1、1,2010/11/27,2,9-1 概述水利工程主要為建造與水利事業有關之土木工程，範圍如下：(一)防水之建造物堤防、洪水牆、護岸、閘門(二)引水之建造物自來水取水工、灌溉取水工、輸水管(三)蓄水之建造物水庫、攔砂壩、滯洪池(四)洩水之建造物排洪道、雨水下水道、抽水站(五)抽汲地下水之建造物水井(六)與水運有關之建造物運河(七)利用水力之建造物發電廠(八)其他與水利有關之工程衛生下水道、汙水處理廠,3,水利工程有關之學科如下：(一)水資源工程學 (1)水資源開發之規劃及設計。 (2)水工結構物(二)水文學 (1)水文之各種現象及特徵。 (2)水文之觀測、記錄集資料之收集。 (3)水文資料之分
2、析、研判。 (4)水文資料之應用。(三)流體力學 (1)流體性質 (2)流體靜力學 (3)流體運動學 (4)流體動力學 (5)壓縮性流體 (6)層流與紊流 (7)流體所受之阻力 (8)流體之量度,石岡壩,4,(四)應用水文學 (1)水文資料之數理分析及運算 (2)水文資料之運用(五)應用水力學 (1)管流流況分析 (2)渠流流況分析 (3)流體對水工結構物之作用 (4)流體機械之性能(六)水工設計 (1)水工結構物之性能 (2)水文計算 (3)水力計算 (4)結構設計(七)水資源開發與規劃 (1)水資源目標之性能 (2)水資源目標開發程序 (3)水資源開發之工程經濟 (4)水資源開發之規劃,5
3、,9-2 水資源工程9-2-1 水源之控制水源控制工程之項目如下：(一)洪水控制工程用人為方法控制洪水或防禦洪水氾濫，以防止水災之發生。 (1)水庫工程 (2)疏洪道工程(二)排水工程 (1)農田排水係指排除停滯於農田田面及表土內過剩之水。 (2)市區排水係指排除都市計畫法所稱市 (鎮) 計畫、鄉街計畫範圍內之 雨水或污水。 (3)事業排水係指排除事業使用後之廢水污水及水力發電後之尾水。 (4)區域排水係指排除(1)至(3)之二種以上匯流者或排除區域性地面或地 下之水。 (5)其他排水係指排除不屬於(1)至(4)之水。(三)輸水工程自來水管線、箱涵、涵管、渠道及輸水隧道。(四)汙水工程衛生下水
4、道及汙水處理廠。,6,9-2-2 水源之利用水源利用之工程：(一)民生用水水庫工程、淨水廠、自來水工程(二)工業用水管線工程(三)農業用水渠道工程(四)發電用水水庫工程及電廠工程(五)航運用水河道工程9-2-3 水源之涵養水源之涵養：(一)植樹造林(二)水土保持(三)水質維護(四)生態保護,7,9-3 水土保持水土保持之目的：(一)防止邊坡崩塌、土石坍方及土石流(二)減少水庫淤積，延長水庫壽命(三)涵養水源，保護水源(四)保護居民生命財產之安全(五)維護自然生態(六)保持國土之穩定9-3-1 擋土牆選擇擋土牆型式應考慮下列各種條件：構築擋土牆之目的及功能。擋土牆之重要性及其行為之可靠性。 邊坡
5、之地質、地形、地層構造及地下水因素之適用性。 擋土牆施工方法及工作度。 擋土牆周邊既有構造物及管線設施之安全性。 擋土牆用地之限制。擋土牆造價之經濟性及工期。 擋土牆對周邊景觀及環境生態之衝擊及影響程度。,8,擋土牆之形式：一、重力式擋土牆(圖9-3-1A)：係利用其本身自重以抵抗土壓力之擋土牆，擋土牆完全承受壓力，故可使用石砌或純混凝土擋土牆。二、半重力式擋土牆(圖9-3-1B)：當重力式擋土牆牆身厚度較小或承受較大之土壓力時，牆身可能有拉應力產生，故牆身須加少許鋼筋以抵抗拉應力。,9,三、懸臂式擋土牆(圖9-3-1C)：為利用懸臂梁之原理，以鋼筋混凝土共同抵抗側向土壓力，因懸臂式擋土牆牆身
6、幾乎呈垂直狀態，故可增加道路使用面積，但牆身及基礎所使用鋼筋甚多，施工成本高。四、後拉式擋土牆(圖9-3-1D)：即於懸臂式擋土牆牆背每隔一段距離加建 一道拉牆，以拉住牆身免於傾倒，使用後拉式擋土牆比懸臂式擋土牆穩定，施工較複雜。,10,五、前撐式擋土牆(圖9-3-1E)：與後拉式擋土牆相反，即於懸臂式擋土牆牆面每隔一段距離加建一道撐牆，以撐住牆身免於傾倒，使用前 撐式擋土牆比懸臂式擋土牆穩定，惟施工較複雜及增加撐牆用地。六、固定式擋土牆(圖9-3-1F)：為擋土牆頂端以梁或版固定以增加其穩定之擋土牆。如橋台擋土牆。,11,七、框架式擋土牆(圖9-3-1G)：為重力式擋土牆之一種，係由預鑄混凝
