一、簡介暨前言簡介曾文水庫位於嘉義縣大埔鄉曾文溪主流上游，總容量達7億立方公尺，為台灣地區容量最大之水庫，湖面面積達17平方公里，亦為台灣地區最大者。 曾文水庫直接效益為發電及防洪，其給水與灌溉效益則由所串聯之烏山頭水庫提供。由於南部地區人口成長及工商發展，本水庫原占小比例的給水功能益形重要，惟因水文條件限制，水庫容量雖夠大，其滿庫時間卻甚少，顯示其功能尚有再發揮與加強之空間，故提出曾文越域引水之構想，計畫將高屏溪支流的荖濃溪或旗山溪水經隧道導引入庫調蓄。
前言2015年4月9日查詢經濟部水利署南區水資源局網站得知，曾文水庫當前之有效蓄水容量為47,330萬立方公尺，原設計庫容為7億多立方公尺，因此約有35%之庫容量為淤泥，無法使用。曾文水庫因牽涉範圍廣大，除蓄容灌溉功能以外，庫容減少亦將衝擊到曾文水庫之防洪功能。莫拉克颱風期間，曾文水庫之所以淤積，有部分原因亦是達到莫拉克颱風極端降雨之防洪效果，而此防洪效果目前無法再回復至初始狀態，因此需要清淤計畫配合進行。 根據過去資料顯示，2009年莫拉克颱風侵襲台灣，帶來豐沛雨量，南部山區高達2,000釐米之總降雨，同時亦造成嚴重大規模崩塌，範圍包含荖濃溪、旗山溪等流域山區，因此亦帶入極多崩塌材料，造成曾文水庫淤積量更加嚴重。僅計算莫拉克颱風崩塌所帶入之淤泥，約達1億立方公尺。歷年紀錄以來，曾文水庫入庫淤泥總量約2.6億立方公尺，其中單獨計算莫拉克颱風便高達1億，佔比約40%，相當嚴重。 目前由於曾文水庫集水區之崩塌整治相當困難，無法透過人工方法整治邊坡減少入庫淤泥量，因此亟需要更充分之淤泥排除工程，進一步透過其他方法排除淤泥，增加庫容量、恢復防洪功能等。 二、清淤現況目前採用方法目前南水局所採方法，共分為攔截、清除、排砂三種方法搭配，其中攔截表示攔截漂流木、改善進水口狀況，清除包含淤積、庫內漂流木處理，排砂則為防淤隧道之興建。其中，本報告所關心之防淤隧道興建狀況，於2012年7月30日發包，預計於2016年完工（目前可能延後）。
由圖3可觀察得知，曾文水庫所採用各類清淤方法，而其中最直接之方法包含繞庫排砂、水力排砂兩種方法，其效果最為顯著、排除淤泥速度最快。 清淤效率現況目前採用之新建防淤隧道工程，將可達到年排砂量100萬立方公尺，其設計流量達815立方公尺每秒，其管徑為9公尺，如圖4所示。
根據南水局規劃，本工程之計畫期間增加85.5萬立方公尺庫容，完工後增加146萬立方公尺庫容，而未來規劃年增加183萬立方公尺庫容量。 個人意見對於目前曾文水庫之清淤計畫，確實需要相當大量之工程成本，但必須關注之處在於莫拉克颱風單次挾帶之泥沙達1億立方公尺，減少1/7庫容量，總淤積量為2.6億立方公尺；南水局本次規劃工程，年增加183萬立方公尺庫容，實在相當困窘，猶如杯水車薪。且目前極端氣候狀態為全球變遷趨勢，大型颱風影響性將會增加，此一工程之效益將更顯渺小。 曾文水庫新建排砂隧道，出口僅為下游曾文溪，受限於多種因素，不可能長時間開啟該隧道，必須要考量曾文溪排除淤泥之能力、曾文水庫蓄水量是否足夠供應水力排砂所需、水力排砂實際能夠運送之泥沙量等問題。 實際計算設計流量815CMS，此一數據包含水量、泥沙量，事實上能夠運送之泥沙量約僅20%總流量（資料來源：水利署電子報），亦即150CMS左右，僅能夠於水量充足、曾文溪不受影響狀態開啟，可能全年達到最大流量狀態時間甚少，但年增加183萬立方公尺庫容之數據，仍遠小於計算所得。 