第三章 模式建置與演算分析
第三節 演算並探討流域降雨逕流對案例研究地區之影響
本研究以數值地形高程並參考河道大斷面測量資料建置地文性淹排水模式之演算地形條 件，並以研究區域內近年所發生較大的颱風暴雨事件為演算案例。本研究選取發生於民國 105 年之梅姬颱風與民國 106 年之尼莎颱風作為演算案例，梅姬颱風洪水歷程模擬自 9 月 27 日 06：00 至 9 月 29 日 16：00，共 59 小時；尼莎颱風洪水歷程模擬自 7 月 29 日 14：00 至 8 月 2 日 17：00，共 100 小時。
壹、 雨量分佈與邊界條件
研究區域內有 20 個中央氣象局雨量站分布如圖 2-3 所示，依徐昇法劃分各雨量站之控制 面積如圖 3-5 所示，其面積權重百分比如表 3-1 所示。每一控制面積內之各格區以所屬雨量 站之降雨歷程作為模式演算輸入之雨量條件。
表3-1 各雨量站之面積權重百分比
站號 C0V640 C0V530 C0V360 C0O970 467410 C0X150 C0X180 C1N001 C0V370 C0X170 站名 湖內 阿蓮 內門 虎頭埤 臺南 安定 山上 沙崙 古亭坑 關廟 面積權重(%) 3.49 4.24 5.33 5.72 2.44 4.76 2.5 4.49 12.88 2.79 站號 C0O990 C0O980 C0O960 467420 C0X190 C0X160 C0X110 C0X100 C0O950 C0O900 站名 媽廟 新市 崎頂 永康 安平 仁德 臺南市南區 臺南市北區 安南 善化 面積權重(%) 4.14 5.25 6.52 5.61 3.56 5.04 4.34 3.34 6.98 6.6
圖 3-5 研究區域內雨量站徐昇多邊形網
一、梅姬颱風事件模擬
20 個雨量站於梅姬颱風期間之面積平均降雨組體圖如圖 3-6 所示，可看出研究區域 在颱風過程中之平均降雨現象。各雨量站於梅姬颱風期間個別之降雨歷程示於附圖 5-1，
最大累積總雨量為內門雨量站之 766.5 公厘。
沿海潮位依據梅姬颱風期間將四草大橋潮位站之潮位歷線如圖 3-7 所示，由圖 3-7 可知最大潮位約 0.80 公尺，發生於 2016 年 9 月 29 日 05:00。
本文應用上述降雨條件及沿海潮位條件，模擬梅姬颱風自 2016 年 9 月 27 日 06：00 至 9 月 29 日 16：00，合計 59 小時之洪水歷程。
圖 3-6 梅姬颱風期間面積平均雨量組體圖
圖 3-7 梅姬颱風期間四草大橋潮位站潮位
二、尼莎颱風事件模擬
20 個雨量站於尼莎颱風期間之面積平均降雨組體圖如圖 3-8 所示，可看出研究區域 在颱風過程中之平均降雨現象。各雨量站於尼莎颱風期間個別之降雨歷程示如附圖 5-2，
總雨量 537.7mm
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54
模擬時間 (hr) 0
10 20 30 40 50 60
雨量 (mm)
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54
模擬時間 (hr) 0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
潮位 (m)
沿海潮位依據尼莎颱風期間將四草大橋潮位站之潮位歷線如圖 3-9 所示，由圖 3-9 可知最大潮位約 1.28 公尺，發生於 2017 年 7 月 31 日 05:00。
本文應用上述降雨條件及沿海潮位條件，模擬尼莎颱風自 2017 年 7 月 29 日 14：00 至 8 月 2 日 17：00，合計 100 小時之洪水歷程。
圖 3-8 尼莎颱風期間面積平均雨量組體圖
圖 3-9 尼莎颱風期間四草大橋潮位站潮位 三、0619 豪雨事件模擬
20 個雨量站於 0619 豪雨事件期間之面積平均降雨組體圖如圖 3-10 所示，可看出研
總雨量 493.1mm
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96
模擬時間 (hr) 0
10 20 30 40 50 60
雨量 (mm)
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96
模擬時間 (hr) 0.3
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3
潮位 (m)
究區域在颱風過程中之平均降雨現象。各雨量站於 0619 豪雨期間個別之降雨歷程示如附 圖 5-3，最大累積總雨量為古亭坑雨量站之 433.5 公厘。
沿海潮位依據 0619 豪雨期間將四草大橋潮位站之潮位歷線如圖 3-11 所示，由圖 3-11 可知最大潮位約 1.175 公尺，發生於 2018 年 6 月 18 日 21:00。
