本案規劃兩條再生水輸水管線,自桃園北區水資源回收中心起向東輸送再生水至中油桃園煉油廠(桃煉段),另一條輸水管向西供水至觀音工業區(觀音段)。桃煉段主輸水管為內徑440 mm之HDPE管,全長約6,678 m,全期設計流量為18,000 CMD。加壓站規劃設置兩組加壓泵,每台加壓泵之額定流量10,000 CMD,額定揚程為70 m。觀音段全期設計流量為24,000 CMD,規劃以兩組加壓泵併行匯流入內徑555 mm之HDPE主輸水管,管線全長約19,028 m。觀音段單一加壓泵規劃之額定流量15,000 CMD,額定揚程為50 m。
本工作首先檢核各輸水管段於穩態流況下單泵及全期雙泵運轉之水力坡降線。利用建立之水理分析模型,模擬計算單泵瞬間停機、單泵緩速停機、雙泵同時瞬間停機及雙泵依序降速停機等加壓泵停機操作所引致之水錘現象。
根據管路沿線產生最大及最小暫態水錘,建議當瞬間斷電停泵時,於泵站出口裝置複合式排氣閥,適時導入空氣避免極度負壓產生。同時,建議於緊急狀態時連通泵站集水池及泵站出口處輸水管,以平衡劇烈水錘,避免輸水管破損。另外,透過調速方式緩慢降速停機或分別依序降速停機等操作,可有效抑制劇烈水錘發生,並減緩水錘震盪幅度。
「友沛水務股份有限公司『促進民間參與臺中市水湳水資源回收中心放流水回收再利用新建、移轉及營運案』之再生水輸水管線水錘(理)分析、評估及操作建議工作」,環興科技股份有限公司,2022年10月。
本案水湳再生水輸水管線自水湳經貿園區之新建再生水廠,以兩條標稱管徑400 mm(內徑350 mm)之HDPE管線,沿中科路併行輸水至中部科學園台中園區之再生水中繼加壓站,全長約3.7 km。當正常輸水運轉時,採雙管線同時供水,每一管線以單泵加壓輸水5,000 CMD。但如單一管線故障維修時,另一單管則以雙泵匯流加壓輸送10,000 CMD之全流量。加壓站之泵浦配置採2+1形式(2組運轉+1組備用),每台加壓泵之額定流量5,000 CMD,額定揚程為48 m。
本工作首先分析單一管線分別以單泵5,000 CMD及雙泵10,000 CMD穩態輸水之水力坡降線。暫態水錘分析則模擬計算單泵瞬間停止運轉、單泵以不同速率降速停泵、雙泵同時瞬間停泵、雙泵同時緩慢降速停泵、雙泵分別依序降速停泵等情境。
根據水理分析結果,以雙泵並聯加壓供水10,000 CMD至單一管線時,若加壓泵因失去動能瞬間停泵,將產生極大的水錘波動,應於泵出口端裝置複合式排氣閥或於輸水管過河段設置洩壓閥,避免造成輸水管破壞。在正常運轉狀況下,利用調速方式緩慢操作加壓泵的停泵動作,可有效降低水錘的震盪幅度。
石門水庫至新竹聯通管起點自石門水庫分層取水工之既有中線鋼管分岐埋設Ø2,000 mm管線,以隧道方式貫穿石門山,出隧道口後以明挖方式沿竹28-1鄉道埋設,銜接台3線後往南沿道路埋設輸水管路。路線跨越鳳山溪、油羅溪後,至竹東大橋上游測,以水管橋方式跨越上坪溪後,轉埋設上坪溪左岸高灘地,沿軟橋堤防水防道路埋設管線,最終放流至寶二水庫引水渠道,合計輸水管線總長度達25 km,設計輸水容量為30萬CMD。本工作分別模擬管線下游端之流量控制閥、管線最低點鳳山溪制水閥及管線上游端緊急遮斷閥之操作。根據水理分析結果,建議加強部分區段管材之承壓強度並於適當位置裝置複合式排氣閥與洩壓閥。同時,建議管閥操作方式及其關閉之時間(速度)以抑制或減緩水錘之發生。
