災害風險評估相關研究

本研究將透過地震與水災之風險分析檢討並規劃研究範圍內之防救災空間系統，

因此必須以適當之災害評估方法為基礎。地震災害將以TELES系統作為地震災損評估 與風險分析之主要方法，本方法於國內的災害研究與實務推動上，已經應用多年且獲 致豐碩成果，本研究也將繼續沿用。在水災分析上，本研究將以流域水文分析之方法，

進行三爺溪流域之水理模擬，形成水災風險評估之災害分析基礎。有關上述災害分析 與風險評估應用之相關研究文獻探討分述如下。

壹、水文分析與土地使用相關研究

Chen, Xu et al. (2009) 土地使用變遷對於集水區水文過程有顯著的影響。此研究利 用經驗基礎 (empirical based) 的土地使用改變模式 (CLUE-s) 及事件尺度

(event-scale) 的降雨逕流模式 (HEC-HMS)，進行量化潛在土地使用改變對降雨逕流的 影響。利用Nash-Sutcliffe效率係數、逕流體積誤差、尖峰流量誤差及尖峰到達時刻絕 對誤差等四個指標來評估模擬結果，並以7場暴雨事件進行水文模式率定與驗證。情境 A設定都市地區面積從9.2%增至17%、情境B設定都市地區面積從9.2%增至14%。利用 率定後之水文模式搭配不同重現期之設計暴雨事件，以評估土地使用對降雨逕流產生 的影響。模擬結果指出，於未來土地使用情境下，預計將增加總逕流量及尖峰流量；

而其增加之強度則與已建築面積 (built-up) 的擴張率有關。於設計事件重現期分別為 10、50及100年下，在模擬情境A中，模擬尖峰流量分別增加3.8%、2.6%及2.3%；在模 擬情境B中，尖峰流量分別增加2.8%、1.9%及1.7%。由模擬結果指出，水文逕流量的 敏感性反應於土地使用變化趨勢為隨設計事件重現期減少而增加。再者，由土地使用 改變的空間變化程度來分析其對各別子集水區的影響，結果顯示出，最接近城市的子 集水區最為敏感，即其所受都市化影響較大。

Du, Qian et al. (2012) 結合了分散式水文模式 (HEC-HMS) 及動態土地使用改變 模式 (integrated Markov Chain and Cellular Automata model)，用以檢驗都市化對年平均 逕流及洪水事件的影響。模式使用日流量資料用以率定及驗證集水區參數。並收集1988、

1994、2001、2003、2006及2009等衛星影像 (包括Landsat Thematic Mapper、Enhanced Thematic Mapper Plus及China-Brazil Earth Resources Satellite等衛星收集)，以得到土地

使用變化過程之圖資。從衛星影像所得到資料顯示，從1988到2009年，整個集水區有 17%非都市土地面積轉變成都市區面積。並且以1988年影像當基期進行疊加不同時期 影像，以得到不同年份都市化情況。利用 HEC-HMS 模擬在研究期間(1988到2009)不 同都市化情境條件下，年流量、日尖峰流量及洪水事件均有不同程度的增加，且由於 受到都市擴張化不同的影響，流量將隨著都市地區增加而增大。而當不透水率從3%增 加到31%時，模擬結果顯示年平均流量均輕微增加，而年流量於枯水年模擬結果較豐 水年增大幅度較多。而於8場洪水事件模擬結果顯示，日流量增大幅度從2.3%到13.9%。

敏感性分析結果顯示，尖峰流量及洪水體積隨著不透水率增加而造成的改變為一線性 關係，而在相同不透水率下，小洪水事件較大洪水事件其尖峰流量及洪水體積變化較 大，顯示出都市化對於小洪水事件較為敏感。研究結果指出，集水區管理、水資源計 畫及洪水管理等在永續性發展下，整合土地使用變化模式及分散式水文模式是一相當 好的方法用於評估都市化對水文流量所造成的影響。

