第三章 模式建置與演算分析
第三節 演算與分析
壹、 颱風豪雨事件演算結果
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 106 年之尼莎暨海棠颱風與民國 107 年 0823 豪雨作為演算案例，尼莎暨海棠颱風洪水歷程模擬自 民國 106 年 7 月 29 日 14：00 至 8 月 2 日 17：00，共 100 小時，民國 107 年 0823 豪雨洪水 歷程模擬自民國 107 年 8 月 23 日 03：00 至 8 月 25 日 12：00，合計 58 小時之洪水歷程。
一、雨量分佈與邊界條件
演算範圍內有 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 3-4 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
(資料來源：本研究蒐集彙整)
圖 3-4 演算範圍內雨量站徐昇多邊形網 (資料來源：本研究蒐集彙整)
(一) 尼莎暨海棠颱風事件模擬(民國 106 年)
20 個雨量站於尼莎暨海棠颱風期間之面積平均降雨組體圖如圖 3-5 所示，可看出演 算範圍在颱風過程中之平均降雨現象。各雨量站於尼莎暨海棠颱風期間個別之降雨歷程 示如附圖 5-1，最大累積總雨量為關廟雨量站之 580.5 公厘。
沿海潮位依據尼莎暨海棠颱風期間將四草大橋潮位站之潮位歷線如圖 3-6 所示，由 圖 3-6 可知最大潮位約 1.28 公尺，發生於民國 106 年 7 月 31 日 05:00。
本文應用上述降雨條件及沿海潮位條件，模擬尼莎暨海棠颱風自民國 106 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 3-5 尼莎暨海棠颱風期間面積平均雨量組體圖 (資料來源：本研究蒐集彙整)
圖 3-6 尼莎暨海棠颱風期間四草大橋潮位站潮位 (資料來源：本研究蒐集彙整)
(二) 0823 豪雨事件模擬(民國 107 年)
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 3-7 所示，可看出演算 範圍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
5-2，最大累積總雨量為安定雨量站之 735 公厘。
沿海潮位依據 0823 豪雨期間將四草大橋潮位站之潮位歷線如圖 3-8 所示，由圖 3-8 可知最大潮位約 1.183 公尺，發生於民國 107 年 8 月 24 日 07:00。
本文應用上述降雨條件及沿海潮位條件，模擬 0823 豪雨自民國 107 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 3-7 0823 豪雨期間面積平均雨量組體圖 (資料來源：本研究蒐集彙整)
圖 3-8 0823 豪雨期間四草大橋潮位站潮位 (資料來源：本研究蒐集彙整)
(三) 0813 豪雨事件模擬(民國 108 年)
20 個雨量站於 0813 豪雨事件期間之面積平均降雨組體圖如圖 3-9 所示，可看出演算 範圍在颱風過程中之平均降雨現象。各雨量站於 0813 豪雨期間個別之降雨歷程示如附圖 5-3，最大累積總雨量為仁德雨量站之 325.5 公厘。
沿海潮位依據 0813 豪雨期間將四草大橋潮位站之潮位歷線如圖 3-10 所示，由圖 3-8 可知最大潮位約 1.02 公尺，發生於民國 108 年年 8 月 12 日 07:00。
本文應用上述降雨條件及沿海潮位條件，模擬 0813 豪雨自民國 108 年 8 月 12 日 01：
00 至 8 月 13 日 24：00，合計 48 小時之洪水歷程。
圖 3-9 0813 豪雨期間面積平均雨量組體圖 (資料來源：本研究蒐集彙整)
圖 3-10 0813 豪雨期間四草大橋潮位站潮位 (資料來源：本研究蒐集彙整)
二、演算結果與比較
以前述水文條件演算之民國 106 年尼莎暨海棠颱風與民國 107 年 0823 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(圖 3-11)實測水位資料繪製比較圖分別如圖 3-12 至圖 3-13 所示，演算民國 108 年 0813 豪雨期間洪水歷程分別與鹽水溪新市測站及二仁 溪華醫大橋測站(圖 3-14)實測水位資料繪製比較圖。與前述之面積平均雨量組體圖(圖 3-5、
圖 3-7、圖 3-9)比較可知，雨型與水位歷線之分布十分類似，民國 106 年尼莎暨海棠颱風與民 國 107 年 0823 豪雨分別均有 1 大 3 小 4 個峰值與 1 大與數個小峰值，民國 108 年 0813 颱風 則有 1 大 1 小 2 個峰值，屬多峰型降雨歷程，易形成流量疊加現象，則模式模擬之峰值、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。民國 106 年尼莎暨海棠颱風安順橋測站第 60 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 2 峰值與第 3 峰值間降雨有間歇，模式模擬排水較實測快。民國 107 年 0823 豪雨與民國 108 年 0813 颱風 2 場豪雨降雨較無間歇現象，流量峰值較接近單峰形式。
研究區域於民國 108 年 0813 豪雨期間模式演算之淹水範圍如圖 3-15 所示，臺南市近年 已佈設多處地面淹水感測器，模式演算結果與淹水站 13、15、28 及 57 之實測水深歷程相符，
