第四章 地文性淹水預報模式之應用與討論
4.1 研究區域概述
4.1.4 土地利用分析
縣、鄉道連接。新市、新化、安定等地區農地重劃範圍分布於流域內，除虎 頭埤外，尚有嘉南大圳幹線由北向南輸水灌溉。
鹽水溪下游為感潮河段，長度達 17.3 公里(約至堤塘港橋附近)。安順寮 排水以東至南科園區開發邊緣以西，地勢低漥，為鹽水溪流域內易淹水地 區。
4.1.2 水庫概況
研究區域範圍內包含 3 個無控制之水庫，烏山頭水庫、南化水庫及鏡面 水庫。曾文水庫為臺灣最大之水庫，溢洪道有閘門控制洩洪量，並於研究區 域東側邊界流入曾文溪。本文之地文性淹水預報模式以曾文水庫之洩洪流量 歷線為入流邊界條件；烏山頭水庫、南化水庫及鏡面水庫，其溢洪方式為自 由溢流且為內部格區，故以堰流方式以水庫壩長做為格區流量交換之寬頂堰 長進行溢流量演算。
4.1.3 數值高程分析
研究區域陸域之數值高程資料，係採用 2006 年內政部「高精度及高解析 度數值地形模型測製工作」之成果資料，其資料為5 公尺 × 5 公尺格網精度之 數值高程模型(DEM)，研究區域之數值高程分布如圖 4-2 所示。由圖 4-2 可知 研究區域高程範圍約在-0.7 公尺至 1,181 公尺之間。
將數值高程圖套疊地形圖與航照圖可進一步分析研究區域內之邊界高 程，沿本文之研究區域邊界(圖 4-3)，以曾文溪河口右岸為起點，順時針方向 繪製邊界高程如圖 4-4 所示。由圖 4-4 可看出，邊界在水庫集水區及河道流域 分水嶺等為地表高程較高處，嘉南大圳南幹線、堤防、省道及縣道均為地表 高程較低處。
4.1.4 土地利用分析
本文使用之土地利用分類資料來源為內政部國土測繪中心於民國 95 年至 97 年所調查繪製之國土利用現況調查圖。土地利用分類共分為 3 級，第一級
42
分為 9 大類，第二級將第一級之分類細分成 41 類，第三級將第二級之分類再 細分為 103 類。1/5,000 土地利用現況圖檔第一級共分為農業用地、交通用 地、水利用地、建築用地、公共用地、遊憩用地、礦業及土石用地、森林用 地、其他用地等九項。除上述九項土地利用型態之外，另由 1/5,000 航照圖判 釋鹽業用地及魚塭，演算範圍內之 1/5,000 土地利用圖，如圖 4-5 所示，由土 地利用圖概略估算各土地利用面積所佔之比例，如圖 4-6 所示。土地利用情形 將用於評估淹水模擬時各網格之糙率係數。由圖 4-5 及圖 4-6 可看出研究區域 之土地利用型態以農業用地為主。本文依據第三級土地利用分類區分成十種 糙率係數之土地利用類型以決定各格區之糙率係數。
此區域有良好水資源，故不僅人口密度高，是臺灣重要的農業區，且有 許多高科技工業區，如南部科學工業園區、臺南科技工業區、和順工業區、
新市工業區、總頭寮工業區、永康科技工業區、安平工業區、新營工業區、
柳營科技暨環保園區等，非常需要淹水預警以採取及時應變措施，故本文選 擇為即時淹水預報模式之應用測試區。
研究區域依 3.2.1 節所述之演算格網佈置原則劃分為 9,031 格，如圖 4-7 所示，格區面積最小為 1,588 平方公尺，面積最大之格區為烏山頭水庫，其面 積為1037.6 公頃。
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圖4-1 研究區域位置與水系圖
圖4-2 研究區域之數值高程圖
44
圖4-3 研究區域邊界示意圖
0 40000 80000 120000 160000 200000
0
45
46
圖 4-7 研究區域之格網佈置圖
4.2 莫拉克颱風豪雨淹水現象模擬─模式參數之檢定
2009 年莫拉克颱風重創臺灣，颱風期間總降雨量達 2,777 公厘 (Ge et al.