Im, Kim et al. (2009) 此研究應用物理型分散式水文模式 (MIKE SHE) 研究整體 集水區水文對於土地使用變遷的反應。利用200乘200公尺網格資料建立地形、土壤及 土地使用的空間變化。以1988到1991年資料率定及驗證評估模式效能。以多時期 Landsat TM 影像 (1980、1990及2000年) 取得包含森林用地、農作用地、山區、都市 地區及草地等其土地使用變遷。由影像資料顯示集水區從1980到2000年經歷約10%非 都市土地面積轉變成都市土地面積。利用MIKE SHE水文模式評估不同土地使用變遷 對於集水區水文量的影響，其結果顯示出總逕流量增加約5.5%，而漫地流增加約24.8%。

Lin, Hong et al. (2007) 及 Lin, Hong et al. (2007) 土地使用變遷模式 (CLUE-s) 用以模 擬不同土地使用情境，依據空間及非空間的策略。配合水文模式 (generalized watershed loading function model) 依據不同土地使用情境模擬水文量情況。再以非參數測試 (non-parametric-paired test)土地使用對表面逕流、地下水流量及溪流量的影響。分析結 果顯示 未來土地使用型態的不同空間方針多於轉換方針。土地使用需求較少的情境，

其模擬結果並未導致顯著的土地使用型態變化。再者，土地使用的空間變化對於上、

下游集水區之水文過程產生影響。未來水文量的變異性及強度在模擬期間受到土地使 用變遷顯著及持續性的影響，特別是降雨逕流及地下水流量。

Gunn, Martin et al. (2012) 此研究發展了兩種指標用以量化土地使用改變對水文量 的影響。發展前與後指標 (Pre vs. Post development index, PP )，並以年平均流量、集

流時間、2年重現期尖峰流量及10年重現期尖峰流量此四個水文量進行分析。此指標值 越接近零，表示發展後水文量並沒有超過發展前水文量，亦即土地發展並未對水文產 生有害影響。另一為最大限度指標 (Extent of maximum index, EH)，此指標以發展後條 件下最大與最小四個水文量進行分析。此指標上限值為100，表示水文量如年平均流量 及尖峰流量顯著地受到發展後影響，下限值為零，表示逕流產生過程接近於原本自然 情況。因此，最大限度指標則是用以識別現在發展條件下擾亂自然水文情況的限度。

假如開發者僅希望維持水文狀況相似於發展前情況而沒有多餘資訊，則 PPH 就以足 夠。如果開發者更積極地想恢復自然水文情況，則 EH 是較好的選擇。觀念上來說，

兩種指標都可以使用來獲得關於集水區較完整的代表訊息。

Qaiser, Yuan et al. (2012) 此篇研究著重在評估未來土地使用改變對於 Kansas 河 集水區洪水事件以及溼地在減洪的影響。應用水文模式 (HEC-HMS) 及河道分析 (HEC-RAS) 以重現期100年24小時設計暴雨事件進行洪水事件分析。在集水區中土地 使用改變主要包含逐漸的都市化以及都市發展密度由低至高。模式率定及驗證使用過 去洪水事件，而後則進行未來土地使用情境 (包括2020、2030及2040年) 的模式測試。

模擬結果顯示，在設置不同未來土地使用情境下尖峰流量及洪水淹溢範圍都有明顯的 增加。由初始基準情況到未來2040年設置情境下，不同的暴雨事件，於尖峰流量則增 加10%至19%，水深則增加2%到7%，淹水範圍則擴大5%到8%。而於集水區內配置溼 地面積由原本5%增至6%、8%及10%，則可相當程度的降低尖峰流量 (12%到18%)、

水深 (1%到15%) 及淹水範圍 (15%到19%)。此研究結果顯示，包含溼地設置在設計 防洪減災方案為重要選擇之一。

Choi and Deal (2008) 此研究應用網格式動態空間都市成長模式 (LEAMluc) 及半 分散式連續水文模式 (Hydrological Simulation Program Fortran, HSPF) 來量化預測未 來都市成長下集水區之溪流量。藉由都市成長模式所產生的各種不同土地使用情境，

