Expertise：基於風險的蓄水壩安全監測作業
一、關鍵挑戰Challenge
蓄水壩之安全與否關係下游產業及人民生命財產安全，蓄水壩之潰決常造成下游居民生命財產之嚴重損失，足以造成社會、經濟及環境之巨大衝擊，因此蓄水壩之安全議題向來為世界各國政府所重視。
台灣雖然雨量豐沛，惟由於豐枯水期分配不均，因此有賴各大小型之蓄水壩調蓄水源，以滿足農業、民生及工業等用水需求，目前國內已興建大小水庫及攔河堰等水利建造物超過一百座，不同於歐美等大陸型國家，台灣地區受限於地形，多數水庫均建造於平地與山區交界處，而近年來隨著經濟建設之發展，蓄水壩下游地區之開發密度逐年增高，雖然蓄水壩發生事故之機率相對較低，但是一旦潰決勢必將造成難以想像之重大損失，因此，吾人必須正視此一潛在之風險問題。
近年來國際壩工界於蓄水壩之安全管理實務上，已逐漸採用風險管理之思維來確保蓄水壩之安全，強調蓄水庫安全之確保除有賴於正確之操作(Operation)與平日良好之維護(Maintenance)外，並需配合適當之檢監測(Surveillance)計畫，經由定期現地檢查及安全監測研判，以掌握蓄水壩之行為，期能經由事先之預防改善措施來降低風險，達到安全管理之目的。
考量國內大部分蓄水壩多興建於80年代以前，相關設施完工迄今使用業已數十年，已逐漸達到或甚至超過使用年限設計，既有安全監測儀器均普遍存在老舊、功能退化及故障現象，實難有效反映蓄水壩之安全狀況，逐漸形成國內蓄水壩安全管理上之隱憂。因此，完善蓄水壩之安全監測作業，為現階段提升蓄水壩安全管理之課題。
安全監測為蓄水壩安全風險管理的重要一環，在風險管理的思維下，現今國際壩工界對蓄水壩之監測觀念，已逐漸由早期以行為觀測為主之觀念，進展為基於風險考量為主之監測觀念，從監測儀器的佈置、自動測讀系統、監測數據整理、監測資料判讀評析，皆從風險考量之監測觀念演進並有長足的進展。然而國內目前蓄水壩安全監測受限於早期興建壩的年代背景及儀器逐漸老舊，以現今風險管理的思維，部分壩的監測系統已難全盤有效掌握蓄水壩的安全。
另外，目前國內在安全監測作業尚無訂定明確的執行規則或標準，導致不同蓄水壩的監測作業成果差異頗大，且未必能達到安全要求。
本核心技術，係由風險管理的思維出發，透過潛在破壞模式分析探討蓄水壩的監測需求、解讀監測資料對壩安全的意義，並配合破壞模式發展擬定適當的監測管理值及因應措施，達到掌握蓄水壩安全的目標。
二、流程Process
基於風險的蓄水壩安全監測作業整體流程如圖1所示。無論新建壩或舊有壩，均先透過潛在破壞模式分析，找出顯著及潛在缺陷並決定安全觀測需求，再根據觀測需求辦理檢監測作業，包括監測儀器設置及擬定監測作業計畫，最後由例行檢監測作業的執行監控蓄水壩安全。一旦檢監測結果確認壩發生異常，即針對異常狀況辦理缺陷調查及改善，若確認為緊急異常狀況，則依緊急應變計畫啟動緊急應變措施。
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圖1：蓄水壩安全監測作業架構圖
上述流程中，潛在破壞模式分析的結果應用在監測儀器佈置的執行為主要關鍵，主要步驟如下：
1. 辨識破壞模式。
2. 辨識破壞原因和程序。
3. 辨識監測儀器偵察破壞程序的能力。
4. 辨識大壩安全監測的重要部位。
5. 辨識現有監測系統不完善的地方，評估新增儀器的重要性。
6. 檢討現有監測儀器的有用性，對沒有監測價值的儀器，減少測讀頻率或停止測讀。
在作業的技術細節方面，監測資料收錄與整理研判的流程如圖2。
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圖2：監測資料收錄與整理研判及現地檢查之流程
三、成果Result
以台灣北區某土石壩為例，根據其潛在破壞模式分析結果，發現的潛在破壞模式包括：
1. 沿新壩心層和左壩座岩盤的接觸面經由壩體發生管湧
2. 沿舊壩不透水料和左壩座岩盤的接觸面經由壩體發生管湧
3. 沿新壩心層和右壩座岩盤的接觸面經由壩體發生管湧
4. 沿舊壩不透水料和右壩座岩盤的接觸面經由壩體發生管湧
5. 心層土體經由左壩座基岩之開口裂縫或孔洞發生管湧
6. 心層土體經由右壩座基岩剪裂帶發生管湧
7. 沿新舊壩心層接觸面發生管湧
8. 舊壩下游殼層不均勻沉陷導致新壩心層開裂發生管湧
9. 舊壩不透水料沿基岩裂隙發生管湧
10.舊壩不透水土料沿基岩接觸面發生管湧
11.沿新壩心層之儀器纜線槽溝發生管湧
12.沿心層內之豎管(包括廢棄之立管式水壓計及測傾管)發生管湧
13.右壩座山脊發生滑坡
以上述第4項破壞模式為例，依破壞模式發展歷程的各階段變化探討監測儀器偵測能力、介入干預破壞模式發展及改善措施的範例如表1所示。由表可見，透過破壞模式發展，可清楚呈現破壞模式發展過程，以利擬定監測作業計畫及應變改善措施。
破壞模式4：沿舊壩不透水料和右壩座岩盤的接觸面經由壩體發生管湧
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破壞發展
階段
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第1階段
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第2階段
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第3階段
