• 抽水站篇

    < 第一章 > 雨水下水道簡介

    都市排水依地勢由高向低排放進入區排、河川或海洋,而辦理雨水下水道系統規劃,亦需考量維持既有排水系統,採重力流方式佈設雨水下水道幹支線,使堤內都市雨水逕流排放至堤外。

    部分都市計畫集水區地勢較為低窪,其地面高度低於堤外河川、溪流之洪水位,或位屬感潮區,因此排水受到堤外水位之影響,河川水位高度比下水道排水口還高時,下水道內的水無法以重力方式自然排出,此時必須將堤防的閘門關閉,以防止河水倒流進入市區,並立即啟動雨水抽水站之抽水機抽水,採機械方式將市區的雨水(或排水)抽排放出於堤外,以避免造成下水道系統末端區域積淹水,保全居民生命財產之安全。

    高雄市旗山五號排水溝抽水站(資料來源:自由時報)

    抽水站,為具有抽水及排水功能之站體,通常設置於都市下水道系統之末端,當河川水位較低時,維持重力閘門開啟,使市區降雨藉由重力方式排至河川;另於颱風豪雨期間,遇到河川水位高漲,市區降雨無法再以重力方式排出時,則使用抽水站之抽水機,以機械動力方式抽排至河川中,以避免集水區內發生積淹水情形。若河川水位持續上漲至抽水站之警戒水位時,則須立即關閉重力閘門,以避免河水倒灌流入市區,故抽水站對市區防汛安全,扮演著相當重要之功能。

    都市雨水逕流收集排放流程示意圖(資料來源:營建署-雨水下水道設計指南)

    因惡劣天氣於任何時間均有可能發生,所以抽水站平時之運作,是採用24小時駐守人員輪值,以隨時應變處置啟動作為。當中央氣象局發布海上颱風警報或豪雨特報時,抽水站操作流程隨即進行抽水機組檢查與測試運轉作業,當颱風轉為陸上颱風警報時,會立刻召回所有抽水站人員警戒待命,依標準作業程序啟動因應,隨時保持聯繫及高度警戒,適時提供必要之支援,以達即時預警、避災及減災之成效。同時,站內人員會隨時注意水位變化,當河川水位高過雨水下水道排水口,使堤防內雨水無法自然排出時,就會關閉閘門,啟動抽水機進行抽水,並依照即時的堤防內下水道系統及堤防外河水水位變化,適時調整抽水機組運作數量,確保下水道系統排水順暢。
    建設抽水站、操作、維護及管理之花費龐大,同時也攸關該地區大眾、基礎建設及公民間各事業體財產安全,因此於建設前,須依照雨水下水道系統集水規模、區域降雨強度及保護頻率等方面,進行工程設計及綜合評估,以建置符合地區需求及經濟效益之抽水站設施。
    平時各雨水抽水站的維護工作,配合年度保養、季保養及月保養方式,委託合約廠商於非汛期間,對機械設備執行每月1次保養,防汛期間除每月2次保養之頻率進行,水利局更要求各截流站及抽水站依照標準操作作業程序(SOP)模擬施作,使值勤操作人員熟稔流程;另為加強緊急應變能力,針對各項設備運轉功能、操作功能及狀態指示等進行動態檢查並予以記錄,透過完整規劃、建造至嚴謹的保養維護及應變流程演練,以期颱風豪雨等惡劣天氣來襲期間,均能確實發揮各抽水站之目標效益。

    (資料來源:內政部營建署-雨水下水道設計指南、臺北市政府工務局水利工程處網頁、新北水漾網站及抽水站設施維護管理之研究,王麒銘)

    < 第二章 > 抽水站硬體概述

    抽水站平面示意圖(資料來源:雨水下水道設計指南)

    抽水站縱斷面示意圖(資料來源:雨水下水道設計指南)

    抽水站之組成,主要由抽水機房、前池(或沈砂池)、粗攔污柵(含撈污機)、進流閘門、細攔污柵(含撈污機)、調壓槽、貯油槽、排出水道及平常雨水重力排水溝出口之防洪閘門等主要構造物組成,整組亦包括機電、儀控、給排水、消防及其他附屬設備等。設置抽水站之目的,在於外水位高漲時,堤內雨水下水道無法以重力流方式排放,而需藉由抽水機組,採機械動力強制將堤內逕流抽排除。

    雨水下水道系統匯集之雨水,在流入抽水站時,會先經過前池,水中的大型垃圾先透過粗撈污機阻隔,並由攔污耙將攔污柵上垃圾耙起丟棄,之後經過細撈污機,將粗撈污機未排除之小型及細長型垃圾進行過濾,透過粗細兩道撈污程序,可避免抽水站進水口受到阻塞影響流量,並避免大小異物流入抽水機吸水口,使抽水機損壞,造成站體受損,影響抽水之效能。當前池水位達到啟抽水位時,由駐站人員完成抽水站周邊設備檢查,隨即啟動抽水機組,自前池將匯流之雨水不斷抽出排放。