將其帶入水文模式進行 Kishwaukee 溪集水區參數率定及驗證。研究結果指出，土地 使用情境的不同造成總逕流量輕微的改變，但於表面流量有較大的改變大；在都市化 面積程度較大的集水區其低流量趨向於減少，但選擇低流量的指標可能造成令人誤解 的結論，因此，當評估低流量影響時，需考慮持續性的低流量而不是其門檻值；藉由 連接分散式土地使用改變模式及半分散式水文模式進行動態模擬為一良好的決策支援 工具，能夠進行長期情境影響評估並且有合理的成效。Chu, Lin et al. (2010) 發展一創

新的方法用以模擬及檢驗時空間土地使用變遷對水文量的影響。應用經驗式土地使用 變遷區位模式 (CLUE-s) 及分散式水文模式 (DHSVM) 來檢驗不同土地使用情境下 對台灣北部的五堵集水區之影響。研究亦應用概似不確定性評估 (generalized

likelihood uncertainty estimation) 方法用以量化分散式水文模式之不確定參數。研究指 出不同的土地使用策略 (Case1：無土地使用變遷、Case2：動態變化、Case3：土地使 用變遷最大化面積) 在空間分散的水文量有不同程度的影響。尖峰流量在土地使用變 化程度最大及動態改變時，分別增加5.71%及2.77%。而且，土地使用變遷為一空間動 態過程，並導致地下水及土壤溼潤度分佈的顯著變化。土地使用變遷的空間分佈影響 水文過程，特別是下游集水區之地下水位變化。

Huang, Cheng et al. (2008) 認為不透水鋪面是都市化的結果，且近年來相較於往年 更是產生極大洪水災害潛勢。此研究中，收集40組降雨事件用以率定驗證模式參數，

並決定不透水表面與驗證參數之間關係。應用Shuffled complex evolution 最佳化演算 法及效率係數 (CE)、尖峰流量誤差 (EQP)、尖峰到達時刻誤差(ETP) 等準則比較觀察 與模擬之水文量。不同的參數與之對應不透水性則利用廻歸分析來得到其趨勢。應用 10組事件檢驗回歸不透水表面及參數所建立之公式。最後，利用不同重現期設計事件，

用以模擬分析比較過去、現在及未來水文狀況。研究結果指出，尖峰流量到達時間，

在不同事件下增加其不透水率，其尖峰流量到達時間從11小時降低至6小時，而尖峰流 量則從127 (cms) 增加至 629 (cms)。Sheng and Wilson (2009) 研究檢驗在洛杉磯大都 市地區集水區都市化對於溪流洪水量反應，將流量資料、空間分佈雨量資料、土地使 用、覆蓋資料及人口普查資料應用於量化都市化集水區及洪水之反應。當人口密度相 對較低時，洪水量在都市化最早期即開始增加，但洪水量的增量幅度則是隨著不透水 表面分佈及洪水減災作為而不同。降雨逕流指標的空間變化性及洪水風險的增加，對 於大都會地區的傳統洪水緊急管理造成挑戰，傳統洪水緊急管理通常只反應於洪水損 害而不是關注在更廣泛的土地使用、土地覆蓋及規劃議題上。此研究指出，土地使用

在不同事件下增加其不透水率，其尖峰流量到達時間從11小時降低至6小時，而尖峰流 量則從127 (cms) 增加至 629 (cms)。Sheng and Wilson (2009) 研究檢驗在洛杉磯大都 市地區集水區都市化對於溪流洪水量反應，將流量資料、空間分佈雨量資料、土地使 用、覆蓋資料及人口普查資料應用於量化都市化集水區及洪水之反應。當人口密度相 對較低時，洪水量在都市化最早期即開始增加，但洪水量的增量幅度則是隨著不透水 表面分佈及洪水減災作為而不同。降雨逕流指標的空間變化性及洪水風險的增加，對 於大都會地區的傳統洪水緊急管理造成挑戰，傳統洪水緊急管理通常只反應於洪水損 害而不是關注在更廣泛的土地使用、土地覆蓋及規劃議題上。此研究指出，土地使用