文獻分析

蒐集與本研究相關之文獻後進行分析，依淹水預報、洪水預報及減災措施等相關研究分 別說明如下。

壹、 淹水預報相關研究

淹水預報可分為因河流洪水溢越堤防或河岸引起之氾濫積淹，以及沖積平原上雨水逕流 渲洩不暢引起的積淹。前者為外水溢淹，後者為內水漫淹，本研究主要探討都市內水引致之 積淹水，因都市地區之內水積淹現象會受外水影響，上述外水、內水預報及沿海淹水潛勢之 相關研究整理分述如下。

一、外水溢淹預報

1971 年美國國家氣象局發展非線性概念式降雨逕流演算為基礎之河川預報系統(The National Weather Service River Forecast System, NWSRFS)在美國有廣泛的討論與應用，例如 1980 年 Kitanidis 等人以 6 小時之即時流量與降雨資訊，預報前導時間 6 ,12 ,18 ,24 ,30 與 36 小時之流量，並討論模式與觀測資料之誤差(Kitanidis and Bras, 1980)，Georgakakos 與 Bras 應 用於美國 Oklahoma 州的 Bird Creek 流域，以 6 小時之流量紀錄，演算 1959 年 5 月及 7 月前 導時間 6 小時之預報流量(Georgakakos and Bras, 1982)。

1987 年 Georgakakos 發展一即時洪水預報模式，以更新模式狀態變數估計結合定量區域 雨量預報、逕流產出水文模式與非線性水庫型洪水演算，應用於美國 West Virginia 州的 Tug Fork 集水區之前導時間 3 小時之洪水位預報(Georgakakos, 1987)。1995 年 Georgakakos 續以有 更新與無更新演算進行測試比較，以 1994 年 12 月 Illinois River, Blue River 與 Glover Creek 流域測試，與尖峰流量實測資料比對顯示有更新演算有較好的結果(Georgakakos, 1995)。Horritt 與 Batesm 應用 HEC-RAS、LISFLOOD-FP 與 TELEMAC-2D 等 3 種模式進行洪水預報比較 (Horritt and Bates, 2002)。2002 年 Jasper 等人應用一分佈型集水區模式 WaSiM-ETH(Water Flow and Balance Simulation Model)預報集水區逕流歷線(Jasper et al., 2002)。

歐洲應用區域性的數值天氣預報模式(Numerical Weather Prediction models)於適當空間尺 度之水文預報，饋入水平衡與降雨逕流模式 LISFLOOD 發展歐洲洪水預報系統(European Flood Forecasting System, EFFS)以進行洪水預報，以 Meuse 河流域 1995 年 1 月之洪水事件測 試 EFFS 之效能(De Roo et al., 2003)，Werner 等以 1995 年 Rhine 河流域降雨事件進行歐洲洪 水預報系統 EFFS(European Flood Forecasting System)之預警(pre-warning)測試(Werner et al., 2005a)。Madsen 與 Skotner 發展一有效的誤差參數修正技術併入 MIKE 11 即時洪流預報系統，

應用於菲律賓馬尼拉地鐵的即時洪水預報系統操作設置(Madsen and Skotner, 2005)。

Calvo 與 Savi 建立一前導時間 12 小時之概念型即時洪水預報模式，並以義大利羅馬 Tiber 河流域 3 場歷史洪水事件測試，同時為評估預報之準確性與降低錯誤警報之可能性，以蒙地 卡羅方法計算預報水位或流量之信賴區間(Calvo and Savi, 2009)。Habert 等人以建立在一維水 力模式之擴展卡門濾波器演算法(Extended Kalman Filter, EKF)進行流量資料同步之即時洪水 預報，在假設側流邊界條件與模擬流量之關係為線性的條件下，應用於法國 Marne 河流域，

並整合應用於 SCHAPI (Service Central d'Hydrométéorologie et d'Appui à la Prévision des Inondations, SCHAPI)即時洪水預報平台(Habert et al., 2012)。

利用雨量以單位歷線求得流量進行小流域洪水預報之研究，如 1975 年林景行以單位歷線 探討蘭陽溪流域之洪水預報，1976 年謝新春應用瞬時單位歷線探討大漢溪上游之洪水預報，