本案輸水管線採Ø1,350 mm之DIP管,自上游端福田水資中心配水池出口起至末端臺中港工業專區內輸水管銜接點止,全長約28.6 km,設計流量10.5萬 CMD。本工作首先計算輸水管線在不同流量下之水力坡降線,檢核輸水管線出口餘壓。利用建立之水理分析模型,模擬計算下游端流量控制閥及中間管段局部低點之制水蝶閥以不同速度關閉,所引起的暫態水錘流況。最後,根據水理分析結果,建議下游端流量閥全程關閉之最適時間(速度),同時建議中間管段制水蝶閥之關閉操作分兩階段以不同速度關閉,以達快速遮斷並減緩水錘發生之目的。
臺北自來水事業處規劃新建三重二號配水池暨加壓站,並與三重一號配水池暨加壓站分區聯合運作,以使三重區供水壓力更趨於穩定。輸水管線自公館減壓池起,經公館加壓站,沿三重支線至忠孝橋台北端,部分流量銜接至中興橋三重端之加壓站進水管,全長約10.4 km。下游出水管自加壓站出水點至徐匯中學檢核點止,全長約4.4 km。加壓站之供水模式依管中餘壓,分為直接餘壓供水、管中加壓供水及水池加壓供水等三種,以達節能之效果。加壓站規劃設置2組水池加壓抽水機,每台流量為55,000 CMD,揚程35 m;及2機組管中加壓抽水機,每台流量為80,000 CMD,揚程20 m。本工作主要目的在於探討進出水管線的暫態水錘現象,針對水池加壓及管中加壓之穩態流況、加壓泵瞬間同時關閉及依序關閉等操作進行模擬計算,並根據分析結果,提出抑制或減緩水錘發生之設計改善策略及操作建議。
高雄市政府與臨海水務股份有限公司(由欣達環工公司及中鼎工程公司合資設立)攜手以促參法BTO方式,於臨海工業區興建污水廠與再生水廠。取水系統主要將高雄污水區凱旋路主幹管B23人孔管中污水分取至加壓站,經壓力取水管,銜接重力取水管至臨海污水區主幹管EC01人孔。壓力取水管線以雙管佈設,全長約2600 m,單一管線之設計流量為55,000 CMD,雙管合計110,000 CMD。抽水站設置4台加壓泵,規劃每台流量37,000 CMD,額定揚程45 m。本工作首先建立抽水站及雙壓力取水管之數值模型,計算穩態輸水在單泵單管、雙泵單管及三泵雙管模式下之水力坡降線。同時模擬分析雙泵單管瞬間關閉、雙泵單管順序關閉、雙泵單管順序開啟、三泵雙管瞬間關閉、三泵雙管順序關閉及三泵雙管順序開啟等不同操作模式下之暫態水錘。最後,根據模擬分析結果,提出抑制或減緩水錘發生之設計改善策略及操作建議。
鯉魚潭水庫新設發電輸水管線自發電用水取水口至電廠制水蝶閥全長約908 m,其中於766 m處設一分歧管,以將水源分流銜接至既設公共用水輸水管。該公共用水經該銜接點後先導引至減壓池,再輸水至鯉魚潭淨水廠。發電輸水管線之設計流量為16 cms,經分歧點後提供5.5 cms流量以供發電,另分流10.5 cms流量至減壓池,以供淨水廠作為民生用水。本工作針對輸水管線上發電廠水路制水蝶閥及民生用水分歧管之制水蝶閥,以不同之關閉時間遮斷操作,進行暫態水錘計算分析。最後,根據模擬計算結果,建議最佳之操作模式,以抑制水錘壓力在管材之設計承壓範圍內。
為解決金門地區用水成長及原水水質不佳等供水問題,金門縣自來水廠採「晉江供水方案」,自晉江龍湖引水至金門田浦水庫。輸水管線全長約為27.6公里,其中包括陸域輸水管約11.6公里及跨海管線約16公里。輸水管設計流量為34,000 CMD。本水理分析工作根據輸水管路布置之基本資料,建立水理分析數值模型。同時利用穩態演算結果,評估二個海管方案之水頭耗損,並建議適當之取水泵揚程規劃。暫態水錘分析工作則模擬分析取水泵瞬間遮斷、入海點遮斷閥關閉、田埔水庫接水點遮斷閥關閉等三種營運操作狀況,藉以評估暫態水錘對於輸水管線造成之影響。
台北基隆聯通管路規劃採雙向供水模式,全長約19公里,設計輸水流量為15萬CMD。基隆地區主要供水為新山淨水場,經本聯通管線支援台北地區。台北地區則由民生加壓站內湖線於南湖大橋處銜接本聯通管線,以二次加壓方式輸送基隆地區。本報告比較各種管線布置方案,並計算聯通管線在不同穩態流量下之水頭耗損。最後,根據水力坡降線與管線布置高程,建議在雙向輸水操作時中途必須提升之加壓揚程,以達需求之輸水流量。
