目前台灣河川水文量測項目主要為水位，為推求河川流量，部分 測站則建有水位流量關係，即水位流量率定曲線。河川流量資料對於 應用水文水理數值模式模擬時極其重要，若可獲得可靠度較高之流量 觀測資料，則可提高水文模擬之精確度，同時也可提升水文水理模式 之改善。
河川流量觀測包含水位及流速量測，台灣河川管理單位對於此兩 種水文量之量測作業皆有規範。台灣地區目前河川水位量測大部份已 經採用非接觸式之雷達波水位計，其特點為量測訊號不受環境改變影 響。流速量測部分則計有三種量測方法：1) 普萊式或旋槳式流速儀；
2) 浮標法；3) 手持式雷達波表面流速流速量測儀(或稱為雷達測速槍，
簡稱 SVR)。以上流量觀測方式皆需以人工方式進行觀測作業，故需 要大量人力。此外目前規範之觀測頻率低，不容易掌握完整洪水流量 變化歷程，也不利於防洪預警。洪水通常發生於颱風期間，流量觀測 作業人員則需暴露於風雨之中，對於人員安全產生極大之威脅，所以 人工流量觀測作業已逐漸被非接觸自動化儀器取代。
本研究中河川流量推估程序如圖 10 所示。利用雷達波水位計測 得之水面高程配合中山橋處大斷面量測結果，推求通水斷面積；主要 係將微波雷達測得之河川表面流速，乘以給定之平均流速與表面流速 比值，以推求河川平均流速；最後將平均流速與通水斷面積相乘而求 得流量。然而，表面流速受水流速度與風吹影響，且平均流速計算結 果亦受斷面流速分佈影響，故流量推估程序中平均-表面流速比受研 究河段水理特性影響甚巨，造成量測斷面上之平均-表面流速比需配 合實際河川流況給定；總之，不同量測位置具有不同平均-表面流速 比。為使平均-表面流速比可符合測站實際河川水理特性，本研究重 新建立中山橋之平均-表面流速比。
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圖 10、利用量測水位及河川表面流速推估河川流量之程序。
目前試驗流域(宜蘭河與典寶溪)內共設有六處流速站，配合即時 水位量測與斷面量測資料，可進行流量推估。為掌握洪水期間河川流 量全時變化，以下以蘇拉颱風(2012 年 8 月)於宜蘭河中山橋(測站名 稱為西門橋)為例進行流量觀測結果說明。
中山橋該斷面主深槽左右區域各設置微波雷達表面流速儀一座，
利用水利署西門橋站(即為中山橋)水位資料與颱洪中心中山橋站表 面流速資料建立流量觀測方法。圖 11 中三角形為標示研究中設置微 波雷達表面流速儀之位置，其量測位置位於主深槽中左右兩區域，以 掌握彎道效應造成兩岸流速差異之特性。目前使用微波雷達表面流速 儀之型號為 RG-30(Sommer，奧地利)，其量測頻率為每 1 分鐘一次。
除利用微波雷達表面流速儀量測河川表面流速外，亦利用聲波都卜勒 流速剖面儀(Acoustic Doppler Current Profiler, ADCP)進行河川流速剖 面量測及計算流量，並利用觀測流量除以通水斷面積推求斷面平均流 速。本研究所使用之 ADCP 為 SonTek 公司所生產的 RiverSurveyor M9，
可量測最大流速為 20 m/s，可量測水深範圍為 0.2 ~ 80 m。
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圖 11、蘭河中山橋附近河道狀況及微波雷達表面流速儀架設位 置；右岸 sensor 1，左岸 sensor 2。
利用 ADCP 進行量測時間為 2012 年 8 月 6 日 (蘇拉颱風後)，且 共有三個時間點，分別為 11 am、1 pm 及 5 pm。各時間點量測時之 操作次數皆大於 10 次(趟)，並去除標準偏差大於 10 %之量測流量值，
以該時間點所有量測值之平均流量做為分析用，藉此降低不良量測值 之影響。現場量測情況如圖 12 所示。表 3 列出不同時間點所測得之 流量、水位及表面流速，其中包含利用大斷面量測資料進行通水斷面 積推估並計算平均流速。此外，亦列出利用水位流量率定曲線所推估 之流量結果。研究中利用 ADCP 量測流量時間為 2012/8/6，也就是蘇 力颱風後，此時流量皆已明顯低於颱洪期間之流量。施測時流量為 24.23 ~ 26.36 m
