93年 敏督利颱風:鯉魚潭水庫檔水閘門脫落事件

基本資訊

2004/7/5-2004/7/11
災情損失:中南部
關鍵字:敏督利颱風、500 (mm) 、 7月、 中部 、 南部 西南氣流 、 護岸毀損 、 重大水利事件

事件陳述

93年7月2日,由於敏督利颱風來襲引進西南氣流,造成大安溪流域強烈降雨,降雨期間共有三次之洪峰,自7月1日至7月5日總計進水量達4,326萬噸,使得鯉魚潭水庫自完工啟用蓄水以來首次接近滿庫;為維護上游歸安橋安全,及延緩水庫溢流時間以免水庫水位急速上漲增大溢洪道出流洪峰流量,鯉魚潭水庫管理中心自7月3日上午7時起由出水工進行防洪運轉,放水量由7月2日之19萬噸增至7月3日之506萬噸,7月4日更達730萬噸,7月5日則為524萬噸(閘門滑落前)。7月3日水庫開始防洪運轉後,管理人員因發現有鋼索異常抖動現象,經立即通知維護廠商到達處理後,情形減緩;7月5日管理人員因震動現象加大又再度通知廠商,廠商之工地負責人於下午4時許到達,正研商中還未及處理,即發生閘門掉落事件。依據台灣省水利技師公會鑑定結果,判斷係因出水工進行防洪運轉時,取水工箱涵流量大增,由於擋水閘門受高流速及大流量衝擊力,致擋水閘門在脫落時所承受荷重總和大於連結螺栓當時所表現之強度,導致閘門脫落。然而擋水閘門依水門操作規定平時並不操作,僅於取水塔或輸水隧道檢修時方考慮在靜水狀態下操作;另公共取水路、擋水閘門總配置圖及工程施工契約上雖有規定平時係吊升至於不浸水位置及註記擋水閘門平時應置於EL.301.5M處,惟於相關操作維護手冊並未明確規定,致發生本次閘門掉落事件。

氣象動態

颱風路徑
敏督利颱風於93年6月23日下午在關島西北方海面誕生,由於此時颱風北邊的太平洋高壓相當強勁,因此敏督利自生成後就一直偏西甚至西南西方移動。26日14時,敏督利行至北緯14.8度,東經130.4度,行進方向才有了逐漸轉北的跡象。 27日20時,敏督利進入菲律賓東北方海面,並增強為中度颱風;盤踞於台灣上空的高壓開始有減弱的趨勢,隨後便在大陸華南一帶分裂出一個小型高壓。這個變化使得台灣附近乃至於颱風前方形成了一個鞍型場,颱風漸漸失去了明顯的導引氣流,只得移速愈來愈緩慢地朝西北西的方向前進。 隨著颱風的緩步移近,中央氣象局在28日17時發佈海上颱風警報,但敏督利似乎開始受呂宋島地形影響,出現了偏西移動的現象。29日8時,敏督利颱風的中心氣壓降至942百帕,為其生命的最巔峰時期;另外,颱風的位置則是來到了北緯18.9度,東經124.0度,持續往西接近呂宋島東北部陸地中。23時,氣象局針對了台灣東南部及恆春地區發佈陸上颱風警報;敏督利的結構此時顯然已經遭到呂宋島陸地破壞,而颱風中心氣壓亦回升為945百帕。 在關島北方海面上有一“婷婷”颱風發展,由於此颱風的偏北移動,讓原先減弱東退的太平洋高壓有機會在其南方西伸,並且在敏督利颱風東邊形成南北向的高壓型態。30日上午開始,敏督利就受高壓西緣導引,幾乎是轉了個直角,由西轉北移動,直指台灣東南部陸地,至於颱風的強度,則大幅減弱;7月1日8時,敏督利減弱為輕度颱風。不過俟颱風主要環流脫離呂宋島陸地,完全進入巴士海峽及台灣東南方海面後,原先被破壞的雲系又重新組織起來,強度也再略為增強。花東地區的風雨從1日白天開始就逐漸增強,成功、大武均有11級陣風出現;中午時分颱風中心通過蘭嶼附近時,蘭嶼的陣風更達到15級,此時在台灣西北部一帶則出現了焚風的情況,1日晚間10時左右,颱風中心在花蓮壽豐登陸,花蓮陣風達到13級。 2日8時,敏督利颱風移到了北緯25.0度,東經121.6度,而在竹苗外海一帶已經有較明顯的副中心出現,並逐漸取代這個位於台北東方的主中心。颱風北上以後沿著大陸浙江沿岸進入東海,氣象局分別在2日23時及3日11時解除敏督利的陸上及海上警報。4日8時,敏督利就在黃海南部變性為一溫帶氣旋。 地區並沒有因為颱風的離去而減輕天候惡劣的威脅,一道對流旺盛且範圍遼闊的台灣西南氣流雲系從2日下午開始,被敏督利颱風帶進中南部上空,這些地方遂降下豪雨。對流不斷地發展,中南部的天氣極端不穩定,這個不穩定的狀況竟延續三天之久!除了中南部許多地方不斷颳出9到10級強風、雲林嘉義等地甚至出現龍捲風等現象,這波強烈西南氣流的降雨強度之強,且分布區域與分布時間都非常平均,台中、南投、嘉義與高屏一帶山區連續三天都降下約5百毫米以上的雨量;從2日0時到6日0時,中南部地區普遍雨量都在4、5百毫米以上,高雄縣溪南累計雨量達2030.5毫米為全台之冠,阿里山、中投山區等地也有1千6百毫米以上的降雨量。 龐大的降雨加上海水的倒灌造成了彰雲嘉一帶的水患;中南部不少地方河水暴漲,危及民眾安全與交通狀況;中部山區的土石流災情則空前地嚴重,中橫公路柔腸寸斷、面目全非。總計此次被稱為“72水災”的橫掃,共造成33人死亡,20人受傷,12人失蹤,房屋毀損約6百餘戶,金額損失僅農林牧業就高達85億元以上,其餘方面更是難以估計。

