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極端降雨影響曾文水庫集水區大規模崩塌土砂量之變異分析

2009年8月8~9日莫拉克(Mo-rakot)颱風侵襲台灣挾帶極端強降雨量，促使嘉義縣、高雄市及屏東縣等轄內山區連續累積三天之最大降雨量高達2,900公厘以上，幾乎佔台灣全年平均降雨量之85%，而南投、臺南及屏東等地區之最大三天累積降雨量亦超過1,500公厘，因而造成嚴重山崩、土石流、堰塞湖、洪患與土砂災害。依據農委會水土保持局(2010)與成大防災中心(2010)之福衛二號(Formosat II)衛星影像判釋分析顯示，屬莫拉克重災區之高屏溪流域即有多達10,904處崩塌，總崩塌面積高達18,113公頃。有鑑於此，本研究計畫，遂以GPS/GIS/RS科技整合技術應用於曾文水庫集水區內大規模崩塌土砂災害區之野外調查和受災區相關災情資訊之蒐集分析，俾期能掌握曾水庫集水區內坡地大規模崩塌之致災因素與其土砂運移行為分析探討，甚至對其致災區域範圍之判釋，俾期降低崩塌土砂災害致災風險。因此如何考量南台灣因受全球氣候變遷衍生極端降雨之衝擊影響下，進行大規模崩塌土砂災害發生機制探討與曾文水庫集水區內之崩塌土砂生產量變異分析，終至提出集水區土砂災害治理策略，延續水庫蓄水壽命，確保水庫整體治理，進而確保國土永續利用目標，乃為本研究之重要課題。

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ANSYS用於控制性低強度材料擋土回填之二維與三維應力變位分析

以節能減碳的再生材料--控制性低強度材料(Controlled Low Strength Materials; CLSM)替代傳統材料運用於回填工程，其具有自充填、易開挖、低成本的特質。為了解擋土回填結構之安全性及穩定性，本研究使用有限元素分析軟體ANSYS V17分析級配土、CLSM-B80/30%、CLSM-B130/30%使用於擋土回填結構，在三種外力（集中力、條狀均佈力及均佈力）作用下的應力及變位情形。二維分析為平面應變，使用PLANE183元素，三維分析擋土牆長度為20公尺，厚高比（B/H值）為2，元素使用SOLID186。二維與三維有限元素應力及變位分析結果顯示，三種材料受相同載重作用下，使用CLSM-B130/30%回填之沉陷量最小，級配土沉陷量最大，CLSM-B80/30%及CLSM-B130/30%之回填表面沉陷量為級配土之40%及10%，CLSM確實優於一般回填土壤，說明CLSM材料性質的優越性並能應用於擋土結構之回填工程。

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臺灣西南海域泥貫入體抬升及天然氣水合物解離所引發的大型海底山崩

根據反射震測及多音束水深資料，在臺灣西南海域首次發現1處大型海底山崩，命名為「枋寮山崩」，枋寮山崩位於枋寮峽谷西側的大陸斜坡，分布水深約420~900公尺，枋寮山崩的海床呈現約1˚ ~ 2˚的平緩地形。山崩長度約15公里，寬度約10公里，估算崩塌體積約26平方公里，山崩頂部崩崖位在泥貫入體MD7-1的南翼，崩崖高度約30公尺，東側邊界為斷層A，西側邊界為斷層C及D，山崩區域可分為5階的階地地形，顯示有數次的潛移活動。依據地形，可將崩塌地劃分為上部段及下部段，分界水深約600公尺，此深度為臺灣西南海域天然氣水合物賦存的最小水深。崩塌形成的機制和泥貫入體MD7-1的抬升有關，而下部段則再受到天然氣水合物解離的影響，造成下部段的海床地形比上部段更崎嶇不平。

