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:::水源專欄

臺東深層海水取水工程經驗淺談-2014/09/09

  台灣東部海岸位於大陸棚邊緣,在離岸很近的距離內即可取得深層海水,也是全球少數具有開發深層海水潛能的地區之ㄧ。依據東部附近海域等深線顯示,東部地區可行深層海水開發區域北起宜蘭南澳鄉之南澳溪,南抵台東縣太麻里鄉之金崙溪

  故行政院95 年1月23日院臺經字第0950001163號函核定之「深層海水資源利用及產業發展實施計畫」中,明列由經濟部主辦「深層海水低溫利用及取水隔熱新工法研發模場計畫」。行政院經濟建設委員會於96年2月27日「深層海水資源利用及產業發展跨部會推動小組」第3次會議決議後,確定「深層海水低溫利用及多目標技術研發模廠計畫」模廠場址將設置於台東三和地區(美和村)。

  為此水利署奉經濟部指示負責推動,交由本署第八河川局興建「深層海水低溫利用及多目標技術研發模廠新建工程」於100年10月中旬佈管成功。經100年10月24至26日連續抽水72小時測試,每日抽水量達1萬2千噸以上,水溫約為7度,經檢驗水質狀況良好,確認該工程佈管抽水成功,並完成驗收。相關技術研發團隊於驗收完成陸續進駐,更名為「經濟部深層海水創新研發中心」,擬進行深層海水較高效益及多元化利用的相關技術研發工作,且以進行量產試驗為目標,原預期模廠將成為東部地區深層海水產業的研發育成中心,提升國內深層海水之技術研發能量,為深層海水產業發展開創新的里程碑。 

  未料101年5月6日發生取水不順之問題,經確認設備機械狀況、阻塞物清除、灌水加壓及回抽、管內攝影檢視等處置,仍無法解決問題,因此委請台北市土木技師公會為第三公正單位,辦理取水異常之原因鑑定,經初步研判取水管取水頭因佈管區域受知本溪飄地形侵淤影響,取水頭遭泥掩埋所致。造成泥掩埋原因係海底沉泥經連續地震搖晃發生泥淤積層滑坡所造成。(如圖一說明)

 
圖一:紅色區域為知本溪泥沙沉積區原堆積於淺層區之泥沙因地震崩解流至深層區沉積
(摘至:台北市土木技師公會鑑定報告)
  無獨有偶位於知本溪北岸農委會所興建的「水產生物種源支庫」原正常取水之情況,於102年9月22日天兔颱風過後取水濁度突增,之後瞬間突然取不到水,情形與「深層海水創新研發中心」取水異常發生狀況類似,「種源支庫」發生問題後積極處理,經清除阻塞物、灌水加壓、派潛水夫潛至100M深檢查取水管等緊急處置,目前仍無法妥善解決問題,情況與「創研中心」類似,雖尚未經ROV檢視證實,但依個人經驗判斷,取水頭遭泥沙掩埋所致機率極高,因為如係折管所致,颱風之長浪應只影響近岸端管線,而經潛水夫檢查或管內檢視均未發現異常,表示近岸端管線正常不影響取水,如係中段管線破損或折管,應仍可少量取水,如今無法取水,極有可能取水管口亦遭阻塞或泥沙掩埋,惟真正原因仍待詳細調查為準。

  綜合歷次失敗的經驗及取水異常原因之探討,並參訪各家深層海水廠的情況,提出以下幾點淺見作為後續佈管之參考:

一、基本資料的調查:

  海底環境調查的完整性非常重要,包括:波浪、洋流、漂、潮汐、底質地形變化等,尤其底質之調查,這些基本資料可作為管線配重及取水頭型式等設計參考,以及佈放管線時應採何種工法因應,最重要的是關係著佈管後管線的穩定性。

二、規劃階段需考量佈管路線各段所面臨的問題:

 1.近岸端

  由取水井至水深50M段,此段面臨長浪拍打及潮汐等海岸環境最不穩定處,故管線需以掩埋的方式保護,因東部常面臨颱風長浪之侵襲,掩埋深度至少須考量強烈颱風之長浪所能擾動海床深度以下,建議如地質許可之前題可用潛遁工法直接鑽至前述臨界深度以下,再鑽挖出海,以確保管線受安全之保護。

 2.中段

  由水深50M至取水頭附近段,此段應避免懸空以管線破損或折管,此外為使管線能穩定的附著在海床上適當的配重是必要的,因此建議尋找海底地形較平坦的路線佈設。

 3.取水頭

  取水頭附近段,應避免取水頭遭阻塞及翻轉,由「深層海水研發創新中心」取水異常原因初步研判,取水頭受阻塞係因取水頭遭泥掩埋所致,因此建議避開泥沙沉積區及泥流區,以防取水頭沉陷或遭泥流掩埋。而為避免放置後產生翻轉的情形,建議尋找平坦的岩層區最為適合。