本文應用上述降雨條件及沿海潮位條件，模擬 0619 豪雨自 2018 年 6 月 18 日 09：
00 至 6 月 21 日 0：00，合計 72 小時之洪水歷程。
圖 3-10 0619 豪雨期間面積平均雨量組體圖
總雨量 317.2mm
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72
模擬時間 (hr) 0
10 20 30 40 50 60
雨量 (mm)
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
潮位 (m)
四、0823 豪雨事件模擬
20 個雨量站於 0823 豪雨事件期間之面積平均降雨組體圖如圖 3-12 圖 3-10 所示，可 看出研究區域在颱風過程中之平均降雨現象。各雨量站於 0823 豪雨期間個別之降雨歷程 示如附圖 5-4，最大累積總雨量為安定雨量站之 735 公厘。
沿海潮位依據 0619 豪雨期間將四草大橋潮位站之潮位歷線如圖 3-13 所示，由圖 3-13 可知最大潮位約 1.175 公尺，發生於 2018 年 6 月 18 日 21:00。
本文應用上述降雨條件及沿海潮位條件，模擬 0823 豪雨自 2018 年 8 月 23 日 03：
00 至 8 月 25 日 12：00，合計 58 小時之洪水歷程。
圖 3-12 0823 豪雨期間面積平均雨量組體圖
總雨量 613.8mm
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54
模擬時間 (hr) 0
10 20 30 40 50 60
雨量 (mm)
圖 3-13 0823 豪雨期間四草大橋潮位站潮位
貳、 演算結果與比較
以前述水文條件演算之 2 場颱風與 2 場豪雨期間洪水歷程分別與鹽水溪安順橋測站及二 仁溪華醫大橋測站實測水位資料繪製比較圖分別如圖 3-14 至圖 3-17 所示，與前述之面積平 均雨量組體圖(圖 3-6、圖 3-8 及圖 3-10)比較可知，雨型與水位歷線之分布十分類似，2 場颱 風與 2 場豪雨分別均有 3 個至 5 個峰值，屬多峰型降雨歷程，易形成流量疊加現象，模式模 擬之峰值、發生時間與實測水位相比亦有相同趨勢，顯示模式可合理演算降雨形成之逕流歷 程。梅姬颱風安順橋測站第 35 小時即第 2 峰值之後模擬水位較實測水位低很多，水位趨勢與 雨量一致，第二峰值與第 3 峰值間降雨有間歇，模式模擬排水較實測快，推測現地排水情形 較模擬不良。0823 豪雨降雨較無間歇現象，流量峰值較接近單峰形式。於連續型淹水感測器 裝設地點(仁德區一甲里太乙三街 92 號)比較模擬與實測水深值如圖 3-18 所示，可發現模擬之 水深尖峰約 0.5 公尺與實測 0.7 公尺相差約 0.2 公尺，經現地勘查(圖 3-19)裝設地點屬局部低 地，裝設地點較鄰近之三爺宮溪低約 0.5 公尺，模式格區較大且為平均高程無法呈現局部低 地之現象。模擬結果水深上升至尖峰時間約需 20 小時，與連續型淹水感測器之記錄大約一致。
經現地訪查當地居民得知，0823 豪雨期間曾有 2 台移動式抽水機至當地抽水，積淹水約花一 天時間才退去，由於抽水機之抽水量及抽水歷程等紀錄無法取得，模式無法加入模擬，且連 續型淹水感測器裝設地點為局部低地，模式模擬結果為積水無法退去。
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54
模擬時間 (hr) 0.5
0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2
潮位 (m)
(1)安順橋測站 (2)華醫大橋測站
(1)安順橋測站 (2)華醫大橋測站
8/23 8/24
圖 3-19 連續型淹水感測器裝設地點與地形
參、 進行都市地表逕流演算及探討之規劃
本計畫以案例研究區域內之排水保護標準為原則，演算 10 年重現期及 25 年重現期之一 日暴雨降雨事件之地表水深分布情形。演算區域內 20 個雨量之面積平均降雨組體圖如圖 3-20 所示，可看出研究區域在設計暴雨過程中之平均降雨現象，10 年重現期及 25 年重現期之累 積總雨量分別為 384.9 公厘及 469 公厘。沿海潮位依據四草大橋潮位站之天文潮之潮位歷線 如圖 3-21 所示，由圖 3-21 可知最大潮位約 0.6 公尺。
可據此成果進一步，針對案例研究地區都市地表逕流量進行分析進流量、瀦蓄量、出流 量之關係探討，說明如圖 3-22。
積瀦水量之歷程可由案例研究區域之降雨量、流進案例研究區域之進流疊加總量、流出 疊加總量(含移動式抽水機)與可流入暫瀦留空間(如流進滯洪池、蓄水池、雨水調節池、抽水 站前池、地下道等空間)之水量得知，如(11)式所示。再由豪雨期間淹水區積瀦水量之歷程找 出最大積瀦水量，評估可耐受之積水量與之差值，即可得知需減洪之量體，進一步規劃減災
