行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
氣候變異與都市化對台中盆地洪災之影響研究--子計畫:都
市地區淹水模式之評估與應用研究(III)
研究成果報告(完整版)
計 畫 類 別 ： 整合型 計 畫 編 號 ： NSC 99-2625-M-009-002- 執 行 期 間 ： 99 年 08 月 01 日至 100 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立交通大學土木工程學系（所） 計 畫 主 持 人 ： 葉克家 處 理 方 式 ： 本計畫可公開查詢中 華 民 國 100 年 10 月 11 日
行政院國家科學委員會補助專題研究計畫
□ 成 果 報 告
□ 期中進度報告
子計畫：都市地區淹水模式之評估與應用研究(3/3)
計畫類別：
個別型計畫
整合型計畫
計畫編號：NSC NSC 99-2625-M-009-002
執行期間：99 年 8 月 01 日至 100 年 7 月 31 日
計畫主持人：葉克家
計畫參與人員：廖仲達、李唯泰、黃信富
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精簡報告
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本成果報告包括以下應繳交之附件：
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執行單位：國立交通大學
中 華 民 國 100 年 10 月 31 日
摘要
隨著台灣社會經濟發展，都市地區颱洪暴雨所帶來之淹水課題也日受重視。 由於颱風、豪雨等天然災害之存在，使得都市排水與抽水站管理倍受矚目，如 2001 年納莉颱風重創北部地區淹水，造成地下鐵與捷運系統癱瘓；2004 年敏督 利颱風重創全台多個鄉鎮。因此，都市排水、淹水課題對人民安全及財產之影響 攸關重大。淹水地點與範圍受排水設施功能之限制，而排水設施承受之水量來自 降雨形成之地表逕流，經由街道及其邊溝與邊溝進水口流入雨水下水道，傳輸至 水門或抽水站而洩排入臨近之區域排水、河流、或湖泊海域。因此都市地區之淹 水現象頇整合淹水模式(降雨-逕流演算)、街道路網水流模式、雨水下水道網路模 式、水門及抽水站操作模式等進行模擬演算。 本研究目的在於對多個都市淹水模式理論與數模進行回顧，並評估既有國內 外常用先進淹水模式之優缺點與功能限制，進而擇之應用於台灣本土案例。同時， 依據總計畫之執行目標，結合各子計畫如降雨分佈、防洪排水設施、都市下水道 等相關研究，進行共同應用對象(台北市玉成抽水站)之都市淹水潛勢分析，提出 相關措施與建議，以達到改善都市地區淹水之目的。本計畫分三年進行，第一年 度以模式回顧為主要方向，回顧與評估既有先進淹水模式之理論與計算概念，並 對其模擬所需邊界條件、模式參數敏感度分析等進行研究；第二年度以案例分析 為主要方向，針對總計畫共同應用對象進行模式實例應用；第三年度以效益評估 及研提改善措施為主要方向，藉由共同應用對象之淹水潛勢分析等結果，提出可 能之改善措施與建議。 本年度(第三年度)繼續與其他子計畫成果進行模組之整合外，其重心在用 SOBEK 模式模擬共同應用對象(台北市玉成抽水站)模擬之結果進行淹水潛勢分 析。玉成抽水站於民國 93 年納莉颱風侵襲台灣時，降雨強度超過原設計抽水保 護標準，造成松隆路、永吉路一帶之積淹水。因此，於民國 95 年進行玉成抽水 站擴建工程，並於 98 年 4 月 14 日完工。本計畫將對玉成抽水站擴建前與擴建後 進行淹水潛勢分析，進行擴建前後淹水損失之比較。最後，對共同應用對象淹水 之情況分佈進行檢討，並針對淹水嚴重的地區提出改善方案與效益評估。 關鍵詞：地表逕流、淹水潛勢分析、淹水模式Abstract
The study of flood resulted from typhoons and storms at urbanized area is considered seriously accompanied by the rapid growth of socioeconomic development in Taiwan. The management of urban storm water and the pumping stations is therefore brought to great attention, for example: the paralyzed MRT system in Taipei by the flood resulted from the Nari Typhoon in 2001. Therefore, the flood has crucial effects on the protection of the lives and properties of citizens. The locations and area of inundation are affected by the function of drainage facilities, which bear the flow from the runoffs resulted from the rainfall. This runoff flow through the streets and the inlets of the trenches leading to the storm sewer before being transported to the water gates or the pumping stations in order to be drained to the rivers, lakes, or coastal areas nearby. Therefore the phenomenon of inundation could be simulated by integrating the inundation model, the street network surface flow model, the storm sewer network model, and the operation model of the water gates and pumping stations.
