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充氣橡皮壩

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'''充氣橡皮壩'''({{lang-en|Inflatable rubber dam}})是一種用於阻擋河川水流的[[水利工程]]構造物<ref name="經濟部水利署"/> 。又簡稱為'''橡皮壩'''<ref name="經濟部水利署"/> 。充氣橡皮壩是在河道上安裝一種當充氣時便會鼓起阻擋水流的[[橡皮]]製[[水閘門]],當橡皮壩消氣時,水流便會直接通過橡皮壩上方,並不會對河道產生阻礙<ref name="經濟部水利署"/> 。其主要用於灌溉、蓄水與防洪排水等用途<ref name="行政院農業委員會2"/><ref name="鴻華化學工業股份有限公司"/>
== 起源 ==
充氣橡皮壩最初於1956年時在[[美國]]研發出,世界上第一座成功商業化安裝的充氣橡皮壩是1957年在美國[[洛杉磯河]]所安裝的充氣橡皮壩<ref name="行政院農業委員會"/><ref name="行政院農業委員會2"/> 。這座充氣橡皮壩是由[[杜邦公司]]提供材料以及[[燧石公司]]進行施工後,共同研發並安裝完成啟用,當時這座充氣橡皮壩的壩高1.52公尺、橡皮壩長6.1公尺、橡膠外皮厚3公厘、強度為90KN/m<ref name="行政院農業委員會"/>
在第一座充氣橡皮壩成功商業應用後,世界各國紛紛開始投入橡皮壩的設計與研發,其中,橡皮壩始祖的美國,對橡皮壩進行過有系統的試驗研究和理論計算,[[英國]]的[[沃林弗德水力學研究室]],也對橡皮壩做過水工模型來進行試驗以及理論研究,爾後更提出充氣橡皮壩在靜水壓力和動水壓力下的理論形狀,把橡皮壩的計算形狀和穩定性與模型試驗結果進行了對比<ref name="行政院農業委員會"/> 。前[[蘇聯]]方面,也對橡皮壩進行了試驗研究,並於1966年完成了前蘇聯國內的第一座充氣橡皮壩<ref name="行政院農業委員會"/>
近10年來,美國與[[澳大利亞]]等[[國家]]對充氣橡皮壩進行了更進一步的試驗研究<ref name="行政院農業委員會"/> 。譬如,[[維吉尼亞州]]的綜合研究院與[[維吉尼亞州立大學|州立大學]],便針對充氣橡皮壩的[[自由振動]]、[[三維振動]]、[[非線性振動]]以及壩頂溢流等方面進行了試驗研究,並採用了有限元的方式對充氣橡皮壩的充氣外皮形狀進行分析。澳大利亞的[[昆士蘭大學]]土木工程系也針對充氣橡皮壩的減振裝置,如在橡膠外皮上加設[[挑流鰓]]以減輕橡膠壩袋的振動進行了實驗以及理論計算<ref name="行政院農業委員會"/>
目前,[[日本]]是全球針對充氣橡皮壩研發速度最快的國家,至今日本國內已有超過3,000多座的充氣橡皮壩投入商業應用中<ref name="行政院農業委員會"/> 。而日本的充氣橡皮壩,在製造與研發方面,大多由國內的幾家廠商壟斷,其原因在於,日本的橡膠工業發達,並且這些廠商於充氣橡皮壩正式推出的早期,便看準了充氣橡皮壩所帶來的[[經濟]]與技術效益<ref name="行政院農業委員會"/>
日本國內目前以[[住友]]和[[普利司通]]兩家橡膠製品廠商在充氣橡皮壩的研發與製造上最具代表性,光是[[住友公司]]2005年便向美國出口了高達700多座的充氣橡皮壩產品<ref name="行政院農業委員會"/> 。因此在充氣橡皮壩的高度建設方面,日本也囊括了目前世界上最高的充氣橡皮壩,該座充氣橡皮壩便是[[普利司通]]公司為[[荷蘭]]興建的[[藍帕爾橡皮壩]]<ref name="行政院農業委員會"/> 。這座充氣橡皮壩的壩高有8公尺,其內部注入物為水與空氣雙用,整座充氣橡皮壩共分有三個壩袋橫跨於河道上,使年限有25年<ref name="行政院農業委員會"/>
== 材質構造 ==
充氣橡皮壩的結構是透過[[錦綸]]或是[[維納綸布]]等材料作為受力骨架,這種材料具有靈活可變形以及良好的耐磨性等特點<ref name="經濟部水利署"/> 。外皮部分則是利用[[氯丁橡胶]]來作保護層,以產生膠合及密封的作用。部分充氣橡皮壩的外皮材質中,還會嵌入[[不銹鋼]]或是[[陶瓷芯片]]在外皮結構中,以減少河水所夾帶的尖銳砂石、樹枝等外力將其刺破<ref name="經濟部水利署"/>
充氣橡皮壩的內部通常會以空氣、水或者兩者皆用作為注入物。然而,目前趨勢是以空氣注入較為廣泛採用,由於注入空氣比水在注入時間上,充氣以及洩氣來得更快,當充氣橡皮壩安裝於低溫環境下時,注入空氣能夠防止注入水發生凍結的現象<ref name="行政院農業委員會"/>
== 優點 ==
充氣橡皮壩優點在於,建造成本相較於[[混凝土]]結構的[[水壩]]來的更低,並且具有非永久性阻擋水流、不漏水、抗震性能強、對基地要求低及施工期間短等等的優點,並且,充氣橡皮壩能在洪水期間自動倒伏渲洩洪水,防止攔河堰上游水位過高造成洪水氾濫的狀況<ref name="經濟部水利署"/><ref name="鴻華化學工業股份有限公司"/>
== 缺點 ==
