本研究主要模擬演算模式是二維洪水災害模擬模式，重點在於研 究區域的數值地形的邊界選取及區域排水系統的建置，藉由在某暴雨 強度下研究區域集水後所發生的水文狀況；另外以不同的土地利用情 況來決定不同的模擬參數，如曼寧粗糙值、入滲係數、渠道參數等之 相關設定係數，以下將針對上述內容運算模擬出的結果分析其中對於 淹水潛勢的所造成的影響。
3-1 研究流程
本研究首先進行研究區域之資料蒐集，包括數值地形模型、降雨 及渠道資料，以整合成模式資料建置，以進行淹水模擬，並將模擬的 結果對照歷史淹水紀錄進行驗證，最後則將模擬分析的經驗與所得相 關水文參數進行分析與探討，進行的流程如圖3-1 所示。
圖3-1 本研究流程示意圖
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1、數值地型模型
本研究所採用之數值地型模型主要是以地面解析度 20m×20m 之 航空照片生成之正射影像，並藉由航測軟體(Leica Photogrammetry Suite，LPS)進行匹配後，產生之數值地形模型，而本研究是使用 2m
×2m 及 5m×5m 之規則網格精度之模型，作為模擬時所需之資料。
2、雨量資料
依據研究區域之歷史資料得知，於2005 年 5 月 12 日因梅雨鋒面 影響，二小時內降雨量達 100mm 以上，並使導致研究區域及週遭呈 現淹水災情發生，故本研究以新竹雨量站當日之降雨量及重現期距為 5 年、10 年、20 年、25 年及 50 年之降雨量作為本研究之雨量資料來 源。
3、渠道資料
研究區域之渠道，主要分為兩大部分，一為建物週遭之排水系 統，另一則為匯集後之主要排水道；兩者之大小分別為0.5m×0.6m 之 矩形渠道及 3m×1.7m 之矩形渠道，以上為本研究所量測之渠道大小
，並依此作為本研究模擬所使用。
3-3 研究區域
本研究回顧前人研究後針對於淹水潛勢上排水設施之效益及其 洪災所造成之相關影響來做一客觀性的分析及研究，而以校園為基礎 作為本研究對於區域排水特性之研究範圍，以下為本研究區域之基本 介紹。
3-3-1 區域概況
中華大學校區鄰近新竹市南郊的青草湖，距市區五公里，佔地約
20 公頃，校區最高之高程約為海拔 90 公尺，最低處約為 63 公尺，
高程差約27 公尺，屬於山坡地之地形。學校地形大致可分為兩部份：
學校南邊及操場，地形較為平坦，高程約從82 公尺到 90 公尺。另外 從學校學生活動中心到最北邊的後門，地形起伏較大，高程約從 82 公尺到 63 公尺。中華大學設有工學院、管學院、建築與規劃學院、
人文社會學院、資訊學院及觀光等學院，校內系館、行政及宿舍建築 物約14 棟及兩座人工湖，如圖 3-2 所示。
圖3-2 中華大學校區及校內建物分佈概況位置示意圖
3-3-2 區域水文概況
本研究採用中央氣象局之新竹雨量站歷年（1995～2005 年）統 計資料，如圖3-3 所示。由圖 3-3 可得知，本區域年平均降雨量 1,600
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圖3-3 新竹地區 1995 年至 2005 年之平均月降雨量概況圖 [本研究依中央氣象局新竹雨量站資料整理]
3-3-3 區域土地利用狀況
本研究區域土地利用狀況大致可分為一般瀝青混凝土道路、植被 (如一般草地)、人工湖、建物、透水鋪面(如鋪設透水磚之道路及廣場 等)、PU 用地(如操場跑道及藍球場用地等)等，其各土地利用狀況如 表3-1 所示。由表 3-1 可得知，植被佔本研究區域比例最多者，其次 為道路、建物，透水鋪面、PU 用地最後為人工湖佔用面積比例為最 少。
表3-1 研究區域範圍內土地利用狀況表[本研究整理]
種類 總面積(m2) 百分比(％)
道路 45757.476 26.90
建物 36666.789 21.55
植被 59356.922 34.89
人工湖 5099.554 3.00
PU 用地 12735.439 7.49
透水鋪面 10496.622 6.17
總面積 170112.82 100.00
3-3-4 區域邊界選取
由於模擬所需之DTM 之點位資料過於龐大，對於其他不屬於本 研究區域地區應予以刪除，否則會造成模擬資料過於龐大及時間浪費 的問題，因此本研究將 DTM 資料轉檔為(x,y,z)之文字檔(*.CSV)並匯 入ArcView 軟體[39，40]，編修所需之研究區域範圍，如圖 3-4 所示，
以便於本研究使用。圖 3-4 為擷取研究區域範圍之 DTM 點位之示意 圖，分別包含了DTM 點位資料、研究區域範圍及套疊用之正射影像。
圖3-4 利用 ArcGIS 擷取、編修 DTM 點位資料之示意圖
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3-4-1 參數設定
本研究於 FLO-2D 內所使用的參數主要包含了，模式控制資料 (CONT.DAT)、運算控制資料(TOLER.DAT)、降雨資料(RAIN.DAT)