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/s 間，且平均三次量測之水位約為 4.67 m，平均流速 約為 0.30 m/s，平均表面流速約為 0.52 m/s；而蘇力颱風期間最高水 位為 7.08 m，最大平均表面流速為 2.41 m/s。綜合不同量測場次所得 之平均-表面流速比之平均值為 0.59，然而由部分文獻可知平均-表面 流速比隨著水深增加而增加。不過目前量測資料僅此三場，無法建立 平均-表面流速比與水深之動態關係，因此本研究中僅使用固定平均-表面流速比。此外，量測時之水位遠低於颱洪期間，因此為合理反應 颱洪期間較高速水流導致不同水層動量交換效率高，而使表面流速與 平均流速較為接近之情況。研究中將量測所得之平均-表面流速比值 增加 10 %，也就是進行流量計算時之平均-表面流速比為 0. 6。流量推估部分，利用水利署公告之水位流量率定曲線所推求流量
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與 ADCP 量測結果比較發現明顯低估。當水位為 4.66 m 時，以 ADCP 測得之流量為 24.23 m
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/s，而以水位流量率定曲線所推估之流量僅 1.44 m3
/s，其兩者流量差異高達 94 %。若以水位流量率定曲線所得流 量推算斷面平均流速則為 0.017 m/s (表面流速約為 0.026 m/s)，但以 現場流況粗略判斷表面流速明顯大於 0.026 m/s；也就是說以水位流 量率定曲線所推估此流況(水位為 4.66 m，流量為 24.23 m3
/s)之流量 時將發生明顯低估。然而於其他流況時是否同樣發生低估情況則需進 一步透過實際量測得知。圖 13 為宜蘭河中山橋於蘇拉颱風期間水位 及流速監測與流量推估結果。圖 13(a)中顯示水位變化趨勢與流速大 致相同，當水位上升與下降時，流速亦隨之增加與減少；惟於 45 小 時附近流速發生較大幅度下降，但水位卻僅於此附近時間內上升速度 趨緩。蘇拉颱風案例中最高水位為 7.08 m，其發生時間為 2012/8/2 7.10 am；最大表面流速為 2.41 m/s，其發生時間為 2012/8/2 5.50 am。圖 13(b)中顯示整體水位變化趨勢與流量歷程一致，而推求之最大流量 為 429.10 m3
/s，其發生時間為 2012 年 8 月 2 日上午 6 時 30 分。表 3、ADCP 流量量測結果整理
量測時間(2012/8/6) 11 am 1 pm 5 pm 流量(ADCP) [ m 3 /s ] 26.36 24.60 24.23
水位 [m] 4.68 4.67 4.66
通水斷面積 [m2] 83.51 83.10 82.70 平均流速 [m/s] 0.32 0.30 0.29 平均表面流速 [m/s] 0.48 0.54 0.53
平均-表面流速比 0.65 0.55 0.56
流量(H-Q) [ m 3 /s ] 1.79 1.57 1.44
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圖 12、聲波都卜勒流速剖面儀(RiverSurveyor M9)於宜蘭河中山 橋操作情況。
為驗證本研究表面流速推估流量方法之可信度，參考第一河川局 於 2012 年 8 月 2 日下午 2 時 20 分以普萊式流速儀之中山橋流量量測 結果，其測得流量為 101.01 m
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/s；利用本研究表面流速推估結果則為 134.81 m3
/s，其差值為 25.07 %。然而第一河川局亦利用雷達測速槍 (SVR)同步進行人工表面流速量測(採用平均-表面流速比 0.85)，其推 估流量為 136.10 m3
/s，與本研究表面流速推估結果之差值則為 0.96 %。以上比較說明本研究之流量推估方法可合理提供颱洪期間流量資 訊。