充氣橡皮壩的缺點在於,由於其外皮是由橡膠組成,因此容易受到河川所夾帶的砂石劃破及磨損,因此,充氣橡皮壩的使用壽限相較於一般的混凝土結構攔河堰來的更短<ref name="經濟部水利署"/><ref name="鴻華化學工業股份有限公司"/>
== 使用環境 ==
充氣橡皮壩因為它的特殊材質特性,因此並非所有的河川環境下,皆能夠安裝使用。因應充氣橡皮壩的特點安裝地點必須考量到地形、地質、水流量、含沙量以及環境影響等等的因素。並且,基於壩袋的特性,安裝地點應選擇在河道水流相對平順,以及河床邊坡穩定的河段<ref name="行政院農業委員會"/> 。如此一來,不僅能夠避免發生波狀水躍、折沖水流等狀況,也能夠防止有害的沖刷和淤積造成橡皮壩受損,進而降低壩袋的震動與磨損,增加橡皮壩的使用年限<ref name="行政院農業委員會"/>
一般狀況下,如果充氣橡皮壩安裝的河道如果剛好是河道的轉彎處,因水流不平穩,因此會碰到橡皮壩壩袋震動的狀況,這使得壩袋摩擦壩底的狀況加劇,影響橡皮壩的使用年限<ref name="行政院農業委員會"/> 。而如果安裝地點是在河床與岸坡不穩定的環境下,同樣會增加橡皮壩安裝後的維護成本<ref name="行政院農業委員會"/> 。因此,在選擇安裝地點時,必須選定在河道上下游均有一定長度的水流平直段<ref name="行政院農業委員會"/> 。同時,也要充分的考慮到河床或河岸的地理特點,以及安裝後是否會對環境造成影響<ref name="行政院農業委員會"/>
== 實例 ==
=== 臺灣 ===
* [[高屏溪攔河堰]] - 臺灣第一座自製充氣橡皮壩<ref name="經濟部水利署"/>
* [[羅東攔河堰]]
* [[玉峰堰]]
=== 荷蘭 ===
* [[藍帕爾橡皮壩]] - 歐洲最大的充氣橡皮壩,也是全球最高的橡皮壩<ref name="行政院農業委員會"/>
== 參見 ==
* [[水利工程]]
== 資料來源 ==
<ref name="經濟部水利署">{{Cite web|language=zh-tw|url=http://www.wra.gov.tw/ct.asp?xItem=11773&ctNode=4787&comefrom=lp|title=臺灣首座自製的橡皮壩攔河堰?|author=|publisher=經濟部水利署|date=2015-09-15|accessdate=2016-06-26|deadurl=yes|archiveurl=https://web.archive.org/web/20160305011718/http://www.wra.gov.tw/ct.asp?xItem=11773&ctNode=4787&comefrom=lp|archivedate=2016-03-05}}</ref>
<ref name="行政院農業委員會">{{Cite web|language=zh-tw|url=http://doie.coa.gov.tw/upload/seminar/20070816224113-03.pdf|title=自動倒伏堰(橡皮壩)規劃設計|author=吳國鎮|publisher=行政院農業委員會|date=2007|accessdate=2016-06-26}}</ref> <ref name="行政院農業委員會2">{{Cite web|language=zh-tw|url=http://doie.coa.gov.tw/upload/seminar/20070816224113-02.pdf|title=倒伏堰施工品質面面觀|author=|publisher參考文獻 = 黎明工程顧問股份有限公司|date=2007|accessdate=2016-06-26}}</ref> <ref name="鴻華化學工業股份有限公司">{{Cite web|language=zh-tw|url=http://www.rubber-dam.com/tpl_show_select.php?f_id=20|title=橡皮壩的基本功能|author=|publisher=鴻華化學工業股份有限公司|date=|accessdate=2016-06-26}}</ref> <ref name="Adam T. Bower Dam">{{cite web|url=http://www.pavalleys.com/common/property.asp?DirectoryID=357 |title=Adam T. Bower Dam |accessdate=2016-06-26 |deadurl=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20050824015045/http://www.pavalleys.com/common/property.asp?DirectoryID=357 |archivedate=2005-08-24 reflist}}</ref>
[[Category:443 水利工程]]
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