第三章 風險分析架構之建置
3.1 風險辨識
在建立風險分析架構前，本研究定義堤防溢堤風險為洪水位超越堤防 高程之失敗機率，進而辨識會造成此風險之因素，作為風險分析中所要考 量的風險因子。本研究首先針對經濟部水利署水利規劃試驗所河川治理及 環境營造規劃參考手冊(2006)、經濟部水利署水利工程技術規範-河川治理 篇(2007)等各種規劃治理手冊中，彙整出在河川治理規劃過程中水文與水理 分析主要可區分為以下步驟，其分析流程圖如圖3-1 所示。
(一) 基本資料蒐集調查
蒐集規劃所需之基本資料(包括人文、地文、氣象水文、土地利用等)，
應依據流域整體規劃觀點進行資料蒐集，研擬河川流域之基本資料蒐集與 調查作業，以適當的步驟與方法辦理調查工作。
(二) 河道調查與測量
針對規劃地區有關河道控制點、地形、縱斷面及橫斷面進行測量，俾 供後續治理及佈設防洪系統設施之依據。
(三) 水文分析
水文分析之目的在由集水區雨量資料推估河川控制點各重現期距洪峰 流量，配合水理分析以供河川保護程度依據之用，其分析步驟可概分為：
1. 雨量站之選用：
選用流域內及鄰近雨量站觀測資料可靠、紀錄較長且資料完整之雨 量站，雨量站紀錄年限以大於25年為原則。
2. 水文資料之校正、補遺及延伸：
雨量站資料之可靠性及完整性應予以檢定，資料有誤應進行校正，
資料有缺漏應進行補遺及延伸。
3. 水文資料統計分析：
包括暴雨量頻率分析、合適機率分佈之選定與其參數、降雨時間分 配型態分析(設計雨型)、洪峰流量推估。其中洪峰流量可分別由降雨-逕 流模式、與實測流量頻率分析推得。
(四) 水理分析
一般進行水理演算時，依據輸入資料計算各斷面之洪水位及其他水理 因素，如流速、水面寬、通水面積、能量坡降等，其中輸入資料分別為斷 面資料、曼寧糙度係數、計畫洪水量、起算水位，茲將說明如下：
1. 斷面資料：
主要依據河道調查與測量之成果，包括河道橫斷面資料、相鄰斷面 之間距、橋樑之橋面及樑底高、橋墩之數量、尺寸及形狀、堰高及長度 等現況資料。
2. 起算水位：
計算洪水位之正確性，有賴起算斷面之起始水位的適當設定，應依 河川各種不同流況並考慮河口暴潮位，適當選定起算水位。
3. 曼寧糙度係數：
河川自由水面水流之阻抗計算一般採用曼寧公式，公式中之糙度係 數n值，應就水位流量站所蒐集之相關水理資料加以分析檢定後採用，但 以往洪水資料缺少或精度較差時可採用經驗數值。
4. 計畫洪水量：
河川治理之計畫洪水量，依河川分類之類別及主管機關而設定。此 外，治理河段內計畫洪水量之變化，應依區內排水系統與支流注入治理 河段之地點及其排入流量作合理分配。
5. 水理分析模式之選用
水理分析應依渠道之流況、構造物之形式及集水區排水地形之條 件，選用適當之模式，以符合河川之特性，求得較合理之渠道水位。變 量流水理模式可模擬整個洪水歷線經過河川系統時各河段之水理因素，
並可模擬每個時段於每個斷面間水流狀況之相互影響，其結果與實際之 水流狀況較為接近，而定量流計算之水位較趨於保守，基於安全考量，
一般河川治理大都採用定量流演算治理河段之洪水位。
而此小節為採用故障樹分析方法(Fault-Tree-Analysis method，FTA)辨識 影響溢堤之風險來源，藉以界定風險因子，評估在上述河川治理規劃過程 中，水文與水理分析步驟可能會造成堤防溢堤之風險因子，圖3-2 為故障樹 分析結果。由圖3-2 可知，洪水位超越堤防高程之風險來自於水文分析中主 要為降雨量、降雨型態或逕流量具有不確定性，以及土地利用及植被改變；
而水理分析中主要為起算水位、水工設施水理參數、河道糙度係數以及河 道斷面資料具有不確定性。茲將水文與水理分析中造成溢堤之風險來源說 明如下：
(一) 水文分析
在水文分析部份，其風險來源主要可概分為：
1. 降雨量具有不確定性：
一般而言，在應用水文頻率分析推求不同重現期距的降雨量時，為 獲得可靠的推估結果，常需要有足夠的雨量資料。但雨量資料常因雨量 站儀器故障或人為疏失，造成紀錄中斷或紀錄錯誤，使得所記錄的觀測
雨量產生了不確定性，或是資料型態不同(日雨量、時雨量)而影響水文 頻率分析推估重現期距T 年 t 小時降雨量之可靠度。
