集集攔河堰集集攔河堰

       「以河川防洪通水空間，在非汛期做為蓄水空間」為調整池設計構想，故容量設計係以不影響河川防洪機能與減少周邊環境衝擊之原則下，做最大蓄水容量之設計。依此原則扣除淤砂、呆水容積，有效設計容量約為1,000萬立方公尺，此容量可創造每日20萬公噸之新增供水能力，間接效益可調節河川逕流與用水時差。估計共同引水每年可調度供水總量約20億立方公尺，約等於曾文水庫與烏山頭水庫供水系統之二倍，為台灣最大水資源供水系統。

        庫容1,000萬立方公尺並不大，每年欲調度20億立方公尺水源，且必須考量防洪安全，此工作絕非易事，如何即時掌握上游可供水源與氣象狀況，並確實掌控下游用水人需求，則有賴事先建構完善調度機制與軟硬體管理系統。

攔河堰設計功能主要為引取河川逕流，如無特殊地表地貌，一般均以地質地形狀況，選定最佳引水地點為工程佈置。惟本計畫堰址已有集集大橋及「開闢鴻荒」一級古蹟，故工程佈置必須將此重要地貌因素一併列入考量。 

     集集大橋為區域重要交通幹道，且無其他替代道路，拆除重建費用高昂，施工中於濁水溪本槽設置臨時施工道路更不易，故決定不予拆除，換言之，攔河堰工程設計必須與集集大橋結合，且不影響其安全與機能。為攔河堰設計與集集大橋結合，設計上採取堰軸線與集集大橋軸線平行，以使洪水流線垂直大橋，減少側向衝擊橋台。

     溢洪道洩洪口與大橋橋孔相吻合，並使洩洪時靜水池水躍前水位順利穿越大橋，如此，橋面將可完全避開洪水衝擊。大橋橋台與溢洪道閘墩結合且在一直線，以避免橋台受洪水衝擊。橋台基礎沉箱與靜水池護坦結合，可確保橋台基礎結構安全。基此，攔河堰溢洪道之孔寬與孔數應配合大橋橋孔佈設大致可決定，惟為避開「開闢鴻荒」一級古蹟，溢洪道孔數須比規劃孔數減少一孔，北岸進水口位於原河道深槽，故原規劃方案均須配合調整修正。

     「開闢鴻荒」一級古蹟是否原地保留，正反兩面意見互異，一直為爭議性問題，該古蹟位於集集大橋正下方，周邊環境實很難與一級古蹟相稱，原規劃單位建議利用現代工程技術將古蹟原狀上移20-30公尺，與攔河堰宏偉建築相輝映。前人開闢鴻荒，今人延續其功業，心境本是一致的，惟古蹟主管機關與專家決定原址保留，工程單位必須遵守，且在古蹟主管機關許可範圍將其周邊環境重新整理，以期與攔河堰整體環境結合。

     一般攔河堰佈置會先決定進水口位置，惟集集計畫攔河堰堰軸與溢洪道設計須配合集集大橋，故兩岸進水口佈置只得配合堰軸與溢洪道設計。進水口引水量為台灣最大，世界亦少見，規劃設計階段，是否依一般攔河堰採單一進水口或南北各設進水口之特殊設計進行討論，最後考量單一進水口設計引水量實在太大，進水口與排砂道結構物規模頗巨，引水與排砂效果均頗難掌控，下游沉砂池面積廣闊，排砂道佈置複雜，且須將部分水流橫越濁水溪至對岸，以上錯綜問題，世界現有設施前所未見，亦不易解決；另考量進水口上游原河道進入庫區經常維持南北兩主槽，且南北岸用水差距不大，並經水工模型試驗印證，採南北進水口佈置，配合溢洪道、排砂道操作，進水口引水機能可正常維持，故最後決定仍採用兩岸各設進水口，惟如何利用洪水退水期間排砂，維持兩岸主槽，操作人員須累積經驗，做最佳排砂時機之掌握。

     庫區周邊防洪工程須配合攔河堰辦理完成，原規劃劉厝圍堤與台3丙線相鄰，林尾圍堤與台16線相鄰，番子寮圍堤與集鹿大橋南岸引道相鄰，如此，不但可增加庫容，且可與周邊整體環境相襯，惟於用地徵收說明會，遭受百姓反對，只得修正配合當時現況河岸，亦為目前完工佈置。惟此狀況造成周邊形成多處低窪地，排水與土地利用均不佳，且為攔河堰周邊大環境之一大缺陷，故進行整體大環境整理。重大工程計畫周邊環境與土地利用配合計畫一併進行重劃，創造最大之附加價值，乃為良策，惟周邊土地均為私有，如地方政府配合重大工程計畫進行都市重劃，相信對地方發展有重大助益。