陳榮光應用單位歷線、劉瑞宗應用瀦蓄函數法於急水溪流域等。大流域洪水預報方面，1980 年顏清連等人研擬淡水河之洪水預報系統，1983 年蔡長泰等人建立濁水溪洪水預報系統，以 集水區降雨逕流模式計算流量歷線，再以變量流模式進行河道洪流演算(蔡長泰、顏沛華、盧 炳堃，1983)。臺灣於 1977 年建立的淡水河洪水預報系統原也是水文集水區模式(顏清連，1998；

顏清連、何興亞，2001)，歷經研發改進成為淡水河即時洪水預測模式(Real Time Flash Flood Forecasting Model, REFOR)，包括潮汐預測、雨量預測、水文降雨逕流模擬、河川變量流模式 (Hsu et al., 2003; Hsu et al., 2006)。

陳明仁以河道變量流 FRLFI 模式進行前導時間 1 至 6 小時之即時河川洪水位預報，以統 計方法用水位站實測水位修正預報水位，並可預報前導時間 1 至 3 小時之洪水位超過警戒水 位之機率(陳明仁，1999)。陳昶憲等人以歷史流量紀錄用類神經網路進行集水區洪水流量預 報並應用於烏溪流域(陳昶憲 等，1996)。黃尹龍以倒傳遞類神經網路建置洪水預測模式，利 用烏溪流域上游測站流量資料推估下游測站流量(黃尹龍，2001)。Hsu 等人發展臺灣淡水河驟 發洪水演算模式，以即時觀測之河川水位做為內部洪水演算之邊界條件以校正計算之即時流 況(Hsu et al., 2003)。潘宗毅結合類神經網路與線性動態系統，發展一降雨逕流預報模式，以 基隆河流域五堵上游集水區之多場颱風暴雨為檢定驗證實例(潘宗毅, 2004)。

經濟部水利署之河川(外水)溢淹預警，係依水位等級分為一級、二級、三級警戒水位，

以做為防汛、救災單位啟動作業之依據(行政院，2011)；葉克家等人依河川特性分析河川水位 上漲速率，配合河川水位即時監測系統測得之即時水位，建議河川警戒水位，以進行河川溢 淹預警(陳明仁 等，2007；葉克家、陳明仁，2001；葉克家、陳明仁，2008)。傅金城等人利 用倒傳遞類神經網路建立降雨-水位預報模式，以預報河川水位配合中央管河川警戒水位建立 水位-淹水預報模式(傅金城 等，2010)。黃鵬豪以定量降水估計(Quantitative Precipitation Estimation, QPE)進行位移處理後假設其為定量降水預報(Quantitative Precipitation Forecasting, QPF)，估算雷達平均雨量隨時間之變化率進而推測地面雨量作為預報雨量，進行前導時間 1 至 3 小時之雨量-水位預報模式(黃鵬豪，2008)。陳憲宗與游保杉以支撐向量機建立洪水位預

得到預報水位之機率分布函數，應用於蘭陽溪之蘭陽大橋測站，提供前導時間 1 至 6 小時之 即時洪水水位機率預報(陳憲宗、游保杉，2007)。鍾世豐應用類神經網路預報上游邊界與河 道內洪水位，並用水文監測資料即時修正洪水預報之初始值，進行前導時間 1 至 3 小時之河 道洪水位預報(鍾世豐，2007)。將 QPESUMS 雷達格網銜接至地面雨量站，以類神經網路預 測地面降雨、一維變量流動力波模式，建立淡水河河川洪水預報模式(蔡孟原，2009)。

二、內水溢淹預報

2000 年 Yates 等人應用雷達降雨預報預報技術預報雨量並輸入分佈型水文模式模擬 Buffalo Creek 集水區之洪流量，高解析度的定量降水估計可提升分佈型水文模式在複雜地形 預報驟發洪水之能力(Yates et al., 2000)。以定量降水預報之雨量與類神經網路預報之潮位輸入 一維模式，於 3 天前進行洪水預報，視需求每天發出警報，評定結果顯示洪水預警中心(Flood Forecasting and Warning Center, FFWC)的洪水預報可以滿足孟加拉對於洪水預報的需求 (Chowdhury, 2000)。Dolciné 等人認為雷達降雨預報技術可提供適合水文模式演算所需之預報 降雨空間分佈，故發展一結合降雨預報之即時洪水預報模式，應用於法國南部的 Gardon d’Anduze 流域，結合雷達衛星與地面氣象觀測資料進行小時降雨率預報，並饋入降雨逕流模 式以分析比較不同前導時間，不同降雨預報方式之結果(Dolcine et al., 2001)。Vieux 與 Bedient 測試高度都市化區域洪水預報系統的不確定性，以 2001 年 6 月發生之熱帶風暴 Allison 與其 他事件做為檢定與驗證用於洪水預報之分佈型水文模式(Vieux and Bedient, 2004)。