經過思考，水力排砂之排砂比20%，可能取決於水庫排水總量，所能夠排除之泥沙量。此一隧道設計流量雖為815CMS，實際能夠使用者遠小於此值，受限於水庫溢洪狀況決定排砂量。 因此，另外設計相關排淤排砂方法，絕對重要且為必須，需要更多方法之配合，才能夠提升排砂效率。 三、新規劃清淤《計畫一 應用砂腸袋》淤泥放置位置曾文水庫鄰近嘉義，嘉義之外傘頂洲，因雲林縣麥寮鄉填海造陸工程完成後，減少濁水溪流域泥沙量，可能受海水侵蝕影響而消失，減少嘉義之養蚵產業、水產養殖等重要經濟來源，若採用砂腸袋直接放置，將可幫助此區域鞏固沙洲、保持沙洲內海域之穩定性，提供自然水產養殖業持續使用，並可防止海岸侵蝕等功用。
淤泥放置可行性評估外傘頂洲所處之嘉義海岸距離曾文水庫約45至50公里，高程差約400~500公尺，如圖7所示。可根據工程狀況選取地點作為導管起始點，達到重力排砂所需坡度，目前估計應可達1%，採用自然重力排砂方法，或需人工加壓等方式配合，應可順利進行。 圖7所示之路線，為一直線設計，經過區域皆為農田區，若採用架高方式，不僅能控制坡度，亦不會影響該區域之農作。路線另可根據特殊需求更改，嘉義區域多屬農田，設置管線困難較小。 經過地形狀況、路線規劃考量、沙腸袋放置地點及用途等，整體而言，本方案應為可行。鋼管建置過程對環境、生態、成本等三面向之影響較為顯著，但以後續之營運成本、維護成本等考量，為代價最低、成本最低、環境衝擊最低之方案。
淤泥排除方法為求改善當前之曾文水庫清淤計畫，首先為思考淤泥排除之方法，目前可以將水力排砂方法進行改善，透過同一排砂隧道，導出至較小管徑（約直徑3公尺）之鋼管，建置排砂隧道，採重力排砂方法，流量將較小；且因管徑之縮小，預計流量可能僅5~10 CMS（水及淤泥之總和），但優點為可長時間施工，僅受到水庫水量控制排砂量。 除重力排砂方法外，須考量到排砂需要之水量，可透過出庫水流之調整，將出庫排砂口之淤泥與水充分混合，將排砂流量比達到40~50%應為可能，如此而言，最理想狀態下，排除淤泥之流量，可達5 CMS（僅淤泥），此一結果將可進一步考量長時間進行排砂之效率，計算預計成果。 四、新規劃清淤《計畫二 砂袋、沙腸管脫水》淤泥放置位置採用機械浚渫的方式抽泥，以運送管送至工區裝填小型沙袋，以及使用壓濾式脫水機處理部分淤泥成泥餅，或放置特定需要區域自然重力排水壓密，作為土堤、基礎等用途。考量淤泥運送管的距離及方便管理，選擇離水庫較近之區域，如圖8顯示，選擇該區較不影響地方居民外，水在壓密及脫水過程中，可順勢排入河道，使水回歸於河流，而若採用長沙袋的放置，也幫助河岸不易受河流的沖刷。
淤泥放置可行性評估選取之淤泥處理工區，距離曾文水庫約2~3公里，能快速運送剛抽起之泥水，且因地勢較曾文水庫低，可藉由高低差位能轉換動能的方式進行自然運輸，並由圖9可了解，該工區之地是較趨緩，很適合堆放處理器具及作為沙袋的放置場。該區雖位於河道旁，但若有效使用沙袋的護岸能力，應能達到與河道共存的效果。 沙袋後續如果需要加工、運送，可能須使用卡車載運，則對環境、成本、生態等面向，影響將相當顯著，需要謹慎考量本方案之環境評估，可行性堪慮。
