1.1 前言
河川流量資料係水資源調配利用、防災預警與水利工程規劃設計之依據，如 何快速準確推估流量乃防救災與水資源規劃重要之課題，無論是數值模擬預測或 物理模型試驗，其輸入之流量邊界條件係由水位觀測資料推估得到；然而，台灣 河川具有流域小、坡陡、沖淤劇烈與洪枯懸殊等特徵，且水位流量站為方便觀測 經常設置於橋樑處，於深槽橋墩下游面裝設自計水位計記錄水位歷線，流速通常 不定時以流速儀或浮標測法，結合相應之水位與流速觀測資料推估流量，因此諸 多影響水位流量觀測精度之因素中，以站址與觀測方法兩者最為直接，其觀測誤 差常遠大其研究精度或敏感度範圍，又洪水期流量隨時間急劇變化，流量測驗很 難滿足瞬時性和同步性條件，尤以洪峰流量推估（含洪水位與流速量測）為最，
而且往往施測困難、危險性大、精度較低。
由於水位站設於橋墩下游面，水位波動受橋墩分離圈(Flow Separation Pocket) 影響較大，且站址水位常受上下游橋樑、固床工、攔河堰等跨河構造物影響，又，
天然河川斷面、流路變化不定，若河床沖淤量劇烈則水位與流量關聯性不佳，此 等天然、人為干擾所造成之局部水理變化都將影響實測資料的準確性。此外，河 川高流量多發生於颱洪期間，流速觀測不易，致實測水位流量資料偏低，更增加 水資源利用、防洪與防救災等規劃成果之不確定性。因此，詳實評估台灣河川水 位流量率定曲線之問題，著手建立較精確之水位流量率定曲線與流量推求方法實 是當務之急。本研究所提出水位流量率定之解析方法正可解決上述問題，即利用 明渠水力履性圖概念直接應用推求理論率定曲線，以 USGS 傳統坡降參數之流量 率定方法為基礎，建立水位落差流量關係曲線，進而利用主要、輔助水位站觀測 水位推求實際流量，而實測水位流量資料僅在提供已足夠率定關係之檢定驗證，
能節省大量時間、人力，且無高流量偏離與可信度偏低問題。
1.2 研究目的與方法
水位與流量之單一率定關係僅存在於定常(steady)均勻流之理想狀況，一般水 文作業中根據實測水位流量資料迴歸之率定曲線，僅代表既有水位流量資料關係 的最佳符合曲線，然河川水位流量關係於洪水期間受洪水波運動之影響，已知水 位於漲水與退水期間具有不同之能量坡降，流量無法單由水位決定，須以適當之 方式修正。美國地質調查署(USGS, 1982)之水位－落差－流量率定傳統法，為常 用且較可靠之水位流量率定關係修正法之一，其修正方式係以實測之水位及流量 結果，透過經驗及試誤方式將許多迴圈關係轉換為單一基本標準率定曲線配合輔 助圖反映水面坡降，若欲使其關係涵蓋完整的水位變化範圍仍需有足夠之中、高 流量(溢岸)量測值方能達成；然而，台灣河川中、高流量多發生於颱洪期間，觀 測不易且誤差大，以致可供運用之實測水位流量資料均偏低，使得水位流量關係 與率定曲線的推導上仍有其困難，若以外插應用於高水位則將衍生更大之不確定 性。由於防洪治理規劃與洪水預警等工作均為高流量之範疇，因此，改進水位流 量率定方法，並檢討補強水位站水位流量關係率定成果，藉以提高洪水流量推估 之可靠度實為當務之急。
傳統單站或多站水位流量率定方法因無法獲得完整的各種可能流量之迴水 情形，如 USGS 修正法僅能以費時費錢且有限之實測資料以經驗方式透過指數曲 線函數與試誤法修正水位－落差－流量關係，Yen & Gonzalez(1994, 1995)提出之 水力履性圖(Hydraulic Performance Graph, HPG)係配合數值模式計算河段內各種 可能情況之迴水曲線，以分析不同流量下之河段上下游水位或水深關係曲線圖，
正可藉以補強傳統法之不足，並提供理論水位流量率定方法發展的良好基礎。本 研究目的係應用水力履性圖(HPG)之概念，提出解析方式之率定架構與程序，將 其應用於天然河川水位流量率定曲線之製作，並以水力履性圖為基礎，藉由理論 推導之完整水位落差流量函數關係式，採數值迴歸分析方法直接推求水位、落 差、流量之關係圖形並檢定，探討複製 USGS 水位-落差-流量率定程序之可行性。
由於天然河川河道地文與水文參數的條件所導致的河道斷面水位流量關係 即可視為水文系統之一種，河川流量為水資源開發與河川整治之依據，因此，如 何藉由此率定關係配合水位站水位觀測來準確決定流量是水資源規劃利用及工 程設計之重要關鍵。本研究建立 HPG 所採用模擬渠道水理現象的迴水計算水理 模式，其水理輸入參數存在若干的不確定性，導致對於水理輸出參數可能偏離實 際觀測值。因此，本研究乃首將針對各項影響參數加以分析探討，並參考張(1994) 採用二種方法包括一階變方估計法(FOVE)及 Rosenblueth 機率點估算法(PPE)，
依需要進行理論率定曲線、水位落差關係及水位落差流量率定關係之不確定性分 析。除基本研究及不確定性分析外，將以台灣基隆河、高屏溪為應用案例作為探 討之對象。