吳書幃應用 QPESUMS 整合雷達觀測降雨系統資料於零慣性項二維漫地流淹水模式，以 2005 年八掌溪流域 0612 豪雨及海棠颱風事件做為測試(吳書幃，2007)。Chang 以線性迴歸模 型與類神經網路建立區域洪水淹水預報模式，提供前導時間 1 小時之淹水地圖，並以彰化縣 大村鄉測試預報模式之實用性與效能(Chang et al., 2010)。巫孟璇整合以 QPESUMS 預報雨量 與地文性淹排水模式，發展前導時間 3 小時之地文性淹水即時預報模式，並以臺灣西南部之 曾文溪與鹽水溪之間，面積約 1,138 平方公里之區域為研究範圍，以 2010 年凡那比颱風之淹 水現象進行預報測試，計算各格區之淹水深度歷線(巫孟璇，2013)。

三、沿海淹水潛勢預報

Madsen and Jakobsen 以預測之氣壓及風場輸入二維水動力模式以得到氣旋引致之暴潮位 與洪水，並應用於孟加拉北部海灣之洪水預報，此洪水預報系統可在氣旋登陸前 24 小時預報 洪水(Madsen and Jakobsen, 2004)。Doong 等人以 NOAA WAVEWATCH III (NWWIII)模式模擬

東亞地區大尺度波浪，SWAN 模式預測區域波高，POM 模式預測暴潮位，再應用上述資料以 The Coastal Flooding Early Warning System (CoFEWs)針對暴潮是否越過海堤進行洪水預警，並 應用於海棠颱風期間臺灣沿海之洪水預警(Doong et al., 2012)。

及其他自行開發之洪水預報系統分述如下。

一、水利署洪水預報系統(Distributed Run-off And Inundation Nowcast System, DRAINS) DRAINS 的發展最早可追朔至水利署於民國 93 至 95 年間規劃「洪水預報格網」，透過模 組化、分散展示應用等設計，並整合氣象、水文軟體，建立自動化執行之洪水預報系統 DRAINS。

民國 96 年至 98 年辦理「水文模式與分散式洪水預報系統整合應用計畫」，在原有的基礎上，

強化原有水文模式之功能及整合納入其他水文模式，以完成功能擴充。民國 99 至 100 年辦理

「機率式洪水預報系統之研發」，除了利用多個水文模式建立系集化洪水演算機制並增加溢堤 河段及淹水警戒區之功能。民國 101 年至 102 年更推動「系集降雨預報應用於洪水預報之研 究」，引進氣象單位系集降雨預報成果進行系集河川洪水位預報，根據系集水位演算結果估算 河川水位超過警戒水位的機率，以供河川主管機關參考。DRAINS 可分為降雨、逕流、河川 及水庫等水文過程，各過程所採用的模式及資料如表 2-12 所示。

表2-12 DRAINS採用之模式/外部產品

水文過程 模式/外部產品名稱 產品來源

降雨量

氣象局整合氣象雷達與測站定量降雨預報

(QPESUMS) 中央氣象局

氣候法降雨預報(CLIMATE) 水利署 臺灣颱風洪水研究中心定量降雨系集預報實驗

(TTFRI) 颱洪中心

氣象局WRF作業區域模式(CWBWRF) 中央氣象局 氣象局WRF系及區域模式預報系統(WEPS) 中央氣象局 氣象局系集颱風定量降雨預報(ETQPF) 中央氣象局 降雨逕流 地貌型逕流模式

河川 NewC河川模式

水庫 各水庫洪水時期放流量預報模式

水庫 各水庫洪水時期放流量預報模式