淤泥排除方法本方法主要在於脫水後之淤泥的回收利用，採用機械浚渫的方式抽泥，以運送管送至工區填裝沙袋，以及使用壓濾式脫水機處理部分淤泥成泥餅，再利用再以卡車運送的方式分送各區域，或不進行處裡，直接載運砂袋前往所需區域等。機械浚渫係在工作船上配置抽泥或挖泥設備，以清除庫底淤泥之一種浚渫方式。其特點為可機動的清除水下淤泥，而不致於影響水庫之正常運轉。 此法優勢在靠近當地隧道口，不需額外興建工程，也可即刻處理淤泥，製作完成之砂腸袋能運送海岸邊也能留置，有雙重功能；缺點則為需要卡車運送，和壓濾式脫水機的長期成本，以及負擔山區運送之危險性。
五、新規劃清淤《計畫三 擾動排砂》淤泥排除方法本法係屬水力排砂，近日成功大學曾邀專家學者舉辦水資源座談會，建議在不影響水庫安全的前提下，以「爆破」方式，攪動水庫底泥，藉水力排砂清淤，增加容量。其優點是施工方便，只需設計爆破容量，且單次排淤量大，不需額外建造建物或工程來施做，也不需耗費多次人力與時間；但在旱期無水可用之時，此法暫不可行，而台灣南部的豐水期甚短，使用此法必須把握確切時機，能在強烈颱風來臨使用成果最佳。 雖可能有此方案作為考慮，但事實上其可行性、工程影響性皆難以評估，本報告針對此方案進行諸多研究，卻未能找到合適之理論、實例支持本方案應用於台灣地區水庫之淤積，國外而言亦缺少成功之案例，得以說服本組進行更多分析，極度缺乏資料支持。 除可行性難以評估外，本方案之安全性甚低，如何計算獲得所需炸藥量、如何放置、應如何配合水流量排砂，且爆炸擾動淤泥後，能作業之時間相對亦較短暫，需要其他配套措施之搭配。 六、預計成果計劃一 應用砂腸袋年排砂量若以前章節所述，最理想狀態下，可排砂5 CMS，考量到水庫水量之豐沛季節，全年能夠排砂之季節約僅2個月整，可排砂之總時長可能全年中僅30天，但無需顧慮其他因素，可在水量充分狀態下開啟排砂，此為理想狀態。 按此計算預計排砂成果：
若依照最理想狀態，以鋼管重力排砂至嘉義外海，充填砂腸袋以供海岸、沙洲保護之用，每年將可排除淤泥1300萬立方公尺。另按照水利署南區水資源局提供數據，每年入庫淤泥量約200多萬立方公尺，本方法每年仍可以去除約1千萬立方公尺之淤泥。 排砂時程若考慮到曾文水庫庫內總淤積量2.6億立方公尺，完全排除應不可能，預計可排除中上段淤泥，假設為60%之淤泥，約1.6億立方公尺，排除60%淤泥需16年時間。 每年僅需於水量豐沛需要溢洪之季節，開啟鋼管排砂，總時長達30天，即可達到排程之排除淤泥效果。 淤泥使用除外傘頂洲區域保持沙洲不受侵蝕、海岸區域護岸等功能外，另亦可將淤泥灌入小型砂袋做為海岸邊坡堆置、或作為輕質材料等其他用途使用，皆為可行，淤泥將集中於嘉義海岸區域統一建置工廠管理，其淤泥出產後之利用，將更加方便，不須考慮由水庫區域運送至他處等困難，因而此方法顯得更加有利。 計畫二 砂袋、沙腸管脫水年排砂量根據研究顯示，於處理場區進行沙腸管脫水作業，年可處理2500萬方淤泥量，詳見葉富貴（2007）所提「沙腸管清淤作業於曾文水庫之可行性研究」。 排砂時程若機械都可常時間運轉，其排砂的時程並不會受太多因素干擾，但不建議水位低時使用此方法，因在抽砂過程中也會將水抽起，故在水量正常或較多時使用此法，較不造成居民使用水的影響。 淤泥使用砂腸管可運送至海岸邊幫助此區域鞏固沙洲，或可留置河道攔砂；利用脫水機置成之泥餅可供混凝土廠輕質骨材來源。淤泥再利用方式可按應用層面區分為填方材料、建築材料、水工材料、地工材料、環工材料、以及農業材料等。 七、永續發展五大指標比較下表以五個指標評分各法：（1分最低分，5分最高分）