、渠道資料(CHAN.DAT)等參數資料；另有兩項必備之資料，地理位 置資料(CADPTS.DAT)及數值地形資料(FPLAIN.DAT)，上述為本研究 於淹水模擬所具備的參數，而在這些參數中主要影響整個區域模擬結 果者分別敘述如下。
1、降雨資料
程式模擬所需之降雨資料，必須正規化成累積降雨百分比如圖 3-5 所示，方可於模擬程式時所使用。
圖3-5 累積降雨百分比曲線示意圖
2、渠道資料
此參數為本研究核心之ㄧ，憂關雨水的流向不同的渠道大小及暴 雨的影響是否會溢流現象，影響甚巨。
3、數值地形資料
數值地形資料包含了地表及建物的高程，而其網格的精度會影響 模擬的結果，重要的是於 GDS 模組之邊界選取、渠道的設定及出流 的設定等，一併於此階段完成設定，但數值地形資料的品質會造成網 格無法收斂的問題，此問題是於模擬時較為麻煩且耗時的地方，嚴重 者必須重新製作數值地形模型之資料。
4、曼寧係數
曼寧粗糙係數是關於流速及洪氾區域淹水的快慢，大多是於渠道 方面上有相當的關係。
5、入滲係數
入滲係數是有關於土地利用的情形，不同的土地狀況其相對應的 入滲係數亦會有所不同，但本研究所使用之暴雨模式對於入滲所造成 的影響並不顯著。
3-4-2 初步模擬
本研究之初步模擬主要是針對研究區域之淹水潛勢狀況有概約 的了解並確保本研究所使用之二維淹水模擬模式適用於本研究區域
，進而針對研究區域，於1 小時暴雨之狀況下，無任何排水設施，模 擬雨水之流向並由所得結果方可為本研究帶來一些基本的參考值，以 下為該初步模擬所得結果。
1、時間與水位的關係
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圖 3-6 歷時水位深度關係示意圖
2、水位與地表高程的關係
模擬1 小時之暴雨狀況，在模擬成果中可查詢某個斷面之地表上 累積水位高度，如圖3-7 所示。
圖3-7 水位高低與地表高程之間差異示意圖
3、時間與流速的關係
模擬1 小時之暴雨狀況，在模擬成果中可查詢每個點位模擬時之 歷時流速，如圖3-8 所示。
圖3-8 歷時流速示意圖
4、綜合比較(地表高程、水深、流速)
模擬1 小時之暴雨狀況，在模擬成果資料中可得知每個點位之整 體資訊表，包含了地表高程、水深、流速等，如圖3-9 所示。
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5、時間與流量之資料
模擬1 小時之暴雨狀況，在模擬成果中可得知各個出流點於模擬 時之歷時流量，如圖3-10 所示。
圖3-10 時間與流量關係文字檔
以上為初步基本模擬結果，由此可見可得到時間、流量、水深、
流速等相互關係值，則以這些數值作為調整其他參數如(曼寧係數、
入滲係數、渠道大小等)達到淹水潛勢模擬之效益。而可由模擬後的 圖形數據得知該區域低窪處及易積水處，進而可針對該地區做相關的 改善，如圖3-11 及圖 3-12。圖 3-11 為初步模擬時之歷程水位流程圖，
由此圖可得知每 0.1 小時水位之變化量；圖 3-12 為與 GIS 軟體結合 展示之主題圖，由此圖圈選處可明顯的看出淹水深度為0.24m~0.34m 之間，亦表示此處水位已達到阻礙人車行動的安全。
由初步模擬結果可明顯看出本研究區域之側門停車場有淹水狀 況發生，並與歷史災害照片圖3-13 比對，圖中圈選處為側門進出口，
即為圖3-12 所圈選之相同地點。故本初步研究結果與事實大致相符，
將進一步探討本研究區域之排水系統之排水效益及於暴雨模式下之 排水狀況。
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圖3-12 初步模擬研究區域範圍內側門出口處之最大淹水深度示意圖
圖3-13 研究區域側門淹水歷史資料照片
3-4-3 驗證方法
初步模擬所得數據與水文經驗公式(合理化公式)中之流量及降雨 重現期距分別為5 年、10 年、20 年、25 年及 50 年之降雨強度比較，
得以驗證本研究所模擬之數值是否有其參考的價值，以下為本研究驗 證所需之相關數據。
1、由公式(2-1)得研究區域之洪峰流量
Q
pC I A
360 1
其中，逕流係數依不同重現期距而有所不同[8]，以合理化公式之 各重現期距逕流係數分別為：5 年逕流係數為 0.67、10 年逕流係數為 0.70、20 年逕流係數為 0.72、25 年逕流係數為 0.75、50 年逕流係數 為0.78；研究區域土地面積約為 20 公頃。降雨強度 I，以表 2-3 中央 氣象局新竹雨量站 Horner 經驗公式，重現期距分別為 5 年、10 年、
20 年、25 年及 50 年，公式如表 3-2 所示，而所得之降雨強度如表 3-3，
及洪峰流量如表3-4 所示。
表3-2 新竹雨量站 Horner 降雨強度 降 雨 強 度
5
年 5 ( +32)0.66672
5 .