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太平島鄰近海域石油盆地系統及油氣資源量

本研究是彙整及分析太平島鄰近的石油系統及其油氣資源量（或潛能）。根據所蒐集的太平島鄰近盆地之文獻，禮樂盆地之生油岩較老，主要以古新世晚期以迄始新世晚期之地層為主；曾母盆地及汶萊-沙巴盆地生油岩之則較年輕，主要以中新世早期到中新世晚期之地層為主。在儲集油氣層之年代方面，禮樂盆地與南薇盆地形成時間相近，主要以始新世早期至中新世晚期之地層為主；曾母盆地則以漸新世晚期至上新世之地層為主，汶萊-沙巴盆地則是集中於中新世早-晚期之地層。蓋岩層部分，禮樂盆地是在始新統至上新統地層間之頁岩或泥岩皆可成為蓋層；南薇盆地之蓋層是在上新統內之頁岩或泥岩；曾母盆地除了上新統之頁岩或泥岩為蓋層外，中部中新統內也有蓋層存在，汶萊- 沙巴盆地的蓋層則以中部- 上部中新統之頁岩或泥岩為蓋層。彙整及分析文獻的結果顯示太平島鄰近區域石油盆地之油氣資源量（總儲量），以曾母盆地最多，約有287~3,109億桶油當量。其次為汶萊- 沙巴盆地，約有63~451億桶油當量。而禮樂盆地約有91~145億桶油當量。推估太平島所在之鄭和盆地之油氣資源量約有38~48億桶油當量。

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油氣層流體熱力學狀態方程式之應用

油氣層流體PVT 試驗所得數據除可用於黑油模型之數值模擬，亦可進行熱力學狀態方程式(Equation of State) 擬合，擬合之精確性將有助於對油氣層流體之相行為描述，進而用於成份模擬及流動保障之各項工程計算。故針對實驗室PVT 報告進行各試驗資料擬合將是油層模擬及其他工程估算之先行重要工作。PVT 試驗資料，除了傳統應用於試井解釋、油層黑油和組份模擬、單井產能分析、後續二、三級採油規劃(EOR) 開發外，另外可延伸應用於流動保障(Flow Assurance)、成份遞變(Composition Grading)、最佳分離器設定狀態和共同狀態方程式(Common EOS)、地層流體去污化(Decontamination) 等分析。本研究採用A 礦區B 和C 兩口井，各兩不同深度流體PVT 試驗資料，以擬合後之狀態方程式進行流動保障、共同狀態方程式、成份遞變和最佳分離器設定狀態之分析應用。

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電廠鍋爐除礦水超微量成份監控技術開發

電廠鍋爐使用除礦水作為飼水，產製高壓蒸汽發電。因鍋爐屬高溫、高壓操作設備，當飼水陰/陽離子偏高時，爐管易發生點蝕及積垢問題，影響設備壽命與熱交換效率；除礦水陰/陽離子關鍵成份屬ppb等級，穩定控制技術待突破。本公司電廠除礦水之產製，水質分析頻率偏低為1次/週，陰/陽離子有超標疑慮，需研發線上監控技術。本研究利用線上離子層析儀，開發即時掌握除礦水超微量成份變動趨勢技術，達成水質100%監控之目的，並將陰塔樹脂出水導電度及操作策略最適化，提昇產水量。本研究建立能精準掌握7種陰離子F^-/Cl^-/Br^-/NO_2^- /NO_3^- /PO_4^(3-)/SO_4^(2-)與6種陽離子Li^+/Na^+/K^+/Ca^(2+)/Mg^(2+)/NH_4^+濃度ppb級線上監測系統，作為再生作業及回饋控制水質之依據。研發成果，除礦水Na^+/Cl^-/SO_4^(2-)之年異常頻率從3%降至0%，大幅提昇水質穩定性，每年降低再生次數10%，節省陰塔再生液鹼107噸/年。再者，藉由監控技術精準調控與陰塔操作最適化，提升除礦水總產能11.6%。