八、心得周立生：透過本報告，感受到對水利工程認知之缺乏，許多工程方式不甚了解，本報告亦僅僅是個人天馬行空之想法，對於預算、地質考量、選線等等皆有缺漏，此為自知不足之部分。 考量到其他排砂、清淤方法之工程經費，以及其能夠達到之清淤效率，事實上老師所提及之鋼管重力排砂方法，確實是一勞永逸，長期而言成本較低、效率甚高，整體評估而言，不僅僅是唯一真正能夠排除水庫淤泥之方法，且能夠帶來外部效益（淤泥資源化），除此之外，工程之施工及清淤過程亦顯得方便許多。 或許建置50公里長之鋼管於台灣相當之困難，需要考慮徵地、使用年限、管理維護等，但不難想像此為必經之困難，相較於現在成本高、效率低落之清淤方式，確實該挑戰當今清淤工程之思維，有效幫助南部地區水庫之庫容量提升，減緩淤積之影響。 不難理解各類土木工程，皆能夠與永續工程相輔相成，僅僅是是否願意接納新的工程思維而已，如何放棄短期利益，利用長期而言對環境、人類需求最有益的工程方法，是工程界的通病。工程界需要謹慎思量，進一步謙卑學習與環境的關係，來達成永續之目標。 王俊翔：水庫本是人類用來在平時有水時存水，而無水時能夠有資源可用的導引自然工程，與人類成語之「未雨綢繆」之理不謀而合；然而水庫的淤積卻占住了人類水資源的口袋，使得口袋可存水之容積減少，讓人類開始思考如何讓口袋重新恢復原有的深度，從此可見，水庫淤泥問題不只是資源問題，更是民生問題、經濟問題。 做報告的過程當中也認識了許多清除淤泥的工法（機械抽砂、洩降排砂、隧道排砂、異重排差等），與淤泥加工處理後成果的應用（砂腸袋、輕質骨材等），發現各工法皆是將淤泥以物理的方式（如挖除、抽除、洩除等）排除，不過因為淤泥本身黏性高、顆粒小，以物理方法處理容易使其擾動，與水相混在一起後排除，會將我們珍惜的水資源也一起除掉了，讓我們對於除泥一事抱持著某種尷尬的態度。 不過正是因為目前除泥尚未有一個完整的方法，能完全分離淤泥與水，使得淤泥快速有效的排除，又能將快速的將淤泥做後處理成我們能再利用的資源，才需要我輩持續進行研究吧！水利議題近日因缺水危機而更受關注，也讓我們重拾過去對於珍惜水資源的思考模式，或許也是另一種再教育吧！ 王棋立：在製作報告的過程中，查看到許多的文獻論文或是正在進行的工程報告，了解到台灣人其實很想保護好這個家，並希望他能永續的傳承到下一代手中。 每份文獻都道出了台灣目前面臨缺水的問題，並針對現地情況、當地氣候及地形，考慮不同狀況使用不同的方法，例如：水多時，多採用水力排砂；水少時，多採用挖掘或式抽砂的方式。然而，淤泥的疏導很多，但其之後的去向又儼然形成一個新的問題，故排水後的淤泥再利用，也成為一個新的議題。 而在尋找資料、收集文獻的過程中，也漸認識到許多的施工方式及想法，且在運用淤泥方面，光是再利用就分成數種類別，而各類別又有不同的應用。回歸到基本的問題，雖然淤泥再利用技術相當多，排淤方式也相當多，但每年水庫的蓄水量卻是日漸下降，不僅僅影響到人民的生計，也影響到整個水庫壩體的安全性，故除了治標，我們也該想想置本的方式，改善水庫集水區的山坡，防止過多土石的流入…等，這些問題在未來也將成為我們土木工程師所必須面對的，所以，我們更需重視環境的問題，對環境有更好的永續價值觀。 九、參考資料
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