圖二:分段圖示
  4.全段

  綜上管線全段應遠離泥沙沉積區、颱風及地震頻繁區,然台灣瀕臨太平洋及板塊交界帶,颱風侵襲及大小地震頻繁是無法避免的,因此唯有尋找平順的岩質海底才是較為適合佈管之環境。

三、施工期間:

 1.考量管線配重之穩定性:

  管線的配重主要為使管線能穩定附著在海床上,重量不足管線容易漂移折損,但重量過重除不易佈放亦有可能於地形變化大的區段因懸空而容易斷損,因此如何配置適宜的配重及型式,是重要的設計課題。

 2.取水頭形式考量穩定性及如何避免阻塞:


  取水頭的設計除考量避免遭泥掩埋,取水口與著床海面保持適當高差,但過高的取水設計又容易使得取水頭因水流影響而翻轉,因此首要條件應排除放置於泥沙沉積區及泥流區,而取水頭處可考慮採用管頭與支撐架可轉動的裝置,以保持與海床高差且避免因翻轉造成折管。(如照片一)

 3.管材選用:

  目前國內普遍使用之管材為HDPE(高密度聚乙烯管),而日本富山縣深層水採用鎧裝硬質聚乙烯管,其管材為聚乙烯管內含鋼絲網加強管材的韌性、耐曲饒性和耐疲勞性,凱裝管雖然成本較高但為風險考量或可考慮採用凱裝管材,當然如只是考量耐用年限而不考量其他特性,目前採用的HDPE管的亦已足夠。

 
照片一:取水管頭與支撐架可轉動的形式之ㄧ

 

 4.提高佈管路線精確性:

  爰規劃階段所述管線不同區段適合的海底環境不同,因此有完整的調查為基礎,所規劃的最佳佈管路線或許不是直線,因此如何提高佈管的精確性,建議可尋求較有經驗的廠商或引進國外的技術,據悉國內花連台肥廠是請日本團隊來佈設,目前成效還不錯。

 5.佈放時避免管線翻轉扭曲:

  管線在佈放沉降的過程中須面臨各層洋流的干擾,如何避免管線的翻轉而折管,建議在配重塊的型式設計上以導流考量如何穩定垂降,此外取水頭可用纜線垂吊的方式吊放,以避免取水頭翻轉。

 
照片二: 取水頭用纜線垂吊的方式吊放
 四、持續監測:

 1.水質之監測:

  水質之監測除可提供作後續研究海洋的基本資料外,對於不同事件的發生如何影響海洋的環境亦可加以掌握,例如颱風或地震發生時造成濁度的變化應制定不同的取水操作策略,建議濁度高時應停止抽水,以免大量泥抽入管中,等到澄清時再全速抽取,將管內泥抽出,以維持管線暢通。此部分的監測工作可在取水口處裝置水質感測器,非常簡易可行。

 2.取水頭處情況之監測:

  取水頭處之監測重點:在於了解取水頭處泥沙淤積的程度及取水頭是否正坐?及取水口是否朝上?所以,理想監測裝置最好能回傳取水頭處之影像及座標位置,但取水頭處往往少則深三、四百公尺多則六、七百公尺,整個裝置除須承受七十幾倍大氣壓力外,裝置的能源維持是主要問題,因此目前有否可克服此兩大難題之監測裝置仍是存疑       

 3.全管線定位之監測:

  全管線定位之目的使我們可隨時掌控管線是否遭流失或斷管的情形,理想之監測系統希望能顯示整條管線的情況,但此種系統成本相當高,因此或許可固定間距設一個監測點,但此種裝置亦需面臨抗高壓及能源維持之問題。

五、尊重自然條件之適宜性,不應勉強佈設,徒增成本:
  工程界近幾年來受劇烈氣候變遷造成多次天災的洗禮,由人定勝天的信念轉為順應並尊重自然的觀念,以往台灣戒嚴時代為戰爭的考量,台灣沿海地形及海洋環境被視為機密,海洋環境基本資料的調查是受限的,因對環境認知的缺乏,使我們天真的以為深海的環境是穩定、安全的,殊不知平靜外表下其實並不單純,因認知不足造成我們深層海水取水方面多次的挫折。

  有前車之鑑,使我們體認海底環境關係著佈管後之取水穩定及安全至為關鍵,為此水利署刻正辦理由利嘉溪至太麻里溪整段海岸線之海底環境調查,全面檢視適合佈管的區域,其結果如有理想的環境即可如預期完成重新佈管,但如檢視此區段無適合佈管之環境,建議可擴大調查之範圍,往北或往南尋覓合適的地區再佈管,不應勉強侷限於此處而徒增風險成本。至於「創研中心」及「種源支庫」廠區,仍可繼續作為研發創新之廠區,因研發所需水量不多,可考量以接管或載運的方式供水研發,再以取水位置為中心,規劃及輔導發展深層海水產業園區。

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  • 真是多災多難,最後還好完成了

    By    蔡蔡籽
  • 增廣見聞好多了呢!

    By    Flower Lion

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