1.溢洪道：
    溢洪道斷面基本上與一般攔河堰相似，惟靜水池尾堰、溢洪道弧形閘門前增設調節水門，與堰頂交通橋樑與操作橋分別設置等為較特殊之設計。靜水池設計下游尾水位應與水躍共軛水深相吻合，以期洩洪水流於靜水池內形成完全水躍。惟台灣地區常於河川內大量採取砂石，河床下降為必然之趨勢，靜水池尾水位如不以人為手段控制，將隨河床下降造成尾水位不足，影響靜水池消能效果。故於靜水池末端設置尾堰，使水深於該處形成控制斷面，則靜水池內之水理狀況將不受下游河床下降之影響。尾堰下游如河床下降將形成跌水，故以直落式跌水消能池設計理念，以護坦保護岩盤，並提供靜水池主體結構安全之第一道預警功能。另為期尾堰控制之水位能大致吻合不同流量水躍後水深，得到較佳之消能效果，於尾堰溢流面設鋸齒斷面。

     濁水溪於每年汛期6月至9月河川之基本流量大致可滿足下游用水需求，亦為攔河堰原則上可以不蓄水，惟考量以下功能與優點，於南北各四道溢洪道弧形閘門前端增設2公尺高調節閘門，亦汛期時水庫至少仍有2公尺蓄水深，為節省工程費調節閘門，利用溢洪道維修必備之插版改裝而成。

‧2公尺之蓄水深可確保兩岸進水口可引取設計流量。
‧2公尺之蓄水形成之湖面，可做為沉砂池，淤砂則可於洪水時排除。
‧基流量如大於用水量之調節性放水，可由調節閘門自然溢流，減少弧形閘門操作，降低操作人員工作負荷。
‧進水口取水閘門配合採雙層設計，可取表層較潔淨水。

     攔河堰基本設計時，國道公路單位亦進行中部第二高速公路之選線規劃，當時規劃初步方案，中二高於竹山鎮設交流道，以快速公路經南岸社寮里，於堰址橫越濁水溪到集集、水里等地，依此方案，則攔河堰堰頂交通系統須配合設計快速公路機能。因攔河堰操作維修須利用堰頂橋樑，如使用快速公路從事操作維修行為，將對快速公路之機能干擾太大，故決定單獨設置操作橋。雖後來國道單位定案路線，快速公路不再經過堰址，但考量周邊區域發展迅速，如堰完成後再增設交通橋樑幾乎不可行，且無其他較佳替代方案，仍決定按原計畫興建雙車道交通橋樑與操作橋。

2.排砂道：
     排砂道頂標高原規劃距進水口底標高差距為2.5公尺，設計時採用水工模型試驗建議再降低2.0公尺，實際運轉結果印證為正確之決定。惟排砂道為維持1/40之坡降，採用混凝土槽形結構設計，由於排砂道排砂時流速高達約7.0公尺／每秒，且因流況偏流嚴重，實際運轉結果，排砂道混凝土底版磨損相當嚴重，國內一般排砂道設計，分隔牆依排砂道寬度與進水口取水高度設計，如須設置護坦則與堰體基礎一併設計施工完成。排砂道之沖刷坡度，理論上係由排砂道入口標高與排砂道閘門設計底高而定，實際情況則視排砂當時流量與流況而有變化，集集計畫排砂道之設計，如其他工程欲引用參考，應特別慎重。

3.南北岸進水口：
     濁水溪水流含砂量甚高，為引取上層較潔淨表面水，並配合溢洪道增設2.0公尺調節閘門，進水口制水門採上、下雙層設計，每層均可單獨引取設計流量。另南岸進水口為避免大量邊坡開挖與開鑿隧道，將原設計鐘口式漸變段，改為側渠式取水。

4.圍堤：
     庫區北岸之林尾圍堤於洪水時為防洪堤防，水庫蓄水時為蓄水結構物，兩者功能不盡相同，亦即蓄水時該圍堤應符合面版壩之設計理念。

     於沉砂槽終點設側渠，讓沉砂槽表層水自由溢流入側渠，沉砂槽分隔牆高出運轉最高水面，上接逆坡控制斷面，下接側渠，並配合每二槽設一排砂道閘門，如此，可使每二沉砂槽均可獨立運轉，排砂時，槽內水流降低，亦不干擾鄰槽之水理狀況。可使整體沉砂池一面排砂，又不影響取水。