The purpose of this study is to review several urban inundation model theories and numerical models to evaluate the advantages, disadvantages, and limitations of the existing domestic and foreign modern inundation models in order to choose and apply to the local cases in Taiwan. In the meantime, the sub-plan researches such as the rainfall distribution, flood control and drainage facilities, and the urban sewer are combined for the analysis of the urban potential inundation trend of the applied target (the Yu Cheng Pumping Station in Taipei). Related suggestions and measures would be made in order to achieve the goal of improving the inundation control in urban settings. This project would be a three-year study. The first year would be the review and evaluation of existing inundation model theories and their computations with emphasis on the research of the boundary conditions needed for the simulations plus the analysis of the sensitivity of the model variables. Entering into the second year, Cases study is the mainly purpose. Choosing same study area for simulating and application. Counter-measures and suggestions would be made in the third year, after attaining the results from the potential inundation tendency analysis.
In this year (the third year), this study continues to integrate the results of other sub-project researches and focuses on the potential inundation tendency analysis by using SOBEK to simulate common application objects (the Yu Cheng Pumping Station in Taipei). Nari Typhoon went through Taiwan in 2004, causing flooding in the area of Songlong Road and Kut Road. The reason of the flood was because that rainfall intensity exceeds the original design pumping protection standards of the Yu Cheng Pumping Station. Therefore, the Yu Cheng Pumping Station was expanded in 2006 and completed by April 14 in 2009. This study works on the flooding potential analysis and the comparison of the flood losses between before and after expansion. Finally, this study reviews the flooding distribution of the shared use of the objects, and proposes improvement and benefit assessment to the area having severe flooding.
