水利工程设施现况研究

2018-05-07段素华

科技创新导报 2018年1期

段素华

摘要：水利建造物系防洪排水设施，为维护公共安全与防范灾害发生，对于水利建造物兴建完成后的维护管理，以现勘调查资料为研究基础，提出检查的问题，分别研究并分析其改善的方法，尝试利用以现有水利建造物的检查成果，以客观方式评估建造物状况与其整体指标，提出适切的改善方式，做优化的改善建议。本研究分析结果发现，依目前规定，在执行上受限人力、经费、环境、设备等因素，及检查人员经验和素质等因素，形成主观判断，影响检查评估结果；因无量化评估方法，政策不易精确引用调查结果，即直接对水利建造物进行改善作业，实需作进一步提升。

关键词：水利建造物质量检查研究

中图分类号：S277.7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）01（a）-0031-02

现在全球气候的异常与变迁，各类水利工程设施的建构与维护已成未来国家防灾发展的重要趋势，其前提须能有效配合气候的变异并在合理的经费条件下，而能提出一系列可因应的方案。在环保意识下未来公共工程投资将不再一味的制造大量的工程量体，而应逐渐朝向既有设施与建造物维护管理为主。以某辖内的水利构造物利用适当的管理手法与策略为例，将辖内各大水系，依照水利法的规定，实施定期及不定期调查工作，进而将调查的成果应用于地理信息系统，形成一种高效能的防灾管理工具，提供辖区内行政机关于防灾作业及天然灾害发生时紧急应变用。

1 水利构造物

（1）防水建造物：防护河川、海岸及区域排水的建造物，如堤防、防洪墙、护岸、丁坝、防砂坝、潜坝、固床工、水门等。

（2）引水建造物：引水或输水量达每秒0.3m3以上或其设计通水断面积达1.0m2以上的取水工、隧道、渡槽、管路箱涵、渠道、圳路及其他越域引水工程等。

（3）蓄水建造物：以蓄水为主要功能的建造物，其设计蓄水深度达3m以上或设计蓄水量达2万m3以上的堰、坝、水库、人工湖等。

（4）泄水建造物：排水或泄水量达每秒0.3m3以上或其设计通水断面积达1.0m3以上的抽水站、排水路、放水路等。

（5）抽汲地下水的建造物。

（6）与水运有关的建造物：开凿运河及其相关设施。

对于公共工程而言，其生命周期包括规划、设计、施工、维护及拆除重建等几个阶段，由于目前国内于工程的规划、设计时间大都仅以施工成本或施工工期为最佳方案的选择考量，未能将设计考量的重点延伸至后续的使用与维护成本，无法达到生命周期成本优化的目标，亦及于规划、设计时间除考量施工的工期、成本与经济可能性外，也须对未来维护保养所需经费与管理人力、能源与材料消耗、使用寿限与营运效益等一并加以评估考量，以达成整体投资最经济、符合社会公义与永续发展等目的。

水利构造物检查目的是在检查水利构造物设施现况是否尚具有设计的功能，是否损毁，以及发现是否有任何可能导致发生灾害或应予检讨分析的状况。而水文环境的大幅改变，形成建造物破坏、丧失功能或失败的风险，在作业上必须定期进行检查。

水利构造物评估的目的在，确认设施现况，是否尚能符合原規划设计标准及安全要求，并进一步评估各种表面及潜在因素对功能及安全的不良影响。防水、泄水构造物兴建是以当时知识及已累积可取得的资料，根据当时环境状况与设计标准而规划设计。然而，若干年后，或因为相关设施老旧，无法达到设计条件要求；或因水文或法规条件改变，而使得兴建时采用的设计条件，已经无法满足现况下的设计标准，需要进行安全评估。

2 地理信息系统

地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是由地理学（Geography）、信息（Information）及系统（System）三者组合而成，其中地理学是指真实世界中空间组成对象的描述；信息展现出空间对象相关的资料或信息；系统则是应用计算机技术作为处理工具，支持地理学与信息的分析，为一套计算机辅助空间输入、储存、寻找、分析、展示的系统，若以完整的架构而能实际发挥功效而言，地理信息系统可以视为运用计算机硬设备与软件程序，并以完备的组织形态结合相关的机构与具备相关运用领域的专业人员，所建立的地理资料处理系统，整合地理资料建立空间关系的资料库。