7、土構件、木材或金屬構材疊砌而成，牆背再填以土壤或卵石。框架式擋土牆之表面無法擋水，無須裝設排水管即可任意排水，故適用於地下水位較高之邊坡。,圖9-3-1G 框架式擋土牆,12,八、三明治擋土牆(圖9-3-1H)：重力式擋土牆中，將牆體分為三層，面層為卵石或駁崁磚，中層使用混凝土，而底層則使用碎石填塞之擋土牆。,九、加勁擋土牆(reinforced retaining wall)(圖9-3-1I、9-3-1J)：係由地工織物(鋼絲網)與土壤所組成之擋土牆。其原理係將地工織物埋置於土壤內，依靠地工織物與土壤間之摩擦力拉住面板而維持土體之穩定。,13,三明治擋土牆,圖9-3-1J 加勁擋土牆,14,
8、加勁擋土牆之優點：(1)可隨著地形變化而施築。(2)彈性度高。(3)可垂直填土，節省空間。(4)加勁與填土同時進行，工期短。(5)牆面可植生綠化，環保性高。(6)僅置放加勁材與填土，機具簡單，施工容易。(7)施工時不產生噪音、振動，公害少。(8)施工材料就地取材，可降低成本。加勁擋土牆之缺點：(1)加勁材易受陽光或溫度變化而老化。(2)僅適用於填土邊坡，不適用於開挖邊坡。(3)穩定度較差。,15,9-3-2 護坡護坡之種類：一、噴水泥砂漿護坡(圖9-3-2A)：以純水泥砂漿噴於邊坡表面，以防止雨水沖刷、坡面風化而崩塌。二、噴混凝土護坡(圖9-3-2B)：先於邊坡表面舖上一層鋼絲網，再噴混凝土黏
9、結為一體，以保護邊坡。,16,三、混凝土格梁護坡(圖9-3-2C)：以混凝土梁縱橫交錯舖設於邊坡上，形成格子狀，而格子內再置卵石或填土植草保護。,17,圖9-3-2E 堡崁磚護坡,四、堡崁磚護坡(圖9-3-2E)：堡崁磚係於工廠預鑄完成後，再運至現場砌築，施工完成後表面美觀。五、石砌護坡(圖9-3-2F)：為使用天然大卵石砌築，一般卵石因形狀不整， 施工時較費時，且水泥用量較多，完工後穩定性亦較差。,18,六、植生護坡(圖9-3-2G)：關於上述之各種護坡方法，雖然施工方便且穩定度高，為過去所常用之方法，但因其容易破壞自然景觀，違反生態原則，故近年來已漸漸改用植生護坡，以維護大自然環境。植生護
10、坡係於坡面上種植草苗，利用其根系保護邊坡，而達到美化環境與保護邊坡之雙重效果。,19,9-4 水壩工程9-4-1 水壩之種類水壩依使用目的可分為：(一)攔砂壩(二)取水壩(三)蓄水壩(四)多目標壩水壩依區域位置大致可分為：(一)集水區(二)淹沒區(三)壩址(四)洩洪區,圖圖9-4-1A 攔砂壩,20,21,水壩工程依使用材料可分為：(一)混凝土壩 (1)實心重力式壩 (2)中空重力式壩 (3)扶壁式壩 (4)薄狀拱型壩 (5)重力式拱型壩(二)土石壩係以土石堆積而成之壩體,22,23,24,9-4-2 水庫之清淤水庫之清淤方法：(一)水庫運轉操作(二)水力排砂 (1)洩降排砂 (2)洩洪排砂
11、(3)空庫排砂 (4)底部排砂,25,(三)機械浚渫 (1)陸面開挖 (2)水力抽泥圖9-4-2A (3)機械挖泥圖9-4-2B (4)氣力泵抽泥 (5)虹吸抽泥圖9-4-2C,26,27,9-5 台灣之水庫9-5-1 曾文水庫曾文水庫位於曾文溪之上游，為台灣最大蓄水量之水庫，距台南市約60km，其主要目標在調節並充分利用曾文溪之水資源，以改善嘉南地區之農地灌溉；另外，亦兼具水力發電、供水及防洪。該水庫於民國56年開工，至民國62年完工，其相關土木設施說明如下：(一)大壩 (1)滾壓式土石壩 (2)壩高133m (3)壩頂長400m (4)大壩體積9,296,100m3(二)溢洪道 (1)長度
12、458m (2)淨寬45m (3)設計溢流量9,470cms (4)弧形鋼門3座,28,(三)地下發電廠 (1)地下穹頂圓筒式 (2)直徑21m (3)裝機容量50000KW(四)東口導水堰 (1)堰高5.6m (2)堰頂長239.4m(五)水庫 (1)水庫面積17km2 (2)集水區面積481km2 (3)水庫容量708,000,000m3 (4)有效蓄水量573,230,000m3,29,9-5-2 翡翠水庫翡翠水庫位於臺北縣新店市，淡水河上游(北勢溪下游)，集水區涵蓋台北縣之新店市、雙溪鄉、坪林鄉、石碇鄉及烏來鄉。翡翠水庫主要目標在攔蓄北勢溪水量供應大台北地區(台北市及台北縣之三重、新店