2010; Hong et al. 2010)。本文模擬莫拉克颱風豪雨淹水現象，並與現地淹水調 查資料比對，以檢定適用之模式參數(糙率係數)。
4.2.1 雨量分佈及邊界條件
研究區域之淹水-排水現象與降雨量、沿海潮位及曾文水庫之洩洪流量有 關，說明如下：
47
研究區域內有 13 個中央氣象局雨量站分布如圖 4-8 所示，依徐昇法劃分 各雨量站之控制面積，其面積權重百分比如表 4-1 所示。每一控制面積內之各 格區以所屬雨量站之降雨組體圖作為輸入之雨量條件。13 個雨量站於莫拉克 颱風期間之面積平均降雨組體圖如圖 4-9 所示，可看出流域在颱風過程中之平 均降雨現象。各雨量站於莫拉克颱風期間個別之降雨歷程示於附表1-1。
沿海潮位依據莫拉克颱風期間將軍潮位站之潮位歷線如圖 4-10 所示，由 圖4-10 可知最大潮位約 1.45 公尺，發生於 2009 年 8 月 8 日 12:00。
曾文溪上游曾文水庫放流量受到操作規則之控制。莫拉克颱風期間曾文 水庫實際放流量如圖 4-11 所示。由圖 4-11 可知最大放流量為 8,367 cms，發 生於2009 年 8 月 9 日 08:00。
由於莫拉克颱風期間曾文溪堤防之石子瀨堤防(右岸)、大內堤防蒙正段 (右岸)及六分寮堤防(左岸)等堤段遭洪水沖毀，故本研究於莫拉克颱風之淹水 模擬考慮上述堤防之損壞，降低已損壞堤防段所在位置之所有格區交界，更 新以上述堤防段為交界之網格地文條件進行演算，考慮之堤防損壞位置如圖 4-12 所示。
本文應用上述降雨條件、沿海潮位條件與水庫放流條件，模擬莫拉克颱 風自 2009 年 8 月 5 日 00：00 至 8 月 13 日 04：00，合計 197 小時之淹水現 象，以檢定模式參數及探討即時演算效率。研究區域之各雨量站降雨與淹水 深度時空分布現象如附錄1.1 中之附圖 1-1 與附圖 1-2 所示。
4.2.2 演算結果與比較
目前調查資料只有淹水範圍及若干局部淹水深度。因地面水深超過 0.3 公 尺將妨礙交通救援，0.5 公尺以上的淹水水深將需救災。故本文以淹水深度為 0.3 公尺及 0.5 公尺以上的範圍與調查資料比較，瞭解演算結果之可靠性，以 降雨過程中，研究區域中水深超過 0.3 公尺及 0.5 公尺之範圍與調查之淹水範 圍比較，並用於調整模式參數。檢定結果，較佳之參數列如表 4-2，演算結果
48
套疊現地調查淹水範圍如圖 4-13 所示，二者大致相符。由圖 4-13 可看出，莫 拉克颱風期間淹水歷程中最大淹水深度超過0.5 公尺之區域，主要分布於圗 4-6 中之低漥地區，河流兩岸及匯流處，以及出海口附近等地。研究區域西邊沿 海魚塭及鹽田未納入淹水調查範圍，但圖 4-14 所示之莫拉克颱風期間之魚 塭、排水路淹水現象，可研判西邊沿海地區淹水深度超過0.5 公尺。
圖 4-15 為在莫拉克颱風期間，北勢洲橋附近之農田洪水痕跡(flood mark)，可看出當時水位曾超過電線高度。由電線桿高度，評估最大水深超過 6 公尺。由莫拉克颱風期間之淹水演算結果，圖 4-15 之農田格區最大平均水 深為 6.6 公尺，格區之平均地面高程為 14.39 公尺，由(14)式可得最大平均水 位為 20.99 公尺。又由 DEM 資料可得電線桿位置所在之地面高程為 14.1 公 尺，則由(15)式可得最大淹水深為 6.89 公尺，超過平均水深 6.6 公尺。
應用四核心個人電腦 (中央處理器 Intel(R) Core(TM) i5-2500 CPU @ 3.30GHz，記憶體 DDR3-1333 (1333 MHz) 16G)演算研究區域在莫拉克颱風期 間 197 小時之淹水過程，所需之計算時間少於 3 小時，平均每小時淹水演算 之計算機時間少於1 分鐘，可頗具即時演算效率。
表4-1 各雨量站之面積權重百分比
站號 C0O81 C0O90 C0O93 C1O84 C1O85 C1O86 C1O88 C1O92 C1O95 C1O96 C1O97 C1O98 C1O99
站名 曾文 善化 玉井 王爺宮 環湖 大內 關山 楠西 和順 崎頂 虎頭埤 新市 媽祖廟
面積權重
(%) 4.73 7.63 13.47 4.92 4.39 7.24 10.86 4.97 19.54 5.09 7.87 4.03 5.27
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表4-2 淹水預報模式參數檢定結果
土地利用分類 糙率係數
建築用地、公共設施用地、文化設施、遊樂場所、體育場所、
交通用地 0.1
稻作 0.15 森林用地、灌木荒地 0.35
旱作、牧場、草生地 0.25
礦業用地、空置地、裸露地、公園綠地廣場 0.2
鹽田 0.05
蓄水池(水庫、湖泊、埤塘)、水產養殖 0.02
洪水平原 0.07 河川 0.035 排水路 0.02
圖4-8 研究區域內雨量站徐昇多邊形網
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8/5 8/6 8/7 8/8 8/9 8/10 8/11 8/12 8/13
Time (hour) 0
10 20 30 40 50 60
0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00
(a) 2009 年 8 月 5 日 00：00 至 8 月 13 日 04：00
8/7 8/8 8/9 8/10 8/11
Time (hour) 0
10 20 30 40 50 60
0:00 0:00 0:00 0:00 0:00