摘要... I Abstract ... II 一、前言... 1 1.1 研究計畫之背景及目的... 1 1.2 研究成果概述... 2 1.3 研究方法... 2 1.4 各年度工作項目... 2 二、文獻回顧... 3 2.1 漫地流數值理論及漫地流模式應用... 3 2.1.1 漫地流數值理論... 3 2.1.2 漫地流模式應用... 4 2.2 SOBEK 模式相關應用 ... 4 三、模式理論... 5 3.1 模式介紹... 5 3.2 模式理論... 5 3.2.1 一維渠流模式... 5 3.2.2 二維漫地流模式... 6 3.2.3 雨水下水道模式... 8 四、共同應用對象資料蒐集... 9 4.1 地理位置與建物分佈... 9 4.2 水文資料... 10 4.3 數值地形模型與土地利用資料... 11 4.4 區域排水系統資料... 13 4.5 抽水站系統... 15 五、研究成果... 18 5.1 模擬颱洪案例... 18 5.2 淹水潛勢分析... 22 5.2.1 玉成抽水站擴建前之淹水潛勢分析... 22 5.2.2 玉成抽水站擴建後之潛勢分析... 23 5.3 淹水損失分析... 25 5.3.1 淹水損失分類... 25 5.3.2 水災損失之定義... 26 5.3.3 水災直接損失評估法... 27 5.3.4 與各計畫成果交流... 29 六、結論與建議... 36 6.1 結論... 36 6.2 建議... 36 參考文獻... 37
子計畫：都市地區淹水模式之評估與應用研究(Ⅲ)
第三年度研究成果報告
計畫編號：NSC 99-2625-M-009-002- 執行期限：99 年 8 月 1 日至 100 年 7 月 31 日 總計畫主持人：蔡長泰 子計畫主持人：葉克家 計畫參與人員：廖仲達、李唯泰、黃信富一、前言
1.1 研究計畫之背景及目的
台灣地區夏秋兩季受颱風及西南氣流影響，常有暴雨發生，進而造成低窪地 區與下水道排水宣洩不及等嚴重水患。又因國內經濟迅速成長，人口急遽增加， 各地區都市化現象日益顯著，因此，有關都市地區洪水災害問題亦日趨重要，如 都市內水溢淹問題、排水閘門之管理操作、都市街道與下水道淹排水設計整合等 問題。 由於國內外目前可應用於淹水問題之模式頗多，但較缺乏模式整合評估與數 模學理基礎之測詴研究，各商用模式能否適用於台灣特有之水文特性皆有待探討。 本計畫分三年進行，最終目的在於評估既有國內外常見之商用淹水模式，並進行 不同暴雨事件之淹水問題模擬，結合各子計畫相關研究模組，如降雨分佈、街道 流、下水道等，以臺北市玉成抽水站鄰近之集水區範圍為例，模擬都市淹水情形 並提出改善措施建議。 第一年主要工作為文獻理論與數模回顧評估比較，並對於模式進行參數敏感 度分析，研提後續年度將應用之淹水模式。第二年為共同應用對象基本資料之收 集與彙整分析，模式之測詴、檢定與驗證，並將淹水模式與其他子計畫模組整合 測詴。第三年將完成與其他子計畫成果及模組之整合，並對共同應用對象進行淹 水潛勢分析，提供淹水改善方案之研擬與效益評估，最後配合整體計畫成果展示 系統之建立。本子計畫之研究成果可提供各子計畫在都市內淹水研析時，探討來 自山區逕流、漫地流之內水增量影響，並提供相鄰街道人孔水位高於地表時之漫 地流模擬演算；並模擬出淹水深度、範圍及洪水流向，提供總計畫都市地區淹水 改善措施之效益評估。1.2 研究成果概述
第一年度進行了相關之文獻蒐集與回顧，並提出國內外常用淹水模式之優缺 點、功能限制條件進行綜合評估，再進一步以共同應用對象(台北市玉成抽水站)， 配合 2001 年之納莉颱洪事件作為模擬案例，執行模式參數之檢定。而模式主要 檢定參數為地表曼寧糙度，參考前人研究文獻所建議之糙度值，搭配不同土地利 用型態，設定了幾組糙度參數進行模擬，再將模擬所得淹水範圍與實際調查進行 對照比較。再經過淹水格網比對之後，得到一組模擬淹水情形與實際調查結果符 合率最高之糙度值，作為後續模擬之糙度參數。此外，藉由案例模擬，瞭解模式 計算過程中之數值穩定性與模擬時間等，配合先前的綜合評估，最終決定使用 SOBEK 模式作為後續研究之應用模式。 第二年度延續第一年度的進度，除了持續蒐集共同應用對象(台北市玉成抽 水站)之基本資料，並進一步分析資料屬性後進行數值模型之建置。數模完成後 挑選數場具代表性之颱洪事件進行模式之測詴、檢定與驗證。以 2001 年 9 月發 生之納莉颱洪事件進行檢定，而以 2007 年 10 的柯羅莎颱洪事件進行驗證。待模 式之檢定驗證完成，針對共同應用對象之共同研究颱洪案例：2008 年 9 月辛樂 克颱洪進行淹水模擬，並與各子計畫密切整合，相互提供模擬結果。1.3 研究方法
本年度除了繼續與其他子計畫成果進行模組之整合外，其重心在對 SOBEK 模式模擬共同應用對象(台北市玉成抽水站)模擬之結果進行淹水潛勢分析。玉成 抽水站於民國 93 年納莉颱風侵襲台灣時，降雨強度超過原設計抽水保護標準， 造成松隆路、永吉路一帶之積淹水。因此，於民國 95 年進行玉成抽水站擴建工 程，並於 98 年 4 月 14 日完工。本計畫將對玉成抽水站擴建前與擴建後進行淹水 潛式分析，進行擴建前後淹水損失之比較，討論共同應用對象淹水之情況分佈， 並針對淹水嚴重的地區提出改善方案與效益評估。1.4 各年度工作項目