13、、中和、永和、淡水、三芝)民生用水，並兼具發電及防洪功能。翡翠水庫於民國68年開工至76年完工，其相關土木設施說明如下：(一)大壩 (1)壩型為雙向彎曲變厚度混凝土拱壩 (2)壩高122.5m (3)壩頂總長510m (4)壩頂於非溢流段標高172.5m，溢流段標高161m (5)排洪設施設計流量9,870cms (6)溢洪道共八座，每扇弧形閘門寬14m，高9.3m (7)沖刷道 3座，每扇閘門寬2.5m，高3m， (8)排洪隧道直徑10m，長386.13m (9)副壩及落水池一式,30,(二)電廠 (1)裝機容量70,000千瓦(一組) (2)設計發電有效水頭89m (3)發電最大用水量10
14、2.11cms (4)年平均發電量222,700,000度(三)水庫 (1)集水區面積303km2 (2)水庫面積10.24km2 (3)最高常水位標高170m (4)總蓄水量406,000,000m3 (5)有效蓄水量327,000,000m3 (6)最大可能洪水位標高171m (7)最大可能洪水量10,500cms,圖9-5-2 翡翠水庫,翡翠電廠,31,9-5-3 德基水庫德基水庫位於大甲溪上游，為台灣第一座拱型高壩。於民國58年12月開工至62年12月完工，並於民國63年6月開始發電，總工程費為5,130,000,000元。德基電廠下游尚有青山、谷關、天輪、新天輪、馬鞍、社寮等電廠連續
15、發電，並有石岡水庫供應大台中地區民生用水。其相關土木設施說明如下：(一)水庫 (1)混凝土拱壩 (2)大壩高度180m (3)滿水位標高1,408m (4)有效容量175,000,000m3(二)地下電廠 (1)有效水頭162.7m (2)用水量217.5cms (3)裝置容量234mw (4)豎軸法蘭西斯式水輪機三部 (5)水輪機出力93,250KW (6)發電機容量99,667KVA (7)平均年發電量375,400,000度,32,9-5-4 石門水庫石門水庫位於桃園縣龍潭鄉，大漢溪之上游，其計畫目標為灌溉、發電、公共給水及防洪，於民國45年7月開工至53年6月完工，總工程費為3,183
16、,000,000元。 其相關土木設施說明如下：(一)大壩(1)壩型為土石壩(2)壩頂標高252.1m(3)大壩高133.1m(4)壩頂長度360m(5)壩頂寬度11.2m(6)大壩體積7,060,000m3(二)溢洪道(1)鞍部洩槽式(2)設計排洪量 10,000cms(最大11,400cms)(3)弧形閘門6座(寬14m高10.605m),石門水庫,33,(三)出水工 (1)型式石門大圳 (2)設計流量18.4cms (3)油壓式閘門2座(四)排砂道 (1)型式永久河道放水口 (2)油壓式環滑閘門3門(五)水庫 (1)集水面積763.4km2 (2)正常蓄水位標高245m (3)最高洪水位標
17、高249.5m (4)滿水位面積8km2 (5)總蓄水量309,120,000m3 (6)有效蓄水量251,880,000m3,石門水庫,34,9-5-5 牡丹水庫牡丹水庫位於屏東縣牡丹鄉境內，四重溪河谷上，於恆春東北方約24km處，該水庫係攔蓄四重溪上游之支流如仍溪與牡丹溪流域之水量。牡丹水庫主要功能為供應屏東南端六鄉鎮之一般用水及核三廠、墾丁國家公園、特種營區、船舶、五里亭機場等公共用水及恆春地區看天田(500公頃)之旱作灌溉用水。牡丹水庫於民國78年開工至84年底完工，總工程費為74億元，其相關土木設施說明如下：(一)大壩 (1)中央心層分區滾壓式土石壩 (2)壩頂長445.6m (3)
18、壩頂標高145m (4)擋水壩壩頂標高119m (5)壩頂寬10m (6)最大壩高65m,35,(二)溢洪道 (1)閘門控制開渠式 (2)設計排洪量3,710cms (3)溢流堰頂寬36m (4)溢流堰頂標高127.5m (5)溢洪道長156m(三)施工導水隧道 (1)直徑9m (2)長度258m (3)設計排洪量910cms(四)取排水設施 (1)斜塔式分層取水結構物 (2)最低取水口標高100.2m (3)公共給水及農業用水流量4.0cms (4)水庫緊急洩放流量55.0cms (5)輸水隧道直徑2.4m (6)輸水隧道長度245m,牡丹水庫,36,(五)水庫 (1)集水面積69.2km2 (2)計畫滿水位標高142m (3)滿水位面積142公頃 (4)總蓄水量31,400,000m3 (5)有效蓄水量29,785,000m3 (6)最大洪水位標高142m,