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高料層碳熱還原煉鐵之操作條件較佳化

近幾年來，全球社會對於環保意識高漲，一貫作業鋼廠為了永續經營與維護地球生態，積極地投入能兼具節能減碳和低污染排放之新煉鐵方法。在各式的新煉鐵技術中，高料層碳熱還原不僅有此優勢之外，亦可使用低品位煉鐵原料。本研究係利用直交表L_9(3^4)實驗設計來找尋高料層碳熱還原之適當原料選配與反應條件。實驗所得直接還原鐵(Direct Reduce Iron DRI)試樣之鐵金屬化率和金屬鐵產率分別做為產品品質和製程效率之追求標的。經田口方法分析後，已分別找到針對金屬化率與金屬鐵產率之影響因子及最佳的操作條件，再經實驗驗證後，得到DRI金屬化率達90.2%、金屬鐵產率達53.2(Kg-Fe)/(h*m^2)，均與預測值相互吻合，證明依此實驗設計法作為高料層碳熱還原之選配料與基本反應條件找尋是可靠的。根據此結果，則能透過操作參數的調整來達到不同的生產目標。由癱軟DRI之樣品分析顯示鐵相內的含碳量達4.7wt.%，且料層內之溫度已超過1300℃。推測係DRI樣品內殘餘C與金屬鐵發生滲碳反應，導致金屬鐵的熔點降低，使DRI發生癱軟。而在推升DRI屬化率的有效方法為增加生料內的配碳量、提高還原溫度、延長還原時間等，但操作過度可能將導致DRI發生癱軟，甚至熔化。

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熱軋高強度低降伏比JSH780Y汽車用鋼開發

有別於傳統一般等級鋼材以肥粒鐵與波來鐵為顯微組織基地，雙相鋼採用軟質肥粒鐵與硬質麻田散鐵共同組成兩相的組織，因此兼具肥粒鐵之高延展性與麻田散鐵之高抗拉強度的雙重特性。汽車業者對零組件輕量化、美觀及造形多樣化的需求日益提高，往780MPa更高強度及高成形性等級汽車用鋼發展，已是不可避免的潮流。透過相關冶金與關鍵製程技術的充分掌握，中鋼使用兩階段冷卻控制技術，生成適量比例之肥粒鐵和麻田散鐵組織，並提高相分佈的均勻性，順利完成JSH 780Y熱軋高強度汽車用鋼開發。經驗證其鋼材機性均符合規格要求，且經車廠試用亦能滿足需要的加工性能。未來將持續朝向超高強度與良好成形性兼備的次世代汽車用鋼發展，以滿足汽車產業低成本、高功能、低能耗及高安全性的產業競爭力需求。

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SPA-H鋼料銲接性能提升

某集裝箱客戶抱怨SPA-H耐候鋼料，在高效率銲接時(120cm/min)出現銲寬不足、燒穿、銲道滲透性差等問題，須降速生產，導致貨櫃日產量無法達標，要求供應商改善鋼料品質。經現場會驗與模擬銲接試驗，研判因(1)鋼料成分設計導致熔池滲透性不足，銲接時須配合加大電流，導致入熱量過大而燒穿比例增加、(2)鋼捲平坦度水準不穩定或內部殘留應力較大，易造成兩塊鋼板銲接時銲道偏移與高低落差，形成銲穿。經採(1)調整成分，改善熔池滲透性，(2)薄板鋼料經調質與張力整平，釋放殘留應力；改善料經客戶驗證，銲道燒穿、滲透不足現象皆獲改善，符合高效率銲接需求，成功提升SPA-H鋼料之銲接性能，滿足下游客戶日趨嚴謹之加工條件與產品需求。

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SUS441表面鍍覆錳鈷氧化物保護膜之微結構及電化學特性

本研究於商用之肥粒鐵系SUS441 不銹鋼基板表面，以脈衝直流磁控濺鍍方式分別鍍覆1.5 μm 及3.5 μm 之錳鈷氧化物(Mn, Co)_3O_4(MCO) 保護膜， 經800 ℃，1800 小時2 LPM空氣下熱處理後，探討其保護膜層及基板氧化層組成、微結構與電化學阻抗之關係，並比較不同預氧化條件（800℃，25 小時及850℃，25 小時）處理後，鍍覆3.5 μm 之MCO 保護層對電性之影響。試樣經800℃熱處理1800 小時後，量測室溫下之電化學阻抗頻譜(EIS) 及高溫面積比電阻(ASR)，建立等效電路模型模擬各膜層之阻抗並與XRD、SEM/EDS 之分析觀察比較，透過數值模擬了解各氧化層間之電性關係，並提出反應機制。研究結果顯示，鍍覆MCO 能有效抑制鉻元素擴散，提高導電效率，經800℃空氣下1800 小時之熱處理，MCO 與基板氧化層形成一穩定且擁有較佳電性之(Mn, Co, Cr)_3O_4 層，且於MCO 鍍膜厚度為3.5 μm 之試樣，擁有最佳之電性。