GIS可分为两个层面来说明：第一为技术为导向，将地理信息系统视为进行真实世界空间资料收集（Collecting）、储存（Storing）、撷取（Retrieving）、转换（Transformation）与展示（Displaying）有效工具组合；第二是以问题解决为导向，将其定义为应用具有空间性的资料来解决具地理性问题的系统。

GIS以数位化形式收集包含点、线、面等空间或非空间资料，让使用能更有效率的存取资料，并将资料加以处理、分析、修改、展示等，让使用者能透过软硬件的辅助以对这些空间或属性资料操作分析得到更多的衍生资料，以供规划及决策者进行分析决策用。就运用功能而言，地理信息系统主要目的是透过迭图及空间分析功能，将原始的地理资料转变为能支持空间决策的信息，可说是空间资料的整合性资料库。

GIS系统资料形式可分为空间图形资料（Spatial Data）和属性资料两类，前者大多是图形资料，用来表现空间相对位置的特征，如航照、地形图、地藉图等；后者则为说明空间物体特征的叙述性质料，如各区域的人口数等属性资料。上述空间图形资料又可分为网格式（Raster）资料与向量式（Vector）资料两大模式，其差异在于网格式的资料结构是以一个均质矩阵表示，矩阵内各单元皆是以一连续的平面来处理，一个单元代表一个面积，单元内的资料都是以单一概略化的平均值表示，所以单元越大其概略化程度越高，其所代表精度越低，单元越小其概略化程度越小，其所代表精度即越高，故各单元面积决定网格式资料精度。而向量式资料结构则是以一系列的点来表示点（Point）、线（Line）、面（Polygon）的空间地理资料，故没有资料概略化问题。向量式资料模式较符合真实世界形貌，比较容易接受，且其资料容量小，几何精度高，而网格式资料模式其资料收集快速，结构单纯与格式转换简单（蔡博文及丁志坚 2005）。

3 资料库系统建置

3.1 计划河系基础调查作业成果介绍

主要以该区域排水65条，及1条河川，共66条。研究计划范围所属的各河系所完成的初步调查成果。调查成果点位，蓝色线条为区域排水的河川，圆圈为本次调查成果的位置，按于图标篇幅的限制，分别将水系以其坐标位置分别与不同图标依其上下游关系加以表达。水系调查成果方面则可用图标加以表达，其顺序依照河川由下至上游的方向表达本研究计划的调查成果。为准备后续相关的地理信息系统软件应用的需求，水利构造物调查点位资料则需加以整理为Microsoft Excel 2010表格，即将水利构造物点位资料汇入 MicrosoftAccess 2010，再用Access建立ODBC与 AutoCAD Map 3D 2012连结，作为查询系统，作为资料库查询系统使用。

3.2 检查报告及汇报

对水利建造物安全评估各项目的结果及建议逐一作总结的叙述。安全评估结果的内容要求如下：

（1）须对水利构造物工程布置、结构安全及维护管理作整体评估。

（2）须对水利构造物目前功能及相关安全问题予以评估。

（3）须对水利构造物潜在因素可能影响未来功能及安全问题予以评估。

（4）叙明水利构造物评估结果的等级区分。

①总评为“立即改善”者：因结构物损坏严重，直接影响防汛功能、危及居民生命财产安全须优先执行，纳入“年修计划”。

②总评为“注意改善”者：虽建造物局部损坏，尚无立即的危险，为防止损害扩大，纳入“新建计划”。

③总评为“计划改善”者：属建造物仅局部缺陷、年久失修，或原为自然边坡预计施做护岸等情况，纳入“相关计划”。

建议改善事项的内容要求如下：

（1）根据水利构造物的安全评估等级，针对各项问题与缺失提出改善措施的方向及原则建议。

（2）根据已有的资料在现阶段无法做适当的评估，需做更进一步的试睑，研究与分析者，应在建议中提出。