     

    閘門在抽水站的設施中,佔有非常重要角色,一般而言依其功能可區分為重力閘門、引水閘門、動力閘門及連通閘門4種,介紹說明如下:
    (一)重力閘門:設置於河川堤防上,平時雨水經由市區排水箱涵藉由重力流入河川,當豪雨發生時,河川水位迅速上漲高於市區排水水位,此時無法重力排水即關閉閘門。
    (二)引水閘門:設置於抽水站前池入口處,將市區排水箱涵排水引流入抽水站。
    (三)動力閘門:設置於河川堤防上,平時保持開啟狀態,使抽水站抽水機組將市區排水抽至堤外,當抽水站機組出水管碟閥或舌閥須進行維修時,閘門則關閉,阻斷河水流入抽水站,以免除圍水之不便。

    (四)連通閘門:設置於兩抽水站間,於前池連通水道上,平時保持關閉狀態,兩抽水站各自排除集水區排水,當某抽水站抽水不及時,將閘門開啟連通,輔助抽除市區排水,以達到相互支援排水之用。
    政府部門因應各地方治水需求及設備維護,持續更新及建設抽水機組,提升及保持抽水站之功能及正常運作,不過在建設抽水站時,仍需配合雨水下水道系統及抽水站設計之排水能量,設計上仍有其洪水保護標準之上限,尤其是現在極端氣候降雨事件發生頻繁之際,只要發生超過設計保護標準的降雨事件,仍有可能發生積淹水之情況,未來的城市治水策略,應以如何與水安然共存,為現代治水更務實之努力方向及目標。

    (資料來源:內政部營建署-雨水下水道設計指南及新北水漾網站)

    抽水站設施配置示意圖(資料來源:https://water.ntpc.gov.tw/News/Detail/1312.htm)

    < 第三章 > 抽水站硬體概述

    抽水站所需設施,隨各站之規模、都市發展程度、配合景觀需要及用地大小而各異,惟整體之佈設應考量水流、操作維護及車輛進出等動線,導(進)水渠、抽水井等之佈置,亦需符合水理需求,而機房配置須預留充足之空間,以利運轉操作、維護檢查及分解修理。而環境整理包括出入大門、圍牆、站區道路、站區路燈照明、站區排水系統、植栽綠化、欄杆、停車格等;另機房及站區整體配置,需融合於當地環境內。

    典寶溪滯洪池抽水站設置照片(資料來源:高雄市水利局)

    旗山區溪洲排水抽水站(資料來源:高雄市水利局)

    一般抽水站規劃應注意基本事項如下:
    (一)根據抽水站集水區域之地勢,及其放流河川水文資料與暴雨頻率,計算排水區內必須抽送之水量。
    (二)抽水站之抽水量必須要能滿足計畫抽水量及計畫水位之條件,諸如內水位、外水位等。內水位一般設計為幹線末端水位或更低,外水位則傾向於十年一次之河川洪水位或大潮平均高潮位。
    (三)決定抽水機之效率,一般抽水機之效率以80%計算以定軸馬力,其原動機之馬力則應較所需軸馬力大25%以上較佳。