     分設數座沉砂池，集集計畫南北進水口設計流量頗大，濁水溪濁度變化亦巨，下游農業用水量必須配合農作時序，為因應多種因素變化，沉砂池設計必須靈活彈性，除每座沉砂池每兩沉砂槽可單獨排砂外，各座沉砂池並可依淤砂情況，運轉水量與維修檢查之需要性，做靈活彈性操作運轉。

1.蓄水兼沉砂：
     非汛期（每年10月～翌年5月）弧形閘門關閉，形成容量約1 ,000萬公噸的水體，此蓄水於河川逕流不敷下游需求時供調度使用，其空間亦可作為上游發電水庫尖峰發電調節池，另外，此蓄水區亦為大型沉砂池，估計濁水溪枯水期逕流經過庫區沉澱後，其他防砂措施運轉操作頻率將大為降低。

     汛期因濁水溪基流量已可大致滿足用水需求，為利洪水洩洪及排砂操作，此時期攔河堰可以不予蓄水。但因集集計畫係兩岸各設進水口，為避免上游主槽偏向單側，致另一側進水口取水受影響，故於溢洪道左右側各四道設二公尺高調節閘門，當進入汛期此調節閘門關閉，弧形閘門懸吊不使用，未設調節閘門之弧形閘門仍關閉，使豐水期保持有二公尺之蓄水。此二公尺之蓄水區除使兩岸進水口正常取水外，另可使上游河川逕流於此沉砂。

2.放流排砂：
     濁水溪逕流每年約60億公噸，集集計畫調度使用約20億公噸，估計每年約40億公噸水須放流，此放流量大部分係汛期暴雨，河川逕流超過下游需求時由攔河堰閘門操作排放。放流基本上可分兩種型態，一為豐水期河川逕流量大於需求量之調節性放水，另一為洪水期之排洪。

     濁水溪逕流造槽流量約600～800cms，依過去水文分析，將洪水定義為流量大於1,300 cms，此時因有效雨量已足，故洪水期基本上進水口不取水，換言之，於洪水期可將攔河堰閘門全開洩洪，此時，除將濁度甚高之水流排放至下游外，另因洪水之沖刷能力頗大，可將庫區淤砂連帶沖至下游，而恢復原蓄水庫容，當洪水消退至某一流量後，再將閘門放下，進行蓄水操作，如此攔河堰庫容將可永續利用。

3.截砂取水：
     集集攔河堰之進水口取水閘門分上、下兩層，一般情況下使用上層閘門取水，主要係配合水庫水位高度以引取較佳原水。排砂道閘門底EL197.0公尺，距汛期正常蓄水位EL205.5公尺，相差8.5公尺，亦為正常水位時，進水口前之水深為5.8～8.5公尺，且設計取水流速不得大於1.0m/sec，此流況可使推移質不進入排砂道，另進入排砂道之懸浮載因自重而開始下沉，而上層閘門係引取水位在EL：204.0以上之水體，為較潔淨之表層水，且不致破壞EL204.0以下水流沉澱功能。當排砂道淤積達設計高度時，則利用豐水期或洪水之退水期，將排砂閘門開啟進行排砂，排砂時則不取水。

4.沉砂池：
     集集攔河堰蓄水兼沉砂、放流排砂、截砂取水等措施運轉得當，基本上河川之砂石不致進入取水口。惟濁水溪以「濁」聞名，水利工程考慮之因素多變複雜，亦非容易可掌控，故設計運轉常考量最惡劣之狀況下，尚能滿足規劃設計所訂之機能。經檢討，考量不良天候狀況如仍需取水，或可能發生不良操作，及供水目標有自來水與工業用水，要求供水品質較高，故仍比照一般渠首工設計原則，設置沉砂池。

     另為避免長42公里之工業用水專用管路送水至麥寮，管路淤塞斷水及減低工業用水再處理水質之成本，另於輸送專管入口（雲林縣林內鄉）增設沉澱池。

工業用沉澱池控制機房

集集計畫近程以濁水溪與其支流清水溪地表水源為調度目標，惟因枯水期水源仍有不敷下游各標的需求現象，故後續計畫將再陸續開發濁水溪伏流水與興建雲林地區中小型水庫（如湖山水庫），另濁水溪沖積扇貯藏大量地下水，目前未有效管理使用，將來有必要逐漸導引為計畫性使用。

     上述後續開發之新增水源相較濁水溪逕流，為較潔淨之原水，故將來水源運用調度上，於濁水溪地表逕流水源不足或含砂濃度太高時，將動用此項水源供應民生用水與工業用水。如此以不同標的水質要求，調度不同水源，將可使水源作最佳化之使用，並節省營運成本。