Paper to copy, Thanks!

Dear I-Jeng,

Please copy the following papers and put them on my desk in Room 420. Big thanks!
(For details, please refer to the reference section in Boubnov & van Heijst paper)

1. Boubnov & Golitsyn (1986), JFM, 167, 503-531.
2. Boubnov & Golitsyn (1990), JFM, 219, 215-239.
3. Goldstein & Lau (1983), JFM, 129, 55-75.
4. Goldstein et al. (1990), JFM, 213, 111-126.
5. Golitsyn (1979), JFM, 95, 567-608.
6. Husar & Sparrow (1968), Int. J. Heat Mass Transfer, 11, 1206-1208.
7. Maxworthy et al. (1985), JFM, 151, 141-165.
8. Torrance (1979), JFM, 95, 477-495.
9. Torrance et al. (1969), JFM, 36, 21-31.
10. Torrance & Rockett (1969), JFM, 36, 33-54.

Do you finish the reading of Boubnov's paper? When can we discuss that ? Maybe we can arrange this via MSN later this afternoon.

Best, Hung-Cheng

對水庫的認識是好久好久以前的事了，就讓這篇文章來回憶一下水庫壩體安全的相關議題吧，也算是颱風造成缺水問題之外另一個值得深入思考的問題。

也可參考:
石門水庫土地開拓史研究
台大李鴻源教授觀點

2005.08.16　 中國時報
石門大壩安全堪慮
吳憲雄

桃園如期恢復全面供水，大官小官鼓掌慶功，大長今、小長今都出籠了，但為小成而沾沾自喜的背後，隱藏著石門水庫大壩安全的重大危機。

石門水庫大壩是中央不透水心牆分區分層滾壓土石壩，也就是說石門大壩完全是由土石堆積而成的，是將土石依功能需求分級分類或篩選，或加工， 依不透水及安定之需要分區分層滾壓填築而成。中央是以高塑性黏土構成的不透水心牆（Zone1），負責阻止水的滲透，再來兩側是過濾層（Zone2）負責 保護中央不透水心牆材料之流失，再外層也是最大的一層是半透水殼層（Zone3）負責大壩的安定，最外層是大石壩的保護層（Zone4），分區分層各司其 責結合而成安定的大壩。這種壩最忌諱在壩體上加重設計外之荷重及震動，因為這樣將裂解各區層的結構和功能。

例如中央心牆加壓震動就很容易龜裂 而漏水，過濾層荷重震動後會產生壓密而失去濾水的功能，不是使中央不透水心牆材料流失就是無法將壩體內的多餘滲透水排出，致壩體孔隙水壓升高，當孔隙水壓 升高到一定值後，就會發生管湧現象，大壩就會很快的潰決。

去年及今年為解決桃園地區供水問題，在大壩上設置重量超過十萬噸的水櫃，架設二十餘台抽水機及鋪設無數的輸水管，水櫃的荷重，抽水機輸水管 的震動，正是土石壩安全的最大忌諱。現在，經濟部長帶頭做危害大壩安全度遠超過行車的行為，令人有今夕何夕的感覺。而世界上沒有先例，沒有水利工程師敢作 這樣的事，這件石門大壩壩頂架設大型抽水機抽水，也已成為世界壩工的笑談。

超量的荷重及抽水機輸水管日以繼夜不停地震動，使石門大壩陷於潰壩危機。依水利法相關法規規定，水庫每五年要做一次安全評估，以確定水庫設 施的安全，安全評估將需做水庫潰壩分析及潰壩時災難緊急因應計畫。依石門水庫潰壩分析，如石門大壩萬一潰決，其蓄存之三億二千萬立方公尺水及所淤積泥沙奔 流而下將淹沒淡水河下游六百平方公里之地區，包括台北市除士林、北投、陽明山等高地外的全部，當然包括總統府在內，以及台北縣的淡水、蘆洲、三重、板橋、 土城、三峽、鶯歌、樹林、新莊、泰山、五股、八里、甚至中和、永和、新店，另桃園的八德、觀音、大園也難逃淹沒，中正機場也將被淹沒，所有都市建設及公共 設施也將全毀，災難影響人口超過三百五十萬人，均為台灣政經精華地區。

為了免於動搖國本，為了大台北地區三百五十萬人的生命財產安全，也本於身為國家水庫安全評估小組委員的職責，必須強烈要求政府，如石門水庫 的設施有缺失必須改善，請在大壩安全無虞的原則下，循正當合理的技術規畫設計改善，而盡速限期拆除壩上現有影響大壩安全的設施，並立即依法令規定辦理石門 水庫特別安全評估。如發現有任何影響大壩安全的不利現象，應立即改善，在尚未確定石門大壩安全無虞前，應採緊急措施，諸如降低水庫蓄水量、減少大壩外應力 等，不要頭痛醫頭而造成萬劫不復的災難。