災情處置

一、主要災情與處置情形

擋水閘門於7月5日下午約5時左右發生脫落事件,管理中心人員立即通報,中區水資源局下午6時進駐管理中心後,即積極聯繫相關深水救難單位及人員,並向中央災害應變中心請求協助,中區水資源局人員並立即蒐集相關閘門資料、成立應變小組分工。海軍救難大隊6人於7月5日晚間11時許到達後,即與中區水資源局人員研商打撈對策並勘查現場。 由於活動空間小、深水溫度低、壓力大及能見度低等環境惡劣,潛水人員進行閘門拖吊作業十分困難;7月8日於第4次下水進行閘門及吊樑鋼索定勾,惟拖吊作業仍告失敗,研判吊樑仍與門體連接;7月10日上午11時第8次下水以吊門機鋼索勾住吊樑,於下午1時50分將吊樑吊出水面;7月11日上午11時進第10次下水以100噸吊車鋼索勾住閘門,在進行確認檔水閘門二側壓差平衡後,終於在下午6時18分將閘門吊離水面,完成閘門拖吊任務(其中歷經10次下水作業)。

二、水利設施損壞與修復狀況(略)

三、其他災情與處置情形
由於該擋水閘門掉落導致鯉魚潭水庫無法正常出水,加上水公司豐原淨水場因原水濁度增高及取水口嚴重阻塞,致大台中地區自7月5日起即實施分區限水措施,在擋水閘門吊起之前,雖各單位皆積極處理閘門,惟在無法確定閘門吊起時間之情形下,為儘速解決大台中地區供水問題,乃研擬其他方案以增加供應大台中地區水源,其因應措施如下: (一)食水嵙溪緊急引水工程:與鯉魚潭水庫聯合運用供應大台中地區公共給水之石岡壩,由於敏督利颱風帶來強烈暴雨,導致7月3日因食水嵙溪潰堤,阻塞南幹渠自來水取水口,致供水中斷,需由鯉魚潭水庫增供水量支援;7月5日南幹渠經石管中心清理後,當日雖可供應原水100萬噸以上,惟因濁度太高,水公司豐原淨水廠無法處理,為確保原水供應,中區水資源局石管中心立即協調台中水利會借用其食水嵙溪取水口進行改善及清淤工程,至6日凌晨2時完工後,可增供水質較佳(濁度約1000NTU左右)之原水約70~80萬噸/日,如與南幹渠取水混合,共可供原水每日130~140萬噸,已舒緩原水濁度過高問題。

(二)后里圳緊急引水工程:為因應鯉魚潭水庫供水中斷,中區水資源局循921地震後之緊急供水模式,協調台中水利會借用其后里圳取水口,並由水利署三河局調用鼎型塊及河川砂石材料,於7月6日進行導水堤緊急施工,於7日晚間12時即可引水30萬噸,8日引水量提高到40萬噸,9日則為45萬噸,10日更達55萬噸,惟因水公司后里抽水站之抽水機能力及原水濁度問題,其出水量最多僅能達16至19萬噸。