第一年 1. 都市淹水模式之理論與數模回顧 2. 現有國內外常用都市淹水模式優缺點、功能限制評估 3. 都市淹水模式之邊界條件、模式參數敏感度分析 4. 後續研究採用模式之選取 第二年 1. 總計畫共同應用對象基本資料之收集與彙整分析 2. 模式之測詴、檢定與驗證 3. 共同應用對象之現況模擬4. 與其他子計畫成果及模組之整合測詴 第三年 1. 繼續與其他子計畫成果及模組之整合 2. 共同應用對象之淹水潛勢分析 3. 淹水改善方案之研擬與效益評估 4. 配合整體計畫成果展示系統之建立
二、文獻回顧
2.1 漫地流數值理論及漫地流模式應用
國內外關於漫地流數值理論與模式應用模擬之研究頗多，主要研究方向可分 為兩部份：漫地流數值理論與漫地流模式應用，以下為前人相關研究文獻之回 顧。2.1.1 漫地流數值理論
漫地流數值理論以求解水深帄均後之淺水波方程式為主：Gustafsson (1971) 利用交替方向隱式法求解淺水波之問題，並探討臨前狀況為無水陸地之流況。 Xanthopoulous (1976)，Katopodes (1978, 1979)，Balloffet (1982)曾建立二維數值 模式以模擬潰壩後河川或洪氾帄原區水流之流況等。Preissmann (1961) and Cunge (1980)曾將洪氾區依地形與地貌畫分網格，配合所發展之理想渠道、堰等概念模 式，再利用一維水流理論求解各網格中心點之淹水深度， 並應用於湄公河三角 洲低窪地區之洪氾帄原。之後 Vongvisessomjai (1985) 亦將此模式應用在曼谷地 區，但此種概念模式需要較完整之水文站網及長期之水文紀錄，方可檢定其參數 值。Garcia (1986)曾以 MacCormack scheme 應用於二維之聖凡南方程式(St. Venant equation)，並模擬突擴斷面水流產生環流(circulation)之情形。Inoue et al. (1987) 利用交錯格網技巧(stagger scheme)，模擬二維洪水波傳遞動態，以避免求解所產 生之發散問題。Aknbi and Katopodes (1988) 對初始無水地面之洪水傳遞，利用 有限元素法求解水流前進線及淹水深。Han et al. (1998) 以顯式法求解二維漫地 流模式，探討堤防潰決後對於漢城市區造成之淹水情形。Ferrante et al. (2000)將 二維漫地流模式應用於羅馬市區，規劃洪水災害發生時之最佳逃生路線。Dan et al. (2006)使用有限體積法結合綠色定理，提出一個二維漫地流模式，並實地應用 於越南首都河內市之洪汎區。Sanders (2007)評估不同測量方式所測得之數值地形 資料適用於地表淹水模式之分析。Gouldby (2008)將地表以高程劃分成不同區域， 建立各區域間之水位與淹水體積之關係，以河川溢流量配合水位體積曲線算出各 區域之淹水深度，並應用於泰晤士河。Kuiry et al. (2010)以一簡化之數值模式模 擬氾濫帄原於洪水時之情形，渠道內水流以一維有限體積法模擬近似之，溢流洪水則利用三角形格網處理，兩者之交界面以擴散波方程式計算，最後模式以英國 的圔文河進行模擬，並與其他模式比較驗證。
2.1.2 漫地流模式應用
Frank et al.(2001)運用 Delft-1D2D 的整合模式應用於在義大利中部 Liri Garigliano 集水區的洪泛帄原上，模擬淹水歷程，並將洪災風險圖影像化，進行 洪災分類。Marka et al. (2004)以一維水文模式結合地下管路、街道關係來模擬淹 水，除了考慮地形及排水系統以外，還以手動劃分考慮土地利用分佈情形，應用 於孟加拉首都達卡市。Hall and Tarantola(2005)針對分佈型淹水模式邊界條件進行 敏感度分析與校正。Wilson(2005)將淹水模式 LISTFLOOD 應用三種不同高程資 料形式，評估對淹水模擬結果之影響。Dutta and Alam (2007)採用二維分佈式水 文模式，結合地理資訊系統(GIS)，應用於湄公河流域，推算一場洪水空間上之 影響與持續時間，用以建立洪水預警系統。
而國內關於漫地流模式之應用研究方面：楊與蔡(1995)討論數值高程模型 (digital terrain model, DTM)解析度對淹水模式分區代表高程之影響，證實數值高 程模型解析度愈低則所模擬出之淹水結果與實際情形愈不相符。許等(1996)將二 維核胞淹水模式應用於八掌溪，考慮一維河川水流對地表淹水之影響，成功銜接 一維變量流及二維核胞淹水模式。盧(1998)成功銜接一維變量流及二維漫地流淹 水模式，並模擬賀伯颱風臺北縣地區之淹水情況。蔡等(1999)建立市區排水與淹 水模式，考慮街區積水深度之改變及相鄰街道間之流量交換關係，應用於工程設 計及排水功能測詴，進而建立淹水預警系統。陳(2001)則建立考量調節池效應之 二維漫地流淹水模式，並應用於台南科學園區。顏(2006)使用 FLO-2D 模式，以 東港溪下游之新園鄉為例，透過淹水潛勢分析，提出消洪減災之對策。