2. 降雨型態(雨型)具有不確定性：
所謂雨型為降雨在時間分配情形，通常採用降雨量百分比(%)表示。
由於不同的雨型會有不同的降雨分佈，故會影響降雨所形成的逕流在時 間上的分佈情形，例如二場暴雨事件雖具有相同的降雨量但若搭配不同 雨型，則會產生不同形狀的逕流歷線、洪峰流量及其到達時間。但雨型 常因降雨資料本身已存在不確定性，或所採用推導方法不同，而產生不 確定性。因此雨型對需依據洪峰流量來設計之堤防，造成一定程度的影 響，顯示雨型亦為一必要考慮之風險因子。
3. 逕流量具有不確定性：
不同重現期距的逕流量一般可直接藉由流量資料，應用水文頻率分 析求得。但在台灣，常因經費及人力問題而難有足夠之實測流量資料可 供水文分析。因此，由較易獲得的長期降雨記錄配合降雨-逕流模式推估 逕流歷線，為一合理可行方式。但降雨-逕流模式之參數，因所用以率定 推估之降雨事件中，其降雨量資料及流量資料不同而有所差異，進而產 生不確定性，使其探討之逕流量亦產生了不確定性。因此經由降雨-逕流 模式推估洪峰流量，則模式參數值之不確定性會影響推估值之可靠度，
因此本研究將模式參數定義為一必須考量之風險因子。
4. 土地利用及植被改變
由於集水區經由開發之後，建地與道路等不透水面積增加，造成集 水區透水性減少進而提高了逕流量，增加溢堤之風險，故集水區開發程 度亦為一風險因子。
一般評估集水區開發程度大多藉由比較集水區開發前後不同的 CN(Curve Number)值(如 3.1 式)所推得逕流量，來評估集水區開發程度之
影響。
(1) 堰流公式參數
疏(分)洪道其功用主要將主流洪水引導至其他河川或海洋，以減 小主流洪峰流量達到減災的效果。其中分洪量主要由堰流公式推得如 下式，
α
H
βQ
w=
(3.2) 其中α
及β
為堰流公式之係數。而由不同的堰流公式參數可推得 不同的分洪量Q
w。因此堰流公式參數亦為必需考量之風險因子。(2) 橋墩束縮係數
洪水經過橋樑等跨河構造物時，因能量損失而形成壅水現象使得 上游水位抬升而有溢堤的風險。一般而言造成橋墩壅水的成因包括 A. 水流通過橋孔時，因橋樑之橋墩或基礎增加阻水面積，阻擋水流，
迫使橋孔間單寬流量與流速加大，於流量固定下，造成橋址上游斷面 水位抬升，此為束縮效應所造成的橋前壅水；B.橋墩前面水流衝擊高 度，是橋墩阻礙水流運動造成擾動波，並在橋墩前成衝擊水柱。衝擊 水柱是水流動能轉化成位能，造成水位的抬升，此為超臨界水流衝擊 橋墩造成的水位壅高；C.於風力作用下水面波動產生波浪，波浪撞擊 橋墩所造成的侵襲高度，亦為水位壅高的一種。
故跨河構造物之壅水現象亦為造成溢堤的風險因子之一。傳統的 壅水公式之推導，不外乎明渠動量方程式及能量方程式，並依橋墩形 狀選取束縮係數K。因此本研究將橋墩束縮係數視為風險因子之一。
3. 河道糙度係數具有不確定性
河道糙度係數一般是藉由測站之水位流量等量測資料率定其值。然 而，實測逕流資料品質控制極為不易，尤其是高流量資料測得相當困難，
再加上流量站站數不足(以基隆河為例，上游至下游只有介壽橋及五堵兩 站)，造成檢定糙度係數時產生了不確定性因素。
而河道底床之糙度係數一般用Manning 經驗公式中之 n 值估算，各 段河道中若現況糙度係數較規劃水利建造物之採用值為大時，則洪水位 可能高於原規劃值，進而增加溢堤之風險。但Manning n 之給定，常因 河床植被情況不同，含砂量改變及河床質粒徑不同，而產生不確定性，
進而影響水理分析之結果，因此河道糙度係數亦定義為影響水理分析之 風險因子。
4. 河道斷面資料具有不確定性
在河川的治理過程中，變動的河道需要定期量測，若無法準確量測 或及時更新斷面資料，可能無法準確的判斷和估算水流路線及排洪容 量，進而影響防洪功能。且河道斷面因受洪水沖淤影響具不確定性，唯 為節省本架構模擬時間與簡化分析程序，故本研究並不考慮河床之不確 定性，設定河道為定床。
因此本研究依上述各風險因子之屬性，將其區分為水文、水理及地文 風險因子，並將採用之風險因子及其影響的對象彙整如表3-1，作為發展風 險分析架構之基礎。