灣三大水庫淤積現況考量到台灣各地水庫均面臨淤積問題，本報告遂附上一部分水庫之比較，作為後續其他水庫淤積處理之開頭。本報告選擇翡翠、石門及曾文三座水庫進行比較，整理如下表所示：
由表可以發現，儘管知名如石門、曾文，自建成至今也是持續受害，淤積量體已經佔據近1/3的設計庫容，形同半殘廢狀態，其他名不見經傳的水庫遭受何等待遇可想而知，只有翡翠水庫得天獨厚得到應有的關愛；若是繼續維持這種累積速率，20年後只能宣判這些水庫死亡，到時候全台灣大多數地區將陷入沒有水庫之苦（假若海水淨化等替代水源在市場和民意層面上尚未發展成熟），因此積極的清淤絕對是必要的。 參考資料經濟部水利署 小小水博士 經濟部水利 維基百科 石門水庫 台北市都市更新處 台北翡翠水庫管理局 PERFORMANCE OF GEOTEXTILE TUBES WITH AND WITHOUT CHEMICALAMENDMENTS TO DEWATER DAIRY LAGOON SOLIDS 盟鑫 - 產品 - 地工砂腸袋 盟鑫 - 中美洲海岸保護案例 盟鑫 - 碳足跡盤查 盟鑫 - 電子報 公視新聞議題中心 ─ 【我們的島】搶救下一滴水 聯合新聞網 ─ 石門水庫沉澱池-將施作花海 中時電子報 ─ 規畫2座排砂隧道 將斥資110億元
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