(三)鯉魚潭水庫緊急抽水工程:為恐擋水閘門短期內無法順利拖吊,於7月6日起又展開本項工程,即由溢洪道抽水至下游投池及後池堰,再設置緊急抽水站抽水送至水庫下游之自來水供水管路,俟本項工程完成後,即可滿足大台中地區供水,工程內容如下:

1. 溢洪道鋸齒堰抽水工程:由水利署第二、三、四河川局支援8部抽水機,於10日開始安裝,至11日全部完成,先期總抽水量約可達每日20萬噸,將來可視下游實際抽水量再行增加抽水設施。 2. 溢洪道投池緊急抽水站工程:由中區水資源局辦理圍堤及抽水站土木結構,水公司辦理輸水管工程,抽水機則由中鋼公司調用6萬噸2部於7月11日安裝完成;另由自來水公司調用4萬噸8部並由其協助安裝,計畫抽水總量每日約44萬噸。 3.後池堰緊急抽水工程:安置35部小型抽水機,抽水總量每日約5萬噸,至11日下午施設完成8部。

衍生行為

本次擋水閘門脫落,經脫落現象、脫落機制及脫落機理的詳細討論探究,擋水閘門由於進水口高流速與大流量之衝擊力使負載總和大於原始設計強度,是脫落主因。擋水閘門長久以來平時即置放於距閘門軌道底部8M處,此一行為提供了高強度螺栓脆化斷裂的環境及時機,而負載總和若大於原螺栓施加預力強度時,也可能使部分螺栓鬆脫導致斷裂。回溯鯉魚潭水庫水門操作規定,擋水閘門平時全開,於進水塔及輸水鋼管檢修時才關閉,因此當時水利局與承攬廠商間之工程合約(80-水工鯉57)5.3.1節即有明確規定,設置擋水閘門之目的係為公共用水路之檢查、維護管理或維修時,停止取水需要而設置,門扇平時係吊昇放置於不浸水(EL.300.00M)之位置儲存,惟承攬廠商雖於細部設計圖上有加註擋水閘門應置於EL.301.5M處,但未在「操作維護說明書」明確規定,敘明各種標準作業程序及應注意事項以供遵循,而嗣後之「鯉魚潭水庫水門操作規定」亦無明確規定,以致當水庫調節性放水時,擋水閘門卻正處於高流速箱涵中而發生脫落,經此事件後衍生諸多應辦事項,彙整如下: 一、防災及減災 (一)吊樑之托架聯結螺栓及其他類似關鍵零組件,攸關閘門門體支撐安全,施工過程中之相關檢驗應確實執行,並建議列入水庫平時檢查及安全評估必須確實檢查項目及定期予以換新。 (二)鯉魚潭水庫擋水閘門平時應存放於EL.301.5M位置,提吊維修時應確定在水頭平衡狀況下為之。 (三)在確定取出水工構造物安全前依下列二點辦理: 1. 水庫集水區之進流量暫不可由取出水工洩洪,故鯉魚潭水庫水位可能達EL.300M,請注意上游歸安橋之交通安全,並函請卓蘭鎮公所儘速完成歸安橋改建,以維持居民交通安全。 2. 為維持大台中穩定供水,台中水利會食水嵙溪進水口暫由中區水資源局控管,后里圳取水口交返台中水利會並請其維持引水功能;自來水公司后里抽水站仍須請該公司加強維護以備不時之需。 二、救災經驗與即時應變作為 (一)經濟部應於1個月內,複查與本事件取出水工設計(斜依式進水塔)相近之水庫(永和山、翡翠、曾文、南化、鳳山及牡丹等水庫),並請該水庫管理單位針對擋水閘門平時應放置位置進行確認,於閘門操作手冊中明確規範,以為操作人員依循。 (二)各水庫管理單位對於所轄水庫之安全維護手冊中關於災害發生前水庫各項設施之檢測項目、檢查重點等,全面進行檢討並修正,達到確實防範災害功效。 (三)各水庫管理單位人員如發現不明原因之異常現象,除應儘速通知維修廠商及上級主管外,同時應儘速洽原設計廠商或其他專業人員,俾確實掌握異常原因儘速排除。 (四)吊門機鋼索鏽蝕情形相當嚴重,建議儘速更新;主輪軌座、側導輪軌座及進水口底部基座等遭擋水閘門滑落撞擊,有異位或受損之虞,建議全面檢修。 (五)公共給水出水口蝶閥上游建議增加制水控制閥(平時全開,緊急時得以關閉),以利緊急情況時進行關閉。 三、其他 (一)經濟部應立即函請國內各水庫管理單位,重新檢討既有水門操作規定及安全維護手冊之合宜性,做必要之修正。 (二)未來水庫興辦相關工程招標時,須考量各承辦廠商應同時具備機電及水利專業人員,或要求其於辦理過程中須邀集不同專業領域之承辦廠商積極參與研討,以強化各有關工程於設計、施工、監造時相關專業層面介面之整合(如水利與機電間等)。 (三)各水庫管理單位在辦理相關維修委外工作時,應將廠商須具閘門維修實績及現場維修人員應有專業證照等納入招標考量,並將原設計資料要求列為廠商必須確實瞭解之必要項目,作為其維修之必要責任。 (四)水庫各項設備基本設計原則、施工及操作維護手冊之訂定,有必要落實讓操作人員了解,固其操作維護教育應有設計施工人員同時參與,期落實經驗傳承;各水庫管理單位針對水庫管理人員操作、維護、管理與設施功能之專業訓練應嚴格落實並定期辦理。 (五)為避免因單一事件造成人口密集地區水源供應出現問題,經濟部應針對水源及自來水增設備援系統,儘速彙整研提「台灣地區水源及自來水備援系統計畫(草案)」綱要計畫陳報行政院據以實施。 (六)目前鯉魚潭水庫擋水閘門之操作維護說明書應儘速修正,並編定為完整的操作及維護手冊,敍明各種標準作業程序及應注意事項以供遵循。 (七) 長遠計,應研究自發電放水口出口以鋼管連接自來水水源水管,作為自來水之備用放水口,並可供農業及緊急放水之用,且可併景山電廠之開發同步實施,請台灣電力公司妥為研擬其可行性,俾及早實施。 (八)石岡壩南幹渠尚待清淤,為維持大台中穩定供水,台中水利會食水嵙溪及后里圳進水口暫由中區水資源局控管,俟大台中供水穩定後再移交水利會。

