石門水庫電廠防淤改善工程三維數值模擬及不確定性分析

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石門水庫電廠防淤改善工程三維數值模擬及不確定性分析

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簡介

在石門水庫電廠防淤改善工程中,係將電廠2號壓力鋼管改為專用排砂道,藉由設施之改善於適當時機配合排砂策略與操作,排除水庫內之淤泥至下游適當位置,不但可增加水庫之蓄水空間、延長水庫及電廠設施之壽命,使石門水庫得以永續經營與利用。
本計畫研究目的係依據民國97年經濟部水利署水利規劃試驗所(以下簡稱水規所)水工模型試驗條件,透過三維數值模擬結果,進一步了解壓力鋼管細部流場變化包括壓力場、流速場、管壁作用力、管壁剪應力等,並檢討在不同水位高程、泥砂濃度及出水口條件下,低於1大氣壓區域之不確定性分析。
本計畫數值模式的邊界條件,係採用水規所水工模型試驗結果。從模擬結果得知,壓力測點18~19間發生局部的壓力變化,甚至發現低於1大氣壓,這是原本水工模型試驗及過去研究報告中從未發現的現象。從壓力管不確定性分析得知,在清水條件下,電廠2號壓力鋼管右分歧管內側測點(約為距入口距離410公尺處)低於1大氣壓機率仍高達為83%,值得重視與後續的研究。
此外,物模結果的下游邊界條件量測是否適當,尚須進一步反覆驗證;以及物模結果是否與施工完成後的現場一致,也須於試運轉期間進行比對。本計畫已經建立一套檢定與驗證之分析流程,倘若能在完工後試運轉期間取得現場下游邊界壓力值與流量等數據,數模是可以模擬現場條件之細部流場變化,故建議持續推動相關的研究。


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