(b) 2009 年 8 月 7 日 00：00 至 8 月 10 日 00：00
圖4-9 莫拉克颱風期間面積平均雨量組體圖
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8/4 8/5 8/6 8/7 8/8 8/9 8/10 8/11 8/12
Time (hour) -0.5
0.0 0.5 1.0 1.5
23:00 23:00 23:00 23:00 23:00 23:00 23:00 23:00 23:00
圖4-10 莫拉克颱風期間將軍潮位站潮位
52
23:00 23:00 23:00 23:00 23:00 23:00 23:00 23:00 23:00
(a) 2009 年 8 月 5 日 00：00 至 8 月 13 日 04：00
23:00 23:00 23:00 23:00 23:00
(b) 2009 年 8 月 8 日 00：00 至 8 月 11 日 00：00
圖4-11 莫拉克颱風期間曾文水庫洩洪量 8367 CMS
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圖4-12 模擬民國 98 年莫拉克颱風考慮之曾文溪堤防損壞位置圖
圖4-13 莫拉克颱風勘災調查淹水範圍套疊最大淹水深度圖
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圖4-14 莫拉克颱風期間台南市魚塭與排水路淹水情形
圖4-15 莫拉克颱風大內橋(北勢洲橋)附近之現勘照片
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4.3 凡那比颱風豪雨淹水現象模擬─模式參數之驗證
2010 年凡那比颱風期間總降雨量達 1,127.5 公厘。本文以表 4-2 檢定之程 式參數，模擬凡那比颱風之降雨淹水現象，並與現地調查資料比對，以驗證 模式參數之檢定結果在研究區域之實用性。
4.3.1 雨量分佈與邊界條件
凡那比颱風期間，研究區域內 13 個雨量站之面積平均雨量組體圖示如圖 4-16。如同前述之檢定演算，以凡那比颱風期間，13 個雨量站之雨量記錄，
將軍潮位站之潮位歷線(圖 4-17)及曾文水庫洩洪流量歷線(圖 4-18)為模式輸入 之水文條件，進行驗證演算。
本文應用上述降雨條件、沿海潮位條件與水庫放流條件，模擬凡那比颱 風自 2010 年 9 月 17 日 01:00 至 9 月 22 日 00:00，合計 120 小時之淹水現象，
以檢定模式參數及探討即時演算效率。研究區域之各雨量站降雨與淹水深度 時空分布現象如附錄1.1 中之附圖 1-3 與附圖 1-4 所示。
4.3.2 結果與比較
淹水演算結果，取淹水深度超過 0.3 公尺及 0.5 公尺之範圍套疊現地調查 淹水範圍如圖4-19 所示，二者大致相符，顯示檢定參數可應用於研究區域。
模擬凡那比颱風期間，降雨 120 小時之淹水過程，所需之計算機時間少 於 2 小時，平均每小時淹水演算所需之計算機時間少於 1 分鐘，如同檢定結 果，頗具演算效率可應用於預報演算。
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9/17 9/17 9/18 9/18 9/19 9/19 9/20 9/20 9/21 9/21 9/22
Time (hour)0 10 20 30 40 50
1:00 13:00 1:00 13:00 1:00 13:00 1:00 13:00 1:00 13:00 1:00
(a) 2010 年 9 月 17 日 01：00 至 9 月 22 日 00：00
13:00 1:00 13:00 1:00 13:00
9/18 9/19 9/19 9/20 9/20
Time (hour) 0
10 20 30 40 50
(b) 2010 年 9 月 19 日 01：00 至 9 月 20 日 13：00
圖4-16 凡那比颱風期間面積平均雨量組體圖
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9/17 9/17 9/18 9/18 9/19 9/19 9/20 9/20 9/21 9/21 9/22
Time (hour)-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5
Tide level (m)
0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00
圖4-17 凡那比颱風期間將軍潮位站潮位
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(a) 2010 年 9 月 17 日 01：00 至 9 月 22 日 00：00
Discharge (CMS)
(b) 2010 年 9 月 18 日 12：00 至 9 月 20 日 01：00
圖4-18 凡那比颱風期間曾文水庫洩洪量 1950 CMS
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圖 4-19 凡那比颱風勘災調查淹水範圍套疊最大淹水深度圖
4.4 預報演算測試
為進一步探討本研究地文性淹水預報模式之即時演算效能與預報能力，
凡那比颱風期間，以 QPESUMS 雷達格網之氣象觀測與預測之降雨量空間分 布，進行地文性淹水預報模式之預報演算測試。
凡那比颱風期間，以 QPESUMS 雷達格網之氣象觀測與預測之降雨量空間分 布，進行地文性淹水預報模式之預報演算測試。