看了經濟部檢討石門水庫事件責任歸屬的會議決定，認為這次洪水時開啟水庫放水口及電廠放水口放水排砂，是重大的成功措施。其實依據民國五十 二年水庫完工時所定的水庫維護操作手冊，以及現行的「石門水庫運用要點」規定之標準操作程序（SOP），即規定洪水時底層放水口包括水庫放水口及電廠放水 口應全開排洪排砂，四十年來依此程序操作，水庫從未有問題。只是去年艾利颱風時，有人違反標準操作程序規定下令關閉底層放水口，才造成今日石門水庫的問 題，而去年為維護水庫安全，堅持依標準操作程序操作，不肯受命關閉底層放水口的前北水局李姓局長，被以抗命而調職處分。今天卻又肯定原標準操作程序是正 確，又稱讚為偉大的創舉；真不知如何給予堅持專業原則而受到委屈的李前局長交代。

（作者為前經濟部水利署副署長，現任水利技師公會全國聯合會理事長）

要治水、先治山，沒錯！

先治山始能治水

桃園如期全面恢復供水，應向桃園居民道賀，並向搶救成功的工程人員致敬。然而救急容易治本難，桃園遇雨停水的異象，務須找到正本清源之道。

桃園缺水問題雖然嚴重，但解決之道並不複雜。必須先從問題根本所在的集水區下手，先治好集水區的山林，始能讓水的問題徹底解決；其前提則是尊重水利專業，不要再犯外行指導內行的錯誤，累加了解決問題的困難度。

台灣河川的確有「坡降陡、地質弱、河川短、水流急」的「四合一」先天弱點， 並因此帶來了驚人的河川輸沙量。發源於三千五百多公尺高品田山的大漢溪，竟然每年沖蝕量是黃河的五十倍之多，即可見一斑。若再加上石門水庫當年是僅針對灌 溉需求的老水庫，其原始設計在今天看來幾乎是難以轉型為民生用水，給水問題就更形複雜。但先天條件既難以改變，就更凸顯正本清源的集水區治理之重要。

從去年艾利颱風後多支集水區現場踏勘隊伍的發現，不難瞭解集水區破壞的嚴 重。地表不但有黃色泥水逕流，甚至不時有褐色泥流出現——黃色泥水表示表土沖蝕，褐色泥流則表示深層土壤流失。對照集水區的空照圖，有一成土地屬水蜜桃、 加州李、甜柿等高山經濟作物；這還不包括近兩年蓬勃發展的高山民宿、溫泉、梯田、休閒農場，人車頻繁進出集水區，當然造成了集水區的嚴重破壞。

集水區有這麼蓬勃的經濟活動，必會助長表土流失。每個高山經濟作物區、高山 休閒農場，或許本身造成的土壤崩塌或流失有限，但為了方便遊客到這些景點，業主私自佔用公有林班地開闢的聯外道路、產業道路，造成嚴重的坍方與水土破壞， 則使情勢變本加厲。雖然地方首長、民代宣稱濫墾地其實坍方面積比不上原生林來得大，但也承認濫墾地發生坍方的比率遠高過原生林的事實。

使用石門水庫水源的工商業者與一般民眾常會比較，為什麼同樣強度的降雨，翡 翠水庫濁度一天就降下來，但石門水庫動輒就停水十來天？為什麼石門水庫不能比照翡翠水庫也有「台北水源特定區」的建制，連法務部要在水源特定區設置「坪林 戒治所」，也都以水源安全考慮遭拒絕？這當然有水庫設立時間的先後因素，但妥善管理集水區的必要性，卻對任何水庫皆一體適用。

其實，試圖從硬體改造的努力來改善供水的可行性不高，是水利界的共識；儘管 謝揆同意分層、多層取水的構想，其可行性卻不無疑問。去年艾利颱風經長何美玥裁示不採行「蓄清排淤」的專業建議後，一下子就讓水庫增加了等同十分之一有效 庫容的兩千萬立方公尺淤泥，相對地亦讓桃園農工商面臨一年儲水頓時減少六千萬噸的危機；在缺水陰影隨時可能重現情況下，經濟部、水利當局敢不敢放掉一定庫 容的水進行建構分層取水的工程，這無疑是風險極高的嘗試。萬一放掉庫容，隨後水進不來，又該誰下台？穿著衣服改衣服，在工程技術上及政治上的風險都不可輕 估。因此，正本清源之道，恐怕仍在全力改善集水區治理，停止一切不當的開發利用。

態度上的調整也是關鍵。水利事業屬高度專業，故而，尊重專業，還給水庫常 態、穩定、安全運作，是安全供水的基本條件。事實上，全世界的水庫運作都有一套標準作業程序，不需要總統、院長、政務官越俎代庖，也不必臨時加個總司令來 擾動專業程序，只要支持專業人員的專業決定就夠了。如果政府領導者能記取教訓，則日後任命相關水官必須注重專業背景，即便有派系考量，也請先攤開學能與專 長，沒有水資源背景者請靠邊站，將專業還給專業。否則，尸位素餐事小，妨礙供水安全事大。

