緒論

1.1 前言

台灣全島雨量豐沛，年平均降雨量為世界平均值的2.5 倍，高達 2500 公釐。

降雨主要是集中在夏季，其每年平均約三至四個颱風，所帶來的豪雨占全年降雨 量的大多數。由於颱風夾帶的雨量大且速度快，若不能立即宣洩排洪，則勢必造 成災害。

台灣的主要河川大部分都發源自中央山脈，分別向東西方注入太平洋或台灣 海峽，由於中央山脈位置及地勢偏東的緣故，故台灣的河流東短西長。全國大小 河川共計有 129 條，長度均甚短，坡陡水急。淡水河為台灣第三大河川，其支流 新店溪、基隆河、大漢溪等河流的氾濫平原，造就今日台北盆地，就像世界上的 古文明發祥地黃河、中東的兩河流域一樣，都是起源於氾濫平原上。因為那裏土 壤肥沃，灌溉、飲水所需水源取之方便。淡水河流域包括台北市、台北縣大部份、

桃園及新竹兩縣之小部份；其中台北市二百多萬人，工商業發達，為我國政治及 經濟文化中心。

綜合以上所述，台灣河川均短且急，地形大部分屬於高山與丘陵地。由於降 雨季節集中，雨量豐沛，且經過都市化的開發後，不但地表逕流量增加，更讓集 流時間大幅縮短，導致洪水來不及宣洩，往往在短時間內使得河川水位驟升，造 成溢堤，淹水災害頻傳，附近居民苦不堪言。故如何及時且有效率的預測降雨量 與水位的關係，建立具有洪水預警系統的模式，能夠在災害發生前進行疏散驅離，

將損失降至最低，此乃重要研究方向之一。

1.2 文獻回顧

1.2.1 降雨逕流或水位推估

關於降雨-逕流推估方法，最早可以回溯自 Sherman 在 1932 年所發展的單位歷 線之理論，此理論建立於假設符合線性系統，即在某特定單位降雨延時內可產生 一條逕流歷線，在不同強度的降雨但相同延時內所產生之逕流歷線，可以該單位 歷線正比關係進行推估。因此，水文工程師可利用集水區過去的水文歷史記錄資 料計算其單位歷線，應用假設線性的特性，以疊加與正比關係，推算集水區現在 發生暴雨所產生的逕流歷線。Nash 在 1957 年提出將集水區視為由多個串聯的線性 水庫所組成，假設每個水庫之出流量與其蓄水量呈線性正比，而最後一個水庫出 流量即為此集水區之瞬時單位歷線。Henderson and Wooding 在 1964 年應用運動波 理論，推導集水區漫地流集流時間，配合Wooding 於 1965 年提出的渠流部分之集 流時間，建立一套漫地流及河川逕流量演算方法，藉以模擬降雨和集水區出口逕 流量之關係。日本科學技術廳菅原正已(Sugawara)於 1971 年所推廣之水筒模式法，

其概念乃是將集水區逕流機制，代換成用數個貯留型之模型容器所組合，考慮集 水區內複雜之水文因子，如入滲、蒸發、貯留、地表逕流、中間流、基流及滲漏 損失等現象，推導出降雨和逕流量之關係。近年來由於電子計算機計算能力之提 昇，類神經網路廣泛的應用在推估降雨-逕流上，其相關論文皆陸陸續續地發表出 來，Zhu and Fujita 於 1994 年應用模糊推論的方式，採用簡單三角形，定義降雨及 逕流的隸屬函數及建立降雨-逕流之模糊關係，以預測下一刻之逕流量。Komda and Makarand 於 2000 年以倒傳遞類神經網路進行洪水位之預測。Lin and Chen 於 2005 年藉由應用全面監督式訓練法，建立輻狀基底函數之網路架構，以作為預報洪水 流量之模式。吳南靖等於2004 年應用序率方法推估河川特定點進行水位預報之研 究。

1.2.2 模擬退火演算法

最早發展模擬退火( Simulated Annealing，SA)之優選模式的是人們稱之為蒙地 卡羅（Monte Carlo）演算法，是 Metropolis 等人在 1953 年提出，不過當時處理的 是 提 供 高 速 電 腦 處 理 有 限 空 間 最 大 放 置 問 題 （two-dimensional rigid-sphere system）。直到Kirkpatrick 等人在 1983 年提出並成功地應用在大尺度組合最佳化問

題中，它是蒙地卡羅演算法的推廣。此種隨機搜尋之演算法，將求解流程比擬為 熱處理中退火之現象，退火是一種物理過程，當金屬物體加熱至一定的溫度後，

它的所有粒子在狀態空間中具高活性並呈現自由運動。隨著溫度的下降，這些粒 子逐漸停留在不同的狀態下。當溫度降至最低時，粒子重新並且以最佳的結構排 列，而粒子也就是以波茲曼（Boltzamnn）概率進行分布，因此如何設定溫度作有 效率的搜尋就變成整個模擬退火法最重要的一環。其相關研究：Kirkpatrick（1983）

應用於大尺度組合優選之問題上；Huang and Romeo（1986）介紹其降溫梯度參數 之設定；Dougherty and Marryott（1991）介紹最大搜尋次數與決策變數的關係；

Mayer et al.

農場管理問題

1.3 研究目的

基隆河為大台北地區民眾的生活經濟動脈，但因都市化與工商業急速的發 展，人口密度不斷的增加，導致近年來基隆河兩岸及其流域內土地過度被開發利 用，降雨逕流亦隨之增加。

基隆河於關渡附近匯流於淡水河，其中、下游河道蜿蜒曲折而平緩。由於部 分河段之河寬過於狹窄，因此基隆河本身自然排洪條件就不佳，每逢發生豪大雨 時即傳出淹水災害。尤其是 1987 年 10 月琳恩颱風所帶來的豪雨，造成台北市部 分行政區及台北縣汐止、瑞芳鎮及基隆市等廣大地區遭受水患，土地淹沒，損失 慘重。近年來，政府致力於進行各項工程建設，台北地區防洪計畫大致完工使用，

但淹水事件卻仍層出不窮，如 1996 年賀伯颱風及 2000 年象神颱風等等，皆造成 瑞芳、汐止及南港等地區發生嚴重淹水災情。有鑒於此，行政院指示：「宜考量優 先推動員山子分洪工程之可行性。」，並於2000 年 11 月行政院院長裁示立即推動 員山子分洪計畫之相關工作。

為使基隆河有效減低中、下游地區之洪水負擔，於2002 年台北縣瑞芳鎮境內 興建員山子分洪道設施，將颱風或豪大雨造成的洪水進行部分疏導，而原有的水 位預報模式(吳等，2004)計算大華橋水位站，便產生高估水位的現象。本研究目 的，在於考量分洪道之分洪流量並且納入每年洪水沖刷或淤積河道之影響等因素

修正模式，使大華橋水位能夠更精準的預報。

本模式應用柯羅莎(Krosa)、薔蜜(Jangmi)等颱風預報大華橋水位之變化，皆 獲得良好之驗證。其預報結果可提供全流域不恆定流河川水位預報模式之基隆河 上游水位邊界點條件，對於下游洪水預警，作更加準確的預報，以爭取沿岸居民 疏散時間。