認識拱壩以及其簡易分析 | 魚的世界
![認識拱壩以及其簡易分析](https://i.imgur.com/cDrTAjT.jpg)
2016年9月29日—儘管年平均降雨量高達25002500毫米而高居全球排名第1313名,水資源...由於相較於其他種類的水壩,拱壩的壩體較薄,故其所使用的混凝土量較少, ...
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國立臺灣大學土木工程學系四年級 陳鵬元
認識拱壩以及其簡易分析(Introduction and simple analysis of arch dams)儘管年平均降雨量高達 25002500 毫米而高居全球排名第 1313 名,水資源看似不虞匱乏,台灣卻是全球排名第十八缺水的國家。這是因為台灣的地勢陡峭,使得河川的河床比降極大,且因台灣東西狹長,河流又多為東西流向,使得河流短促,造成大部分的降水進入河流後都迅速流入海洋,無法有效儲存。再加上台灣的降雨時間較集中,無法一下儲存這麼龐大的水量,只能任由其流入海中。又因地狹人稠,導致台灣每人每年可分得的水資源大約只有 40004000 立方公尺,僅約世界平均的五分之一。
解決上述狀況的方法,便是廣築水庫來儲水。因此在小小的台灣,我們就有百座以上的水庫。這些水庫給予人們的印象通常都是又厚又寬的笨重外觀,但是其中幾座水庫卻有著與眾不同的外觀,例如翡翠水庫、德基水庫以及谷關水庫(另有榮華壩,但其為攔沙壩)。相較於其他的水庫們,這些水庫有著薄而弧的優雅曲線,我們稱它們為「拱壩」(Arch dams)。 顧名思義,拱壩的外型呈現一水平拱形,凸面朝向上游,凹面朝向下游。那麼為什麼要將水壩建成拱形的呢?以下就讓我們簡短地介紹拱壩,並透過簡單的力學分析來解釋拱壩的力學原理。
圖一 翡翠水庫(臺北翡翠水庫管理局提供)
拱壩為混凝土壩,從水平面來看,其朝上游方向拱起,適合建造於具有陡峭且堅固山壁的峽谷中。由於相較於其他種類的水壩,拱壩的壩體較薄,故其所使用的混凝土量較少,可節省工程的材料用量並降低運送的難度。而依照壩體的外側弧線(凸起面)與內側弧線(凹入面)於不同高度下的圓心位置,拱壩可分為定心拱壩 (Constant-center arch dams) 與變心拱壩 (Variable-center arch dams) 兩大類(圖二)。 定心拱壩不管是拱的外側弧線或內側弧線的圓心皆在同一點上,且不...
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