臺北自來水事業處「大同關渡線自來水工程計畫」之大度配水池暨加壓站新建工程,乃將大同第三座配水池加壓站之部分水量經新設大同關渡線(全長約9.8 km)導入大度配水池,再由大度配水池供應關渡平原、淡水、三芝、淡海新市鎮及社子島等區域。加壓站設置二台管中加壓抽水機(每台額定流量1 cms,揚程20 m)及二台水池加壓沉水式抽水機(每台額定流量0.6 cms,揚程33 m),以符合大度淡海線(末端與台水公司管線銜接,全長計約2.3 km)供水設計日流量(17.6萬CMD)及末端銜接點之水頭需求(28 m)。供水模式分為直接餘壓供水、管中加壓供水及配水池加壓供水等三種模式,以充分運用配水池進水管的餘壓,達節省能耗之目的。本工作模擬計算直接餘壓供水及加壓站在啟動不同台數抽水泵之穩態流況,並推導出大同關渡線餘壓與大度淡海線最大出水量之關係曲線,作為加壓站操作之依據。同時根據重力供水遮斷、抽水泵順序啟動、反序關閉、瞬間同時關閉等模擬案例,評估輸水管線可能產生之最大暫態水錘,並提出抑制或減緩水錘發生之設計策略與操作建議。
高屏大湖(原吉洋人工湖)計畫為經濟部水利署因應高屏地區中長程之用水需求,所推動之非傳統水資源工程。第一期工程內容包括人工湖E湖區工程及調配系統工程,並納入「曾文南化烏山頭水庫治理及穩定南部地區供水計畫」項下之子計畫執行。經濟部水利署南區水資源局委託中興工程顧問股份有限公司辦理「高屏大湖一期工程實施前規劃檢討」。工作內容包含水源調配系統之水理分析細部規劃檢討,係為配合人工湖引自高屏堰餘水及豐水期甲仙堰餘水,透過既有南化水庫與高屏溪攔河堰聯通管路輸送至調節池,並依甲仙堰取水、高屏堰反向抽水、甲仙堰及高屏堰聯合取水、坪頂系列淨水廠備援供水等水源調配模式,提出調配系統工程相關水理分析計算報告(含靜態與暫態水理),作為調節池容量及水管橋管材及管徑設計與未來人工湖營運操作參考。
行政院農業委員會水產試驗所於2000年6月28日奉行政院核定籌國家水產生物種原庫,規劃先完成鹿港、澎湖兩支庫 ,俟後再續建台東支庫及東港支庫。中興工程顧問公司於2007年7月接受委託為專案管理廠商,經公開招標於2009年2月由中華工程公司及東億海事工程公司承攬台東支庫新建工程,並於2009年3月31日開工。表層海水取水管之佈管於2011年8月9日施作,表層海水取水管長度約300 m,取水口高程約位於海平面下50 m。同年8月12日至14日進行深層海水取水管之海上佈管作業。深層海水取水管總長約5000 m,取水口位於海平面下636.7 m。本工作之主要重點在於計算分析取水井泵浦因停電導致瞬間停止運轉時,深層取水管自海底取水口至泵浦吸入端之暫態水錘現象,以作為管線應力檢核之依據。
經濟部水利署北區水資源局委託財團法人中興工程顧問社辦理「99年度寶山第二水庫監測分析及設施檢查」委託專業服務,於計畫分項辦理「水源聯通管設施之水錘(理)分析、評估及操作建議」。本水源聯通管路設計流量6 cms,總長約6,500 m,其中包含穿越隧道3處、水管橋4座、加壓站1座。聯通管於三號隧道出口處與寶山水庫輸水管匯流,共同輸送原水至寶山淨水場。匯流處設蝶閥,用以調控寶山及寶二水庫輸水至寶山淨水廠之供水量。本工作之穩態水理分析探討水源聯通管在不同水庫水位下之輸水能力。同時透過模型計算分析,探討水源聯通管路在單獨運轉、兩水庫聯合供水運轉情況下,管線上、中、下游閥門關閉之不同操作模式與關閉時間所引起之暫態水理現象,藉以檢核現況條件及操作程序下管路的安全性,並依分析評估結果提出改善建議。
