水庫風險評估系統(RAORS)

本計畫中所開發的水庫安全風險評估(Risk Assessment of Reservoir Safety, RAORS)系統主要是參考台電與中興顧問公司依實務需求所提供的評估項目做 為雛型平台的基礎，目前共分十三大項，計有1.水社壩監測儀器總表，2.水工機 械設備檢查表，3.水位量測資料，4.潰壩決策支援分析，5.監測儀器佈署表，6.PMP 推估，7.降雨延時雨量，8.最大暴雨記錄，9.水庫水量淤積量測，10.表面波探測 資料，11.極端水位量測資料，12.緊急安全評估，13.FMEA 破壞模式影響分析管 理，前十一項以監測資料管理維護為主，後兩項則為風險評估與決策支援。各檢 測項目操作介面主要分為備份報表、匯入記錄、上傳影像、瀏覽資料、線上輸入

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資料與決策資訊等，與5.1 節提到的需求做結合。系統以 Java 技術搭配 Apache Tomcat 伺服器與 MySQL 資料庫進行開發，介面元件關聯架構如圖三十一所示，

在進入檢測評估頁面後，依上述功能進行資料處理。圖中以直角矩形方塊表示各 項資料流控制程式，圓角矩形方塊為使用者操作瀏覽介面，陰影圓角矩形方塊為 各種應用模組，而資料庫及檔案儲存區以圓柱體圖例表示，網路服務資料存取控 制檔則置於曲線邊之矩形中。

圖 三十一、水庫安全風險評估系統(RAORS)元件架構

資料檢測評估頁面均提供使用者線上輸入檢測記錄，除由頁面輸入單筆或多 筆資料外，亦可依據統一XML 格式匯入大量歷史資料及相關的報表資料，其中 報表資料以備份資料為主，故設計為只能上傳不可竄改之 PDF 格式檔案，上傳 後儲存在大容量硬碟內之檔案儲存區，做為日後檢查之用。如監測資料為影像 檔，則可透過上傳影像功能將資料載入檔案儲存區，系統中提供影像資料管理功 能讓使用者可以瀏覽電子相本並輸入相關的說明文字。瀏覽資料選項則為進入資 訊管理頁維護監測資料的入口，並於資料處理後在結果呈現頁展示線上監測與防 災預警所需之資訊圖表。系統將根據監測主題進入監測資料庫存取資料，提供資 料維護機制，修改資料的流程與資料輸入類似，需要有管理者權限，除資料維護 外，提供各評估主題的分析圖表功能，依據選取之監測風險因子如各監測點記錄 之水位、雨量、地表變位、機具運轉效能、監測時間等，透過圖表繪製模組即時 處理產生各種相關圖表。以上評估頁面之資料輸入介面以水位資料為例如圖三十 二所示，設計時依各檢測主題採用獨立頁面並共用相同模組，提升其擴充的彈性。

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圖 三十二、RAORS 系統之檢測評估資料輸入與維護介面

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(a)圖表展示頁之水位資料記錄

(b)圖表展示頁之累計水量資料記錄

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(c)圖表展示頁之各量測點水位資料比較

圖 三十三、RAORS 系統之檢測評估資料圖表展示介面

圖三十三顯示各評估頁面透過線上圖表繪製模組呈現相關的監測資料變 化，在根據選擇監測點連線至資料庫進行存取後，以折線與直條圖提供監測數據 資訊，並可檢視原始資料作為進階分析之用。這些監測數據可從網站系統中擷取 下來，讓團隊各子計畫研究人員進行深入分析評估，其結果或迴歸為經驗公式，

或歸納出風險指標，均可反饋制專家知識庫中，作為決策支援的基礎。

此外，自評估頁面衍生出來的決策資訊頁面中導入災害預警模組，建立風險 閾值表，配合線上計算機制，在風險因子量測值達到臨界狀況時，在監測圖表上 產生預警訊息或發送簡訊至管理者行動裝置，並配合風險地圖提供緊急處理流程 資訊。圖三十四為緊急風險評估之雛形介面，以本研究應用不連續變形分析觀念 進行大尺度結構系統風險評估為範例，將水社壩在四種可能破壞模式下帶入不同 硬度的大地參數，模擬其崩塌行為，並歸納出不同程度的破壞情況建立風險評估 指標，在輸入參數後即可在結果頁呈現評估意見作為決策參考。換言之，此結果 即為專家意見的回饋，因為在相同程度範圍的參數所造成的破壞模式類似，因此 事先設定各種潛勢破壞模式反饋專家知識庫，定義風險評估準則，未來只需將監 測到的大地參數帶入，系統直接進行參數比對而無需再重新分析，便可快速獲知 可能的系統變位狀況，提供快速勘災決策支援需求。此介面的開發亦導入AJAX 資訊技術，避免在資料庫中存取輕量資料，讓圖形與說明文字的擷取以更快速的 方式呈現，提升系統資料處理效率達到負載平衡的目的。

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(a)決策支援介面之決策參數輸入頁面

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(b) 決策支援介面之評估結果頁面 圖 三十四、RAORS 系統之決策支援介面 5.4 防災監測資訊管理