重要經驗

一、防災及減災

(一)鯉魚潭水庫設計係採藉由溢洪道自然溢流方式排洪,緊急放水則透過出水工運轉,因此在出水工下游公共給水蝶閥發生故障無法關閉,由於擋水閘門設計原則為在靜水情況下操作,遇前述特殊情形時擋水閘門亦將無法緊急關閉;未來進行水庫規劃設計時,應可考慮於蝶閥上游增加制水閘閥以因應此一特殊情況。

(二) 擋水閘門吊樑其聯結托架與門體之高強度螺栓零件因採購數量未達規模,並無任何計算資料可查,亦無施工、品質檢驗記錄或出廠證明;惟因吊樑之托架聯結螺栓及其他類似關鍵零組件,涉及閘門門體支撐安全,日後其施工過程中之相關檢驗仍屬必要。

(三) 本次水門之維護工作雖已依規定每三個月定期檢查及保養一次,最近一次為本年6月9日,均依據契約規定項目辦理檢查,惟檢查項目並未包含閘門門體之螺栓檢驗;另依據台灣省水利技師公會初步鑑定結果,擋水閘門之聯結螺栓長期處於約5~10℃低溫水中,容易脆化,在承受高預力及水流衝擊之情況下,可能產生脆性斷裂現象螺栓斷裂或鬆脫為其可能之脫落機制,可見此關鍵性零組件其檢查頻率及檢查方法(如螺栓進行扭矩試驗或抗拉試驗等)仍有加強之必要。

二、救災經驗與即時應變作為

(一) 敏督利颱風來襲時,鯉魚潭水庫管理中心依據規定成立應變中心。另查自該中心成立後之簽到簿,相關人員皆已依規定輪班駐守,羅正雄主任綜理鯉魚潭水庫緊急應變業務工作,正工程司張鴻文、副工程司吳誠鴻、副工程司余成負責水庫集水區及壩工用地範圍邊坡穩定巡查及緊急搶修工作,工程員巫茂松、駕駛鍾信豐負責水庫大壩安全監測工作,副工程司蕭長廷、工程員莊美玲負責水源調配及水情通報工作,工程員徐修博、技工孫常義負責水工機械操作工作,駕駛鍾信豐、駕駛巫仁煜負責船舶駕駛工作,司機傅顯堂、司機蕭金水、工友傅生焱負責車輛駕駛工作,除主任外,分2班執勤;7月3日執勤人員包含羅主任正雄、正工程司張鴻文、副工程司余成、工程員莊美玲,工程員徐修博、駕駛鍾信豐、司機傅顯堂等。7月3日發現閘門異常抖動情況時,水庫管理單位雖已依規定洽請維修廠商於契約規定時間到達處理,雖於處理後抖動情形減緩,惟水庫管理單位人員並未敏銳察覺潛在之危機,維修廠商亦未能判斷其可能原因,顯示緊急應變反應能力仍有待加強訓練。