經濟部水利署北區水資源局辦理「石門水庫整治計畫緊急供水工程安全複核及義興壩下游河道整治工程」,以確保水庫供水工程之安全性。石門水庫增設取水工工程之主要輸水管線,由上游分別為取水豎井(分上層、中層、下層等三層取水口)、取水隧道、中線鋼管、輸水豎井、輸水隧道及低線鋼管等。輸水管線自取水豎井起,至低線鋼管末端與自來水公司輸水管銜接處,全長約2100 m。另外分流管線包含自來水退水路、石圳聯通管及石圳退水路。本工作針對自來水供水運轉(設計流量140萬CMD)、自來水退水運轉(設計流量140萬CMD)、石圳供水運轉(設計流量120萬CMD)等三種輸水模式進行管線之穩態及暫態水理分析,藉由管閥操作之數值模擬計算結果,以瞭解取水工管線之穩態流況及暫態水錘壓力,作為取水工管路安全評估之依據。
南化水庫與高屏溪攔河堰聯通管路全長約58公里,原設計最大設計流量為80萬CMD,將南化水庫原水引導進入坪頂淨水廠,供應大高雄地區民生用水使用。本聯通管路第三管段於93年5月發生第一次爆管事件,經辦理管段設施改善後,於94年4月進行初期運轉作業,復於94年7月發生第二次爆管事件而停止輸水。依行政院94 年8月核示,本聯通管路於第二、三管段換管完成後,交由台灣自來水公司代為營運操作。台灣自來水公司委託中興工程顧問公司辦理「南化聯通管通水前作業安全評估」,以確保恢復通水後全線管路之安全性。南化聯通管原設計流量控制採下游端管閥操作,本工作依台水公司之操作規劃,將管線流量控制改為上游端管閥操作。在上游管線選擇數處控制閥,並於東平橋上游及旗山鎮前增設多噴孔流量控制減壓閥,藉由控制閥之開度產生水頭損失,在上游先行降壓以保護下游管線。本工作首先建立管線數值化模型,並根據實際監測值,調整模型參數。隨後進行管閥啟閉操作之數值模擬計算。最後,依據穩態及暫態水理分析成果,建議管線減壓方案,並制定上游端管閥操作程序。
南化水庫與高屏溪攔河堰聯通管路將南化水庫原水引導進入坪頂淨水廠,供應大高雄地區民生用水使用。本聯通管路於92年10月完成管線安裝,該年12月完成試通水作業,並自93年2月起進行初期運轉工作。惟本聯通管路第三管段於93年5月發生爆管事件,導致供水中斷。中興工程顧問股份有限公司獲經濟部水利署委託,辦理本聯通管線之全線安全檢查與改善方案。聯通管路全長約58公里,原設計最大設計流量為80萬CMD,於途中設置茅埔與內門兩座減壓池。為瞭解本聯通管線閥門閉啟過程之暫態水理,本工作建立本管線數值化模型,並與實際監測資料比對分析,隨後進行管閥啟閉操作之暫態水理模擬計算,以瞭解管內最大與最小水錘壓力,作為管路安全評估之依據。最後根據模擬分析結果,提出管閥關閉之最小時間限制與操作規則,同時建議提升部分管段之設計管內壓,以確保再度通水後之管線安全。
「水力發電廠操作模擬系統建置」應用MATLAB/Simulink®之軟體工作環境,建立水力發電廠引水管路系統之數學模型。本軟體使用手冊介紹四個基本形態之引水管路系統模型之安裝、執行、參數設定與輸出記錄檔。
本計畫應用MATLAB/Simulink®之軟體工作環境,建立水力發電廠引水管路系統之數學模型,包括管路、水池、閥門、接頭、平壓塔等,並以特徵線法(method of characteristics)計算管路系統內之暫態流況。同時配合Simulink®程式之架構,將各個引水管路元件,包括管路、水池、閥門、接頭、平壓塔等,分別以S-函式(S-Function)建立模擬程式,並以Masking技術封包成元件模塊(Block)。利用這些引水管路元件模塊,以組合成管路系統,用以進行穩態及暫態水理分析。