    (四)為提高抽水效率,節省空間起見,宜採用大型之抽水機,但每一抽水站之抽水機台數,應保持常用及備用之台數,使抽水量能有彈性之調節。

    (五)為便於操作及維護,抽水站之規格宜盡量統一,因使用抽水機之時間,大多在颱洪期,故為免於停電之虞,動力設備宜採用柴油引擎較佳。

    (六)因設置抽水站用地有限,防洪抽水機之設計揚程低,抽水量大,揚程變化亦大,故採用豎軸軸流抽水機較佳。
    另外,抽水站設置須充分瞭解以下諸點,始可進行完整判斷:
    (一)現有地形、既有管渠路、放流水面、用地位置及既設抽水站房等設施。
    (二)設置之必要性,包括:淹水受害、頻率、低窪及地盤沈陷等。
    (三)設置之效益,包括:淹水之改善、改進生活環境及土地之有效利用等效益。
    (四)經濟性,包括:建設費用及維護管理費用等。
    (五)其他各種設計有關問題,例如:增設與現有排水設施之聯合操作運轉。
    當無法以重力式導排的方式或改善區域排水等方式防洪時,需進一步考慮抽水站工程時,則需考慮抽水站用地問題,一般選擇抽水站用地時,所須考慮之條件如下:
    (一)交通便利
    須考慮大型機器設備之運輸問題。
    (二)地面高程與抽水位之關係
    地面太高而抽水位太低時,將影響所選定抽水機組型式之經濟性,且需要進行較大之土木開挖工事。
    (三)地盤安定
    應選擇地盤較強固之場所,若地盤軟弱時,則須較高之基礎工程費用,且站房與管路等易產生不均勻沈陷。
    (四)用地面積
    須考慮抽水站房及其附屬設備(調節池、撈污設備、燃油及冷卻水貯存設備及受電設備等)與減低噪音所需空間。此外,尚須考慮機器設備之搬入與燃油補給等所需之通路空間。
    (五)鄰近住家之影響
    抽水機組運轉時,所產生之噪音及振動等,都可能對鄰近住家造成公害,故抽水站站址應儘可能遠離住家、醫院及學校等。
    (六)既有設施之影響
    應考慮用地內及附近是否有既設之高壓電線、電塔或地下管線等。
    (七)確保用水
    應考慮抽水機組冷卻用水等之來源及其便利性。此外,儘可能選擇導水路與站房能作直線或近乎直線配置之場所,並選在集水區最低點,以利集流。
    臺灣地區部分抽水站規劃設置工程,因防洪需求的急迫性,設置規劃期間較為短暫,大部分抽水站位置牽涉機房、前池、沈澱池、後池等配置、受限於私有土地或用地不足,抽水機組之抽水量亦因經費及原有效能評比等考量,加上近年來全球氣候變遷,實際雨量遠超出原先預估防洪設計值,惟有平時維護好雨水下水道及防洪抽水站順暢運作之下,始可在颱風或豪大雨期間,降低淹水災害之機率。​

    (資料來源:防洪抽水站整體檢討及未來改善方式之研究-以臺南地區為例,邱浚信&雨水下水道配合防洪抽水站操作風險評估之研究-以新北市汐止區為例,陳錦翰)

    < 第四章 > 抽水站扮演的角色

    旗山新光、鯤州抽水站(資料來源:自由時報)

    民國105年梅姬颱風後,高雄市政府水利局即重新檢討全區排水系統之規劃,啟動新光及鯤洲抽水站之改建工程,並將2座移動式抽水站,改建為固定式抽水站,同時也投入2億2,860萬元辦理溪洲地區排水改善,包括已完成的新光抽水站及鯤洲抽水站,後續還有旗山區山區疏洪箱涵工程及中南排水護岸治理工程,以提升溪洲地區防洪保護標準,以減緩當地淹水問題。

    旗山區溪洲排水抽水站
    (資料來源:中華新聞報http://www.chnnews-tv.com/16/11988/)

    高雄市旗山區新光抽水站及鯤洲抽水站原為移動式抽水機,抽水量為0.9立方公尺/秒,現改建為固定式抽水站,於107年10月4日開始啟用,最大抽水量每秒分別可達6立方公尺及3立方公尺,可使堤後排水順利排出,並降低渠道水位,大幅提升溪洲地區一帶社區防洪能力,確保民眾生命財產安全,為當地防洪提供多一層保障。​

    高雄市另提升17個抽水站抽水設施功能,並改善區域排水功能,以提升可靠性和抽水能力,於降雨事件發生時,配合整體防洪系統之運作、滯洪池蓄排洪操作及抽水站抽水運作等,將雨水下水道系統蒐集之雨水妥善滯洪並排出,減緩瞬時雨量造成洪峰及積淹水之可能性,減緩氣候變遷及極端天氣下,對高雄市民生命財產的威脅。
    河川治理是居住品質的關鍵,高雄市政府水利局以「上游保水、中游減洪、下游防洪」的「總合治水」概念,進行都市治水,廣設45座抽水站、18座截流站,排水整治長達221公里,結合當地自然生態與人文景觀,營造許多特色的親水環境,以回應民眾對於都市生活品質提升及追求永續環境之期望,讓高雄水環境更美好,型塑海綿城市為目標。
    不論過去、現在或未來的治水策略,在規劃設計上仍有其洪水保護標準之上限,但在極端氣候事件頻頻發生之下,短延時強降雨或長時間連續性降雨發生時,仍可能出現超過設計保護標準的上限造成積淹水,因此,未來治水觀念從三方面著手,除提高排水系統及河川流域的防護標準,並將多餘的雨水予以儲存,同時結合公民營設施,推動微滯洪概念,逐步規劃改善積淹水。

    (資料來源:高雄市政府全球資訊網 https://www.kcg.gov.tw/CityNews_Detail1.aspx?n=3A379BB94CA5F12D&ss=E1E74775426E9A0F、https://www.gov.tw/News_Content.aspx?n=872E51DB9B88306C&sms=53E09032BF601A56&s=B74B0D455F154961&Create=1及http://news.ltn.com.tw/news/local/paper/1245487)