【2005/08/14 聯合報】

雨颱風，汙水庫，成黃河滾滾，歎原水難得！

2005.08.10　 中國時報
科學治水 口水淹人
郭俊銘

馬莎颱風帶來的豪雨，又讓中北部各水庫集水區濁流滾滾，桃園地區停水噩夢再現。

台灣地理條件先天不良，南北長約四百公里，東西寬約一百公里。以中央山脈稜線高達三千多公尺，西部各主要河川大約僅長一百三十公里，坡降之 大世所罕見。如此，只要河川水量維持在每秒三百立方公尺（CMS）的流速，河水重力加上落差衝力，濁度很容易達到三千NTU以上。

此次颱風帶來的豪雨，引起大漢溪四千五百以上CMS及大甲溪超過三千 CMS的洪流，這種洪流捲起的沙泥，使大桃園及大台中地區自來水取水口原水濁度分別升高至一萬五千及一萬NTU左右，遠遠超過二區淨水場的處理能力。

台灣自來水公司的淨水場設計之初即未曾考量這樣的原水濁度條件，政治人物強求自來水公司限期供水，如果不規範用戶端的供水品質，即使如期供水，品質也不適合飲用。

數十年來，在供水體系最重要的二個主管單位（水利局、水利會）和水的處理單位（自來水公司）各自為政之下，已讓台灣飲用水供水體系先天不 足，後天失調；而自來水公司數十年來，完全未曾針對台灣的河川立地條件和原水經常高濁等情形，設計出本土型的淨水及供水通聯系統，更是難辭其咎。

台灣目前的水處理技術大致以早期的日本和近期的法國系統為主，日本的河川條件與台灣相近，惟因山脈平均高度僅及台灣的一半，河川長度又較台 灣長三至五倍，加以集水區的保護做得徹底，因此自來水的原水品質甚佳。法國河川長度逾千公里，發源高山也僅約二千多公尺，這樣的坡降也不致面對高濁度的原 水。此次大桃園飲水水源大漢溪發源於品田山，高度達三千五百公尺以上，長度約一三五公里，整個集水區從空照圖觀之，將近一成左右的土地屬於高山經濟作物 區。高坡降加上高度農耕使用，已注定在高降雨期的溪水，必然高濁了。

要解決北台灣的供水問題，建構台北新竹間南北通聯的自來水幹道系統勢在必行。畢竟在台灣西部原水品質最佳當屬翡翠水庫，蓄容量大、集水區保 護也夠好，惟水權屬於台北市政府，恐須市府、市民放棄本位立場，協助桃新地區居民於颱風豪雨、河川高濁或是在乾旱缺水期間調度支援。

大台中地區因為苗栗離槽水庫（鯉魚潭水庫）的供水系統完成並與大台中的供水系統通聯，已可克服大甲溪流域在九二一地震後上游集水區土質鬆動產生的土石流帶來的高濁溪水困境。

近幾年來，在九二一地震、賀伯、桃芝等颱風重創山區地質後，中北部各主要河川的原水高濁度頻率愈來愈高，期間也愈來愈長。自來水公司應尋求 與水利主管單位合作，延長取水口至進水口的距離，以創造沉澱空間。可能的話，利用河川高灘地構築供水明渠並以渠道做沉澱池，或利用桃園台地上眾多埤塘在高 坡降區的下游引水入塘採自然重力方式沉澱，方能克服溪水高濁時的停水困境。

兩年多前，石門水庫因乾旱長期缺水，引發限水危機，政治人物紛紛要求水利單位清除水庫淤泥，增加蓄容量。筆者曾大聲反對，無奈政治時機不正 確，未獲朝野委員同意。此次海棠、馬莎豪雨，已把去年清河除泥的總量加倍奉還，所以，此次面對桃園的水危機，建議朝野還是以專業、科學的角度面對，方是正 途。

（作者為民進黨籍立法委員，曾任三屆大甲溪生態維護協會會長）

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評論：此文所言甚是，吾人宜更深入了解相關的原理及工程施工方法。不過好好想一想，應該不難!

Phil. Trans. A - Geophysical granular and particle-laden flows

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Hutter 的新書，土石流研究必備！

今年的第二個侵台颱風－瑪沙－來了！

塔台！塔台！這裏是瑪沙颱風，我即將登陸，請作好防颱準備，完畢！

今年的瑪沙，路徑有些奇特，在台灣東方沿西北方向飄呀飄的，好似凌波微步的，讓氣象局又一個頭N個大了，何況是風雨預報了！

沒想到今早我一起床，心中忽然有個奇怪的想法，疑！

颱風可看成風夾帶著雨，但雨也影響著風，其定量預報之所以困難，準在於此乎？

那同樣影響人民生命財產安全的土石流，不也是這樣？

水夾著著土，但土也影響著水的運動，土石流運動之複雜，亦出於此乎？

記得上次與成大水利謝正倫教授請益時，他提到土石流之所以複雜，乃在於本質上它是一個至少是二相的流體運動，以此觀點來看，颱風又何嘗不是呢？


查一查，不曉得有沒有相關的理論或實驗想法可進一步了解這兩個好玩的二相流現象？

好玩哦，終於找到一個可以切入的重點了！


圖取自【2005/08/05 民生報】