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第4階段
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第5階段
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第6階段
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第7階段
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第8階段
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因地震、不均勻沉陷或基礎處理不佳導致舊壩土體與岩盤間發生開裂
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高水力坡降/水力破裂
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壩體與岩盤界面開裂處之滲漏量增加
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壩體與岩盤間之濾層阻塞或排水能力不足
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細粒料沿壩體與岩盤界面上之裂縫向下游殼層移動
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管湧持續發生，滲水量及濁度增加
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滲漏通道反覆崩塌，並逐漸向地表發展，導致壩體沉陷加劇或產生陷孔
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潰壩發生
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原偵測
能力
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既有儀器
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D1量水堰
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D2量水堰
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D2量水堰
Q6水壓計
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Q4水壓計
D2量水堰
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Q4水壓計
D2,D3量水堰
目視檢查
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新增儀器
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IW4,IW5水位井
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介入干預
之可能性
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可能性非常低，只有發生時鄰近心層設有位移計
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非常低，只有階段3發生時鄰近心層設有水壓計
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視管湧實際發生模式而定，最早能於第三階段開始干預
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改善措施
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降低水庫水位.
利用灌漿等方式進行心層之加固
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四、與其他核心技術關連性
與「基於風險的蓄水壩安全監測作業」相關之其他核心技術包括：
1. 蓄水壩安全風險管理（TG0201）。
2. 蓄水壩破壞模式影響及關鍵性分析（TG0202）。
3. 群壩安全風險排序（TG0204）。
五、重要發表文獻
1. 經濟部水利署，「水庫安全風險管理之研究(1/2)成果報告」，財團法人中興工程顧問社，（2007）。
2. 經濟部水利署，「水庫安全風險管理之研究(2/2)成果報告」，中興工程顧問股份有限公司，（2008）。
3. 經濟部水利署，「蓄水建造物監測系統作業標準化之建立(1/2)成果報告」，中興工程顧問股份有限公司，（2009）。
4. 蔡明欣，邱士恩，樓漸逵，高憲彰，冀樹勇，趙昌虎，（2009），”蓄水壩破壞模式影響及關鍵值分析”，第13屆大地工程研討會，宜蘭。