調適之策略以融蓄洪水避免災害。而流出疊加總量中超出出流限制之部分即為所需分擔之逕
S：淹水區積瀦水量，S=Ad，A：淹水區面積，d：淹水深度；P：降雨量；Ii：流入淹水 區之水路(i=1, m)之進流量(進流歷線 Ii(t))；Ok：自淹水區流出之水路(k=1, n)之出流量(出流歷 線 Ok(t))；Sp：流入暫瀦留空間之水量。
(1) 10 年重現期 (2) 25 年重現期 圖 3-20 重現期降雨面積平均雨量組體圖
圖 3-21 四草大橋潮位站天文潮潮位
總雨量 384.9mm
0 6 12 18 24
圖 3-22 進流量、瀦蓄量、出流量之關係示意圖
肆、 案例研究
本計畫選擇民國 106 年之尼莎颱風事件進行淹水預報演算測試，尼莎颱風洪水歷程模擬 自 7 月 29 日 14：00 至 8 月 2 日 17：00，共 100 小時。
一、降雨預報資料蒐集
雨量站之雨量記錄為「實測雨量」。降雨時，收集降雨區域各雨量站之實測雨量，可應 用徐昇法或等雨量線法即時分析降雨量之空間分布，但為淹水預報，則需預報雨量空間分 布。
劇 烈 天 氣 系 統 (Quantitative Precipitation Estimation and Segregation Using Multiple Sensor, QPESUMS)為中央氣象局、經濟部水利署、農委會水土保持局及美國劇烈風暴實驗 室(National Severe Storms Laboratory, NSSL)自 2002 年起共同開發建置的系統(圖 3-23)，結 合地理資訊系統(Geographic Information System, GIS)，提供臺灣地區網格化(解析度約 1.25 公里)的天氣資訊，如定量降水估計、短時定量降水預報及劇烈天氣即時監測等，進一步可 提供每個格網之「雷達觀測雨量」及隨後 0 至 3 小時(預報前導時間)之「預報雨量」。需要 淹水預報之區域，可由 QPESUMS 取得預報雨量之空間分佈以進行淹水演算。
圖 3-23 中央氣象局劇烈天氣監測系統(QPESUMS)首頁
目前雷達資料主要來自氣象局所屬五分山、花蓮、七股及墾丁，以及空軍所屬馬公、
清泉崗及綠島共 7 個雷達資料，雷達資料主要應用在降水估計及降雨預報，近年來政府為 了積極發展及提升降雨預報的精度及準確度，中央氣象局與水利署合作增設防災降雨雷達，
2017 年 9 月首座設於高雄市林園的防災降雨雷達站已完工啟用，第二座位於台中市南屯望 高寮的防災降雨雷達同樣於 2018 年 6 月正式啟用，隨著更多的雷達完成建置，將有更多的 即時觀測資訊可納入分析已精進降雨預報技術。
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，於尼莎颱風期 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淹水深度之演算，演算 區域之 QPESUMS 系統雷達格網分布與其控制範圍如圖 3-24 所示，共包含 541 個雷達格網，
案例研究區域共包含 48 個雷達格網，每個格網控制面積約 1.25 公里 × 1.25 公里。案例 研究區域之 QPESUMS 降雨預報資料示意圖如圖 3-25 所示，並依據四草潮位站之潮位作為 輸入之沿海潮位條件，進行地文性淹水預報模式之預報演算測試。
圖 3-24 研究區域內 QPESUMS 雷達格網之控制面積
圖 3-25 案例研究區域 QPESUMS 降雨預報資料示意圖 二、即時降雨—地表逕流演算
本計畫整合 QPESUMS 之雨量預報及地文性淹排水模式發展地文性淹水預報模式。套 疊本研究模式格網及 QPESUMS 格網，則可由 QPESUMS 之網格預報雨量分析地文性網格 之預報雨量，用以進行即時淹水演算，預報演算過程說明如下，預報前導時間 3 小時之即
時淹水預報模式演算示意如圖 3-26。
12:00 AM 11:00 PM
01:00 AM 02:00 AM 03:00 AM 04:00 AM 05:00 AM 06:00 AM 07:00 AM 08:00 AM 09:00 AM 10:00 AM 11:00 AM 12:00 PM 01:00 PM 02:00 PM 03:00 PM 04:00 PM 05:00 PM 06:00 PM 07:00 PM 08:00 PM 09:00 PM 10:00 PM
01:00 AM 02:00 AM 03:00 AM 04:00 AM 05:00 AM 06:00 AM 07:00 AM 08:00 AM 09:00 AM 10:00 AM 11:00 AM 12:00 PM 01:00 PM 02:00 PM 03:00 PM 04:00 PM 05:00 PM 06:00 PM 07:00 PM 08:00 PM 09:00 PM 10:00 PM