系統中配合巨觀壩體破壞分析建立微觀監測資料管理介面，協助管理單位彙 整現場監控數據。這些災害風險因子在正常情況下的水庫運轉管理均已定時監 控，將災害控制在最小範圍內。系統在得到各子計畫反饋的專家意見後，可依據 防災需求建立風險評估準則，作為防災監測資訊管理的藍圖，而在匯整監測資料 與建立評估準則的自動化流程背後，則倚賴統一格式的制定。本子計畫在現階段 雛形系統的開發上，制定了監測資料與風險評估準則管理的XML 格式檔，透過 資料轉換解析模組將資料轉為資料庫所需格式，並將反饋之風險指標以共同格式 匯出至伺服器，其目的在提供一個具有彈性與擴充性的資料檔案存取機制，資訊 管理者可配合實際需求建立可讀性高的轉換檔，讓相關人員可以有效率的進行資 料維護的動作。

5.4.1 標籤化 XML 輕量資料檔案格式

以匯入監測資料為例，系統中所規劃的 XML 統一格式，定義基本標籤如

<desc>(表格內容描述)、<tablename>(表格名稱)、<thead>(欄位名稱與屬性)與

<tbody>(儲存格資料)等，擬匯入的監測資料可經由轉換機制進行解析後存入資料 庫，並在系統中保留備份。圖三十五(a)即為水壩監測儀器總表資料的匯入格式

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<?xml version="1.0"?>

<!--model,model-name,model-mesh,model-fzone--> 示，先利用<model>標籤對破壞模式進行定義，以<model-name>、<model-desc>、

<model-mesh>、<model-fzone>等標籤代表模式名稱、內容描述、模式圖檔名稱 與破壞節理圖檔名稱，接著利用<image>定義分析結果之圖檔內容，包含以

<image-id>、<filename>、<failure-zone>、<stiff-level>、<status>及<description>

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如ArcGIS 等地理資訊商業軟體，結合更高解析度的航照圖與 GPS 定位資料庫，

標註各監測點的地理位置，可達到防災預警機制行動化的目的。

此部分所建立的機制將在下一階段的計畫中逐步將各子計畫所分析的專家 意見加以彙整，建立防災示範準則，作為相關單位發展線上防災管理的參考。

圖 三十六、結合地理資訊觀念之防災預警風險地圖 5.5 結構破壞決策支援與風險評估準則建置

本計畫根據數值模擬分析結果，並參考工程顧問單位累積多年經驗訂定的安 全評估方法，逐步建立專家系統所需的決策支援介面。

5.5.1 結構破壞決策支援準則

本計畫在執行時嘗試在建立水壩結構行為模式的風險指標參數準則時，導入 巨觀大尺度分析的概念，考慮不連續塊體間節理分佈方式與互制效應的模擬。研 究中利用DDA 與 NMM 數值程式計算大尺度巨觀模型下之結構破壞模式，從前 述分析結果可依不同模式下的塊體變位情況訂定決策支援準則。觀察破壞模型中 以虛線圓圈標示的五個可能破壞之潛勢區域，其在臨界條件下的破壞行為，可定 義如表二中所列述在巨觀尺度下水社壩之破壞分析準則。準則中根據模型中潛勢 破壞行為的四種分類模式，以及依地層鬆軟程度分類計算壩體在靜態(如靜止側 向水壓)與動態(如水流連續衝擊)荷重等六種組合下的變形狀況，定義準則雛形基 礎：如塊體沿節理分離則視為高度變形(large)，未分離但形狀明顯改變視為中度 變形(moderate)，否則為輕度變形(small)；塊體未變形(none)則歸類為低風險(low

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risk)，有變形未分離則為中風險(medium risk)，出現明顯分離皆屬於高風險(high risk)。此處計算模擬時以大地量測之楊式模數值 9.82MPa/44.1MPa/78.4MPa 分表 代表地質之鬆軟/平均/堅硬程度。 44.1 Moderate 4 Dynamic High

C

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員與決策管理者可以在最短時間內有效率的獲得評估結果。風險管理包括風險評 估(risk assessment)與風險控制(risk control)二部份，其中風險評估步驟為風險識 別(risk identification)、風險分析(risk analysis)至風險評估(risk assessment)。是故 風險識別為風險評估第一步驟，內容包括定義危害(hazard)、辨識潛勢破壞模式 及確認風險因子。影響水壩結構安全的主要危害分為天然外力、營運、內部及社 會危害等，而土石壩潛在潰決模式主要為洪水溢頂、管湧及滲流，並歸因於設計、

基礎、堆填材料與施工法、無法預測或狀況、壩體、維護等風險因子。確認風險 因子後依「破壞模式與影響分析」(Failure Mode and Effects Analysis, FMEA)之定 性評估方式，並進一步加上關鍵性分析(Criticality Analysis)即為「破壞模式影響 與關鍵性分析」(Failure Mode, Effects and Criticality Analysis, FMECA)，以掌控水 庫大壩安全風險。

參考FMEA 的設計概念，大壩由許多子系統(sub-system)及元件(component) 組成，破壞模式(failure mode)係指因元件破壞而影響子系統或大壩性能之機制。

而大壩具有許多破壞模式，但並不是所有破壞模式均會造成潰壩，因此破壞模式 件產生破壞。而關鍵性分析(criticality analysis)係以 FMEA 提供之資訊為基礎，

定義形成元件破壞模式之可能性，以及其影響大壩功能的可能性和嚴重性，以此

定義形成元件破壞模式之可能性，以及其影響大壩功能的可能性和嚴重性，以此