= 1431
I t
10
年 10 ( +37)0.67791
7 .
= 1806
I t
20
年 20 ( +43)0.69514
8 .
= 2293
I
重 現 期
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表3-3 新竹雨量站 Horner 公式計算之各重現期距降雨強度(mm/hr)
頻率 延時
5 年 10 年 20 年 25 年 50 年 5 分 128.90 143.37 155.55 158.52 169.70 10 分 118.45 132.85 145.19 148.41 159.70 20 分 102.73 116.56 128.75 132.19 143.33 30 分 91.36 104.47 116.22 119.69 130.46 40 分 82.69 95.06 106.30 109.71 120.05 50 分 75.83 87.51 98.22 101.53 111.42 60 分 70.23 81.29 91.49 94.68 104.13 90 分 58.18 67.72 76.59 79.44 87.71 2 小時 50.25 58.65 66.49 69.03 76.36 3 小時 40.25 47.10 53.48 55.54 61.51 4 小時 34.09 39.91 45.31 47.05 52.08 6 小時 26.72 31.27 35.44 36.76 40.61 12 小時 17.30 20.19 22.74 23.51 25.79 18 小時 13.33 15.51 17.38 17.92 19.55 24 小時 11.06 12.83 14.33 14.74 16.01
表 3-4 合理化公式計算各重現期距之洪峰流量表(cms)
頻率 延時
5 年 10 年 20 年 25 年 50 年
5 分 4.80 5.58 6.22 6.61 7.35
10 分 4.41 5.17 5.81 6.18 6.92
20 分 3.82 4.53 5.15 5.51 6.21
30 分 3.40 4.06 4.65 4.99 5.65
40 分 3.08 3.70 4.25 4.57 5.20
50 分 2.82 3.40 3.93 4.23 4.83
60 分 2.61 3.16 3.66 3.95 4.51
90 分 2.17 2.63 3.06 3.31 3.80
2 小時 1.87 2.28 2.66 2.88 3.31
3 小時 1.50 1.83 2.14 2.31 2.67
4 小時 1.27 1.55 1.81 1.96 2.26
6 小時 0.99 1.22 1.42 1.53 1.76
12 小時 0.64 0.79 0.91 0.98 1.12
18 小時 0.50 0.60 0.70 0.75 0.85
24 小時 0.41 0.50 0.57 0.61 0.69
2、渠道之容量
本研究區域之渠道包含兩種，一為建物週遭之定型渠道另一為前 者匯集後之大排水渠道，將採用曼寧渠道公式計算其渠道流量及相關 數值，下列為本研究區域之渠道示意圖，如圖 3-14 及渠道資料表，
如表3-5 所示。
圖3-14 研究區域範圍內渠道分佈示意圖
表3-5 研究區域範圍內渠道基本資料表
渠道類型 總長度 渠道段面積 總容量
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3、歷史資料及照片
據新聞報導指出2005 年 5 月 12 日上午一場暴雨，造成新竹市區 嚴重淹水，包括經國路、民生路道路封閉，林森路和中華路地下道也 通通淹水，而在日月光飯店旁的社區，淹水更高達一層樓，造成200 多戶因此受困。滾滾黃沙，將整條道路通通淹沒，新竹市區汪洋一片，
成了水鄉澤國。氣象局表示，由於對流旺盛，新竹地區上午十點到十 二點，三個小時分別出現36.5 公厘、94 公厘及 33 公厘的降雨，這場 暴雨，也造成新竹市區大淹水，交通嚴重阻塞，新竹到香山的鐵路也 受到影響，一度中斷，面對垃圾滿地、一片狼籍的家園，居民還得慢 慢收拾，而中華大學雖位於高處但也一樣逃不了被水患侵襲的下場，
以下為新竹市與研究區域當日淹水災害之相關照片，如圖 3-15 至圖 3-24 所示。
圖 3-15 中華大學側門淹水 圖3-16 側門汽車停車場淹水
圖3-17 側門汽車停車場淹水 圖 3-18 校內排水孔阻塞無法排水