淹水潛勢數值模式探討

防災國家型科技計畫辦公室認為，洪災防救災工作若要得到良好成 效，必須充分了解基本水文與淹水相關資訊，並在災前防範與災中應變 時能及時掌握洪災資料以提出因應措施。為因應上述需要，防災國家型 科技計畫辦公室以不同降雨強度為條件，使用山區逕流模式（HEC-1 逕 流模式）（US Army Corps of Engineers，USACE）計算上游地區逕流量，

再將上游側入流邊界條件代入平地淹水模式（都市雨水下水道排水模式 Engineers，USACE）所發展之 HEC-1 逕流模式中之運動波模式（Kinematic Wave Model），配合山區集水區面積、形狀、坡度等地形特性及設計降 雨量而推估之，並作為一維河系定量流模式與二維漫地流淹水模式之上 游側入流邊界條件（薩支平等人，2000）。HEC-1 的功能除可模擬自然 河道洪水演算、潰埧分析外，亦可模擬降雨－逕流過程、河流網、都市

排水系統、洪水損害分析及多方案的極佳值評估。

利用簡單水文數學關係式描述地形、水文及水利諸現象，模擬複雜 集水區之地表逕流及河川流量之水文歷線與洪峰流量，美國陸軍工兵團

（U.S. Army Corps of Engineers，USACE）陸續發展出 HEC 系列電子計算機 程式，主要有：HEC-1 可計算洪水歷線，以 HEC-1 逕流模式計算集水區 演算，可得各水文控制站之洪峰流量，HEC-1 的洪水演算採水文演算

（hydrology routing）方式，其中大多數的演算法是根據連續方程式和流 量 與 蓄 水 量 或 水 位 高 程 的 關 係 ， 在 這 些 方 法 中 包 括 馬 斯 金 更 法

（Maskingum method）、運動波（kinematic wave）、修正波爾斯法(modified Puls）、工作值法（working R & D）和水平池面水庫演算法(level-pool reservoir routing），以上各演算方法將各河段由上游往下游作獨立演算，且不能 Engineers，USACE）陸續發展出之 HEC 系列電子計算機程式可說具有強 大之演算功能，且在工程界具有一定公信力（簡大為，2001；Feldman，

1981；水資源科技模式庫網站；本研究整理）。

HEC-1 模式利用水文數學關係式，以集塊系統作為集水區降雨與逕 流模擬之概念，予以描述地形、水文及水力等狀況，在蒐集歷史水文資 料及確定雨量分析後，經由頻率分析之繁衍，模擬複雜集水區地表逕流

1. 都市雨水下水道排水模式（Storm Water Management Model，

SWMM）

長久以來，都市逕流（Urban Runoff）之水量及水質問題一直為人們 所關心，而要如何控制暴雨洪水及處理都市地區廢水，亦是地方政府責 無旁貸之責任。來自集合溢出之廢水及雨水所導致的環境問題已被重 視，如何有效處理分析都市計畫之逕流水質及水量問題，乃是當前重要 的課題之一。

SWMM 模式是美國環境保護署（U.S. EPA）於 1969～1971 年為解決 日益嚴重的都市排水問題所推出的暴雨經理模式。此模式的功能為都市

坡度、不透水面積百分比、集水區寬度、其它地域性參數（曼 寧 n 值）、土地使用狀況等。

（2）人孔資料：高程等。

（3）排水幹渠資料：管線形式、尺寸、直徑、長度、管渠曼寧係 數 n 值等。

（4）排水出口方式：自由流或下游迴水等。

2. 二維漫地流淹水模式

二維模式漫地流模式之發展者顏清連教授，其模式應用區域與應用 時間為民國80 年應用於淡水河流域。其以二維變量流理論為基礎，建 立地表二維擴散波水流模式，以模擬暴雨發生時，研究地區之水流動 態，及其淹水範圍與深度。

颱洪災害之淹水潛勢主要是模擬河川流域中、下游之平原地區因為 颱風引發豪雨或突然產生之暴雨所造成之淹水情況。為考慮模擬之地區 可能受到地形平緩產生之迴水效應影響，故採用二維漫地流淹水模式。

其數值方法之建立，是假設地表在初始時為無水狀態。

三、地理資訊系統（Geographical Information System，GIS）

由於電腦資訊科技技術快速發展，使得相關水利資訊技術之應用亦 受到重視，迄今已逐漸發展成為都市水利科技之主軸。利用水利科技技 術整合水文預測模式、水理計算、數值模擬及地理與水文資訊資料庫 等，均可以提高工程評估與管理決策之準確性及快速性。現今，主要之 水利資訊技術其中亦包含地理資訊系統（Geographical Information System，

GIS）。

地理資訊系統主要分成兩大部分，為單機層級及網路層級兩部分。

在單機層級方面，其功能在於用以建置蒐集淹水影像及水位監測資訊，

並將監測所得之資訊，以圖形化方式顯示並提供決策分析；而網路層級

性，在地圖上，動態繪製目前時間之淹水範圍。規劃以不同顏色之代表 不同級距之淹水情況，決策者可藉由圖面得知淹水地區及搶救之優先順 序。另外，網路層級地理資訊系統（WebGIS）之規劃，乃是為了應用 Internet 技術，解除傳統單機之限制，提供遠程展示成果之目的。系統規劃之考 量，除圖資建置、編修之模組外，其他單機地理資訊系統之功能，若網 路技術可達成者，擬盡量予以呈現，故範圍包括雨水下水道水位監測以 及分析之結果（林國峰等人，2001；本研究整理）。

地理資訊系統是一種儲存空間二維或三維資料之電腦資訊資料 庫，其儲存之空間資料有航照圖、衛星影像圖、測量圖、地圖等，可以 提供地理資料供分析研究地理相關現象，結合圖形或表格輸出格式展示 之。一般而言，地理資訊系統將地理圖形與文數字屬性資料，透過人機 介面與資料庫管理，將相關圖資數值化處理，即可發揮高效率之聯結、

分析或查詢等運用，對於災前處理及災時應變均有即時性之輔助效能。