一、關鍵挑戰Challenge

水庫是近代人類賴以生存不可或缺的工程結構物。一旦蓄水壩體發生破壞，勢必造成水庫下游地區極大的損失。一般而言，壩體依其構築材料及結構形式之不同，可分為土石壩、重力壩、扶壁壩、拱壩等類型。其中，因為土石壩所適用之地形、地質及氣候條件較為廣泛，且具有可就地取材與較高經濟效益之優勢，故世界各國水庫興築以土石壩最為常見。惟土石壩體畢竟是土石堆築材料，即使可藉由心層低透水性之特點降低滲水並透過分層碾壓改善填築缺陷，但壩體與基盤交界縫隙、基盤地盤缺陷處、壩內管道位置或是壩座山脊岩層面等潛在的滲水通路仍存在滲水引致破壞的潛在風險。
有鑑於水庫異常滲水所引發之災害，輕則對生態環境、水庫營運及水資源管理造成影響，重則將對下游地區居民生命財產造成極大的危害。因此，針對水庫滲水及其可能引致之安全疑慮，研擬一套有效的分析評估技術，實為當前刻不容緩之工作。早期水庫安全評估所進行之壩體滲流分析，多以壩體最大斷面或代表性斷面進行二維模式分析為主。其後，隨著分析技術的演進及潰壩事件的教訓累積，始將壩基地層一併納入分析，但仍跳脫不出二維分析之窠臼。然而，傳統二維模式分析並無法充分考慮壩體與壩基、壩座接合位置之滲漏，且壩基岩層之滲透異向性與不連續面之位態亦無法充分反應到二維分析模式中。此外，壩體之幾何條件若與二維平面應變假設差距過大時（例如V型河谷），其分析誤差亦難以估計。
考慮各水文地層單元於三維空間上之變化，需透過三維分析軟體方能使數值模擬更貼近物理環境，進而獲得較正確可靠的分析結果。為此，本研究建立一套有效的三維分析關鍵評估技術，針對水庫滲水行為及其安全性進行探討，藉以評估其所導致之影響，供後續處理類似問題時參考運用。

二、流程Process

1.首先透過現地水文地質調查以獲取庫區具代表性之地質、水文地質資料，並針對庫區滲水之區域進行勘查及測繪，作為後續分析評估之依據。包括：(1) 現地滲水區域檢查、(2) 地表地質調查及鑽探、(3) 地下水文調查試驗等部分。
2.隨後依據滲水區域之地理、地層、地質及地下水文等資料，建立區域性三維水文地質概念模型，並考慮不同水文地質特性，將模型劃分為多個水文地質單元。模型所需輸入之相關資訊包括：(1)地下水補注量、(2)邊界條件及初始條件、(3)各水文地質單元之水文地質特性參數。隨後透過各階段之水位監測資料進行模式率定，以提升三維水文地質概念模型之代表性與準確性。
3.待模型建置及率定完成後，即可進行模式分析與預測，包括以下二大類分析：(1)滲漏之地下水流況及滲水量評估、(2)邊坡穩定性評估。

三、成果Result
重要計畫成果內容與工程應用價值

水庫滲水除了可能導致管湧災害外，亦可能因持續滲水而造成生態環境、水庫營運及水資源管理之影響。以往國內水庫滲水問題大多無法確切找出實際原因，對於滲漏引致之大量地下水流失所可能衍生之區域水文地質環境影響問題，也較無系統化之研究。本文針對上述議題進行詳盡之研究，獲得豐富成果(詳圖1至圖4)，並歸納以下結論：

1.水庫滲水問題多與地質弱面，如斷層、剪裂帶及高滲透性岩層分布等因素相關，因此配合地質調查確認地質弱面位置，再結合水文地質調查及相關現地水力試驗，建構區域水文地質概念模型，可大幅增加水庫滲水成因評估之準確性及其所導致之安全與營運問題。
2.本技術透過水平衡原理及三維地下水流動控制方程式，求得模型內地下水流場之分布，了解水庫滲水之成因及其對安全與營運之影響。
3.庫區水文地質概念模型除能評估滲漏之地下水流況及滲漏之水量外，亦可透過分析了解滲漏區域之穩定性，以評估其對下游地區居民生命財產安全、生態環境、水庫營運及水資源管理之影響，供所屬單位擬定未來觀(監)測及處置注意重點及未來改善方案參考。
4.目前台灣地區在裂隙岩體相關的水文地質參數調查甚為缺乏，水文地質參數於水庫滲水評估及鄰近環境水文地質問題中，扮演著相當重要之角色。建議於重點地區之地質鑽孔調查時，可一併納入孔內攝影調查與雙封塞水力試驗，獲取更多之水文地質訊息，以利後續水文地質模式在評估水庫滲漏之地下水流況及滲水量之準確度。

四、與其他核心技術關連性

「蓄水構造物三維水文地質安全評估」與其他核心技術相關性如下：
1. GS0102－等效孔隙介質模式分析
2. GS0103－水文地質特性調查評估

五、重要發表文獻

1. 譚志豪、王金山、高憲彰、蔡明欣、張玉粦 (2011)，「水庫滲水與安全評估之三維分析技術研發」，中興工程季刊 (已接受)。