(二) 依據「水利建造物檢查及安全評估」(經濟部92年12月3日公告實施)規定,各水庫管理單位應編製安全維護手冊,針對颱風、豪雨前各項設備等研訂檢查重點;鯉魚潭水庫管理單位雖已依「蓄水庫水壩安全檢查表」辦理各項檢查工作,惟本次螺栓並未在規定之檢查項目中,顯示所訂定之檢查項目其完備性仍有待檢討改進。

三、其他

(一)鯉魚潭水庫建設期間為民國74年至81年,其中設計監造部份係由台灣省水利局中部水資源開發工程處辦理,施工部份為水利局機械工程隊負責,施工完成後再交由隸屬於建設廳之鯉魚潭水庫管理中心辦理操作維護營運管理。由於操作維護與設計施工分屬不同單位,致設計施工及操作維護未能銜接整合。目前前述單位業已經機關調整整併,自民國91年因機關調整整併,水資源事權統一,水庫自興建至後續管理維護均由水利署統籌辦理,已可有效改善機關間協調不佳問題。惟因目前相關水利工程發包,各專業層面(如土木工程標及機電工程標等)的招標作業係分別辦理,相關招標規範就承包廠商的資格方面,並未要求須具有跨領域的專業人才,如須兼具水利及機電水利專業人員;另相關工程辦理過程中亦未能邀集不同領域之承辦廠商參與研擬,以致各專業層面之介面整合不足。

(二)本次閘門脫落原因據判主要係擋水閘門在脫落時所承受荷重總和大於連結螺栓當時所表現之強度;依鯉魚潭水庫水門操作規定,擋水閘門平時全開,於進水塔及輸水鋼管檢修時才關閉,因此當時水利局與承攬廠商間之工程合約中即有明確規定,其設置擋水閘門之目的係為公共用水路之檢查、維護管理或維修時,於停止取水需要而設置,門扇平時係吊昇放置於不浸水(EL.300.00M)之位置儲存,惟承包廠商雖在細部設計公共取水路、擋水閘門總配置圖上有註記「常時存放位置EL.301.5M」,惟廠商於施工完成水庫運轉前並未於相關操作維護規定上明確訂定。目前操作人員唯一的根據是「操作維護說明書」,但該說明書中並未註明「常時存放位置EL.301.50M」,致操作人員未充分瞭解其風險所在。

(三)擋水閘門吊門機計算書第5頁標示「閘門全開」位置為EL.301.5M,但取水塔吊門機室之閘門全開開度指示為4.7,合高程為EL.241.5952,兩者定義差異甚大。操作維護說明書第28頁註明:運轉中,“閘門開啟”指示燈亮,閘門全開時,“閘門全開” 指示燈亮,閘門自動停止;此時,擋水閘門正好停於壓力隧道進水口正上緣,與施工總配置圖及施工補充說明書所規定之位置不符。

(四) 7月3日及7月5日上午,維修廠商於閘門掉落前出現鋼索抖動現象時,雖依契約規定之時間內派員到達現場處理,惟因其所派赴現場維修之人員並未具有機電相關證照,所採行之建議處理方式為將閘門往上提吊,專業判斷顯不足夠,致未能在緊急情況下妥適因應,顯示維修廠商專業能力有待加強。另查鯉魚潭水庫管理中心在辦理本次閘門維修廠商招標作業時,所規定承包廠商資格為「機器工業同業公會或工業會會員、營業項目登記有水工機械(含閘門、吊機等)製造或維護項目」,並未針對廠商派赴現場人員資格有所規範。鑒此事件,未來水庫管理單位在進行招標作業時,承包廠商除須具備上述資格外,廠商過去維修實績或能力及現場維修與緊急狀況處理人員須具備專業證照等條件,均需應納入招標考量之要項。

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