模式演算地面積淹 30 公分之到達時間亦與淹水感測器測得時間相近。
以本研究之都市洪水即時預警模式演算臺南市未來 3 小時之淹水狀況，計算時間只需不 到 5 分鐘，如能接收到準確之預測雨量，搭配智慧型水尺及地面淹水感測器資料即時修正演 算數據，將有助於即時預警以進行防減災。
圖 3-11 鹽水溪安順橋測站及二仁溪華醫大橋測站位置圖
(1)安順橋測站 (2)華醫大橋測站
圖 3-15 研究區域於 0813 豪雨期間模式演算之淹水範圍與淹水站之水深比較圖 (資料來源：本研究成果)
貳、 降雨事件之逕流分析
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逕流情形。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、貯蓄量、出流量之關係探討。
貯蓄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)與可流入暫貯留空間(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貯水量之歷程找出最 大貯蓄水量，評估可耐受之貯蓄量與之差值，即可得知需減洪之量體，進一步規劃減災調適 之策略以容蓄洪水避免災害。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流 量。
淹水站13 淹水站15
淹水站28 淹水站57
1 1 1
n m l
i k j
i k j
dS P I O Sp
dt
(11)S
：淹水區積貯水量，S
Ad
， A ：淹水區面積，d
：淹水深度； P ：降雨量；I
i： 流入淹水區之水路(i 1, m
)之進流量(進流歷線I t
i( ))；O
k：自淹水區流出之水路(k
1,n
) 之出流量(出流歷線O t
k( ))；Sp ：流入暫貯留空間之水量。
j根據經濟部水利署水利規劃試驗所報告，「臺南市淹水潛勢圖第二次更新計畫」內容之降 雨頻率分析成果，可得演算範圍雨量站共 11 站之 10 年重現期及 25 年重現期一日暴雨降雨量 歷程作為模式演算輸入之雨量條件，由演算結果分析仁德區邊界之地表逕流可知，除部分地 形因素外，區外地表逕流透過地面越域進入仁德區，圖 3-16 所示。
演算案例地區 10 年與 25 年重現期之進流疊加總量、流出疊加總量與可流入暫貯留空間 分別如圖 3-17 至圖 3-20 所示。由圖 3-17 及圖 3-18 可知 10 年重現期一日暴雨逕流分析之最 大可暫貯留空間約在第 14.9 小時，最大可暫貯留量約 2,110 萬立方公尺。由圖 3-19 及圖 3-20 可知 25 年重現期一日暴雨逕流分析之最大可暫貯留空間約在第 14.7 小時，最大可暫貯留量 約 2,090 萬立方公尺。
圖 3-16 仁德區與區外水流交換情形 (資料來源：本研究成果)
圖 3-17 10 年重現期一日暴雨模式演算之進流總量與出流總量之關係 (資料來源：本研究成果)
圖 3-18 10 年重現期一日暴雨模式演算之可流入暫貯留空間 (資料來源：本研究成果)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
0 5 10 15 20 25
流量(立方公尺/秒)
時間(小時)
重現期10年
入流量 出流量
圖 3-19 25 年重現期一日暴雨模式演算之進流總量與出流總量之關係 (資料來源：本研究成果)
圖 3-20 25 年重現期一日暴雨模式演算之可流入暫貯留空間 (資料來源：本研究成果)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
0 5 10 15 20 25
流量(立方公尺/秒)
時間(小時) 重現期25年
入流量 出流量
參、 現有滯蓄洪設施分析
三爺溪排水是二仁溪下游段的主要支流，集水區範圍含括永康、仁德、文賢、歸仁等都 市計畫區及臺南交流道特定區等 5 個都市計畫區，約佔集水區面積 71%，合計面積達 42 平方 公里，都市化程度相當高，由於排水路坡降平緩及通水斷面受土地利用限制無法擴寬，下游 常因排水宣洩困難導致淹水災害，因此於三爺溪中上游規劃仁德滯洪池，以調節三爺溪排水 部分洪水量，減輕低窪地區淹水問題。仁德滯洪池地點位於萬代橋下游左岸，總面積 24 公 頃。滯洪池共分為南北兩池，其北池功能為收集塗庫仔排水上游集水區，包含雨水下水道仁 德四街 Q 幹線、仁中街 R 幹線、及仁德排水舊河道以北仁德都市計畫區之逕流，於塗庫仔排 水路上游設溢流堤將集水區中上游水量排入滯洪池北池，再以抽排方式排放滯洪池之內水至 三爺溪。
港尾溝排水下游長期飽受二仁溪壅水，致內水無法排水，故採設置 268 公尺背水堤、10 公頃滯洪池，並搭配抽水機組改善出口段淹水問題。鄰近港尾溝滯洪池之保安抽水站，抽取 車路墘排水至港尾溝溪。
鄰近港尾溝滯洪池之保安抽水站，其兩者之位置圖如圖 3-21 所示。以設計暴雨事件 10 年與 25 年重現期演算並分析，假設港尾溝滯洪池與保安抽水站皆不操作，港尾溝滯洪池與保 安抽水站分別以均勻流量 0.6cms 與 8cms 進行操作，兩種假設境況在暴雨過程中港尾溝溪兩 岸淹水區之水位歷線如圖 3-22 及圖 3-23 所示。比較兩站無操作與有操作之水位歷線可知滯 蓄洪設施經操作後，10 年重現期與 25 年重現期之設計暴雨下，左右岸淹水區域約可降低 0.6 公尺至 0.8 公尺，且淹水延時均有縮短。滯蓄洪設施入口以堰流流入與出口以抽水流出均有 其降低洪峰、洪峰到達時間後延之效。
圖 3-21 港尾溝滯洪池與保安抽水站之位置圖
(資料來源：本研究成果)