莫拉克颱風後高屏堰河段變遷模擬與穩定取水方案研究(100年度)

一、計畫緣起與目的
高屏堰於民國94、95年遭遇海棠、馬莎、泰利、碧利斯等颱風，造成進水口及活動堰附近嚴重淤積，經濟部水利署南區水資源局(以下簡稱南水局)於民國95至97年間進行各項穩定取水工程之施作，經檢討已能確保100年重現期距設計洪水下之穩定取水功能。但民國98年8月莫拉克颱風期間，高屏堰水位飆升至EL.24.4m(防洪牆設計高程為EL.23.5公尺)，洪水規模遠超過設計標準，造成高屏堰操作大樓地下室遭洪水淹沒、取水口及沉砂池嚴重淤積、橡皮壩等操控設備損壞，因而無法供水。
本年度計畫延續99年度之研究成果(成果摘要請參閱第二章2.7小節)，在防洪安全與穩定取水目標下，藉由二維動床數模，以短期、中期與長期河道變遷角度探討工程布置方案與河道穩定之關係，檢討高屏堰河段現況關鍵課題，研提高屏堰之河道長期穩定及穩定取水布置方案，供後續規劃設計參考。

二、高屏堰區基本資料之調查、測量、取樣與彙整分析
本年度懸浮載取樣濃度與過去颱洪期間相同流量下相比，有增加之趨勢，且懸浮載粒徑有粗化情形。本年度河床質調查整體D50約介於0.1mm~0.5mm，為砂質粒徑，與91~99年間取樣資料相近；南瑪都颱風過後，略為粗化。大斷面測量中，相對於99年，高屏溪歷經凡那比颱風，本年度8月里嶺大橋至高屏堰河段有淤積情形，鐵路橋右岸有些許局部沖刷，曹公堰中央有破損缺口，造成高屏堰下游主深槽刷深。

三、數模之檢定與驗證
本年度計畫以97年12月大斷面資料為初始底床，模擬98年8月之莫拉克颱風，比對99年8月大斷面，進行模式檢定；再以99年8月大斷面為初始底床，模擬99年9月之凡那比颱風，比對100年8月大斷面，進行模式驗證。檢定驗證中，模擬與實測比較沖淤趨勢相近，平均絕對誤差約為±0.45m，沖淤誤差分析圖多落於對角線區域，顯示CCHE2D模式模擬之沖淤趨勢與精度在合理之誤差範圍內。

四、鐵路橋與曹公堰影響評估
受到河床坡降與曹公堰、鐵路橋橋墩之影響，現況高屏堰至鐵路橋為高屏溪相對低流速區域。流量約為300cms時，降低曹公堰後上游水位有明顯降低效果，說明曹公堰應為本河段低流量時之控制斷面。曹公堰降低後上游流速雖有抬升趨勢，但改善範圍受到鐵路橋阻擋而變小。移除鐵路橋橋墩後上游水位有明顯降低趨勢，高流量時尤其明顯，水位差最大可達0.95m左右，故高流量時受到鐵路橋橋墩影響較大。

五、穩定取水方案模擬
各導分流工之局部沖刷評估方面，壩頭較具有沖刷潛勢者，為四號丁壩壩頭導流工、堰前第二導流工，未來相關丁壩與第二導流工右側區域之結構穩定值得加以注意。
以100年8月地形為基礎，考慮堰區相關工程布置，再根據河道穩定坡降，降低現況曹公堰高程(EL.13.2m)至EL.10.5m，並將高屏堰下游右岸深槽適當疏濬，使上下游河床坡降調整為0.001，視為長期穩定取水建議方案。長期模擬現況案、建議方案模擬終了里嶺大橋、斜張橋右岸低水河槽發生沖刷，此為有關單位應加以注意之河段。高屏堰上游方面，現況案因進水口外側、右岸、活動堰呈現淤積狀態(EL.16.0m)；而建議方案流路則明顯較偏向右岸進水口側，可見調整上下游河道坡降應有助於流路之長期穩定，亦可減少洪水過後進水口區域之河道整理作業量。
備援方案評估方面，現況由於高屏堰進水口外側流速偏低，100年12月底床已淤積至約EL.16.0m，雖流路尚可維持於右岸取水，但長期模擬趨勢顯示進水口外側至活動堰區域仍為淤積，高屏溪全河段河床亦為整體淤高，且洪水過後之濁度亦為飆高趨勢。因此除非備援方案之標的為高屏堰之第二蓄水池，不建議於高屏堰上游或下游設置輔助或第二取水口，建議後續可檢討其他供水調度方案，以克服洪水過後之高濁度供水問題。

六、穩定取水策略與建議
高屏堰河段之穩定取水策略，大致可分為短期、中期與長期各別探討。短期宜針對既有設施進行改善與加強，目標可著重上游相關導分流工之加強、第二導分流工加強或延長、退水時臨時性加高固定堰、下游布置臨時性導流工等措施。中期則針對低水深槽寬度規劃，由過去研究可知，低水深槽寬度維持450m相對現況有助於低水時之取水穩定，中期目標可重新規劃低水深槽寬度，配合大樹段堤防施做後之河防安全一併檢討，同時階梯式提高活動堰第1及第2號橡皮壩底部高程0.3~0.5m、或整體提高高程亦為可檢討之策略。長期則以整體流路整治與調整河道坡降為目標，里嶺大橋左岸之凸岸拓寬或疏濬、降低曹公堰堰頂高程、改善鐵路橋深槽橋基等，有助於減緩高屏堰之淤積，長期目標可規劃最佳可行之穩定河道坡降，配合其他共同引水或改善措施，以作為長期穩定策略。