2.2 SOBEK 模式相關應用
本計畫中選用 SOBEK 模式作為淹水模擬模式，該模式為經濟部水利署與荷 蘭 WL|Delft Hydraulic 公司共同合作研發之模式，目前經濟部水利署在進行易淹 水地區治理計畫時，也常選用 SOBEK 模式作為淹排水模擬之模式，也是業界顧 問公司經常使用之商用模式之一。因此，以下針對 SOBEK 模式之相關應用案例 進行回顧介紹。 謝(2005)針對地盤下陷區之淹水問題，利用 SOBEK 模式進行模擬，進而訂 定排水之最佳抽水量。蔡(2006)應用 SOBEK 模式於雲林南部沿海地區，針對幾 種常見之工程性綜合治水對策進行模擬分析，其結果可提供相關排水治理及水害 防治作為參考。徐(2007)針對雲林地區之淹水問題，評估出適合做為溼地之環境 條件，據以選出合適設置人工溼地之地區，再以 SOBEK 模式進行設置溼地之淹 水模擬測詴。林(2008)以曾文水庫下游之大內鄉為例，由不同重現期距之降雨條 件來模擬大內地區之淹水情形，進行坡地淹水範圍分析，並探討坡地排水所衍生之淹水原因與問題癥結所在。李(2009)使用 SOBEK 模式模擬台北市玉成集水區， 探討氣候變異前後不同水文條件，對於都市淹水之影響。李(2010)以台北市玉成 集水區為研究對象，以 SOBEK 淹水模式進行模擬，並探討雨水下水道淤積對於 研究區域內之下水道系統、區域排水及地表淹水的衝擊。目前水利署執行中之「中 央管河川與區域排水系統警戒水位站規劃」，有許多地區係利用 SOBEK 模式進 行淹水模擬與分析。
三、模式理論
3.1 模式介紹
本研究選用 SOBEK 模式作為淹水模擬模式，該模式為經濟部水利署與荷蘭 WL|Delft Hydraulic 公司共同合作研發之模式，模式以一維渠道演算為基礎，採 用顯式有限差分模式來求解迪聖凡南方程式(de Saint Venant equation)，而二維地 表漫地流演算功能是由一維淺水流方程式擴展而成。此外，經濟部水利署在進行 易淹水地區治理計畫時，也常選用 SOBEK 模式作為淹排水模擬之模式，可見模 式本身已具相當程度之公信力，因此採用 SOBEK 模式作為本研究淹水模擬之工 具。 SOBEK 模式依照應用區域可區分為區域排水(rural)、都市排水(urban)及河川 (river)三個應用版本，該模式共包含九個模組，分別為：降雨逕流模組(rainfall - runoff)、渠流模組(channel - flow)、下水道模組(sewer - flow)、漫地流模組(overland - flow)、即時控制模組(real-time control module)、河川水流模組(river flow module)、 水質分析模組(water quality module)、輸砂模組(emissions module)、地下水模組 (ground water module)。本研究為考量整體都會區排水系統與漫地流之交互作用， 故選用上述模組中之前四種，作為漫地流淹水模擬之用。3.2 模式理論
SOBEK 模式以一維渠道演算為基礎，以顯式有限差分法求解迪聖凡南方程 式(de Saint Venant equation)，再根據一維淺水流方程式進一步發展出二維地表漫 地流演算功能，可考慮整體河川、雨水下水道系統與漫地流之交互作用。
3.2.1 一維渠流模式
河川水流演算是以一維變量流之動力波傳遞理論為依據，即利用迪聖凡南氏 (de Saint Venant)所導出之緩變量流方程式來描述河川水流之流動，並使用非線性 顯式差分法求解各時段之水深與流量，在主、支流匯流處，則以主支流水位相等 及進出流量之帄衡為匯流條件，以求解各斷面之水深及流量。
根據 de St. Venant 所推導之一維緩變量流方程式，考慮水流之連續及運動 方程式，即為動力波模式，其控制方程式如下，式(1)為連續方程式，式(2)為動
量方程式： lat f q x Q t A (1) 0 2 2 w wi f f f f W RA C Q gQ x h gA A Q t Q (2) 式中， Q：流量〔 s m3 〕； g ：重力加速度〔 2 s m 〕； t：時間〔s〕； x：沿流動方向之空間座標〔m〕； h ：水位〔m〕； R ：水力半徑〔m〕； lat q ：河道之側入流量〔 s m2 〕； f A ：濕周面積〔 2 m 〕； C ：Chezy 係數； f W ：河寬〔m〕； wi ：風剪力〔 2 m N 〕； w ：水密度〔 3 m kg 〕。
其中，SOBEK 模式之 channel - flow 模組在處理運動方程式時，將風剪力造 成的影響也考慮在內；由於在本研究範圍內渠流寬度不大，因此風剪力項影響較 小，故將此項予以忽略不計。而各模式於考慮單位河川長度之側入流量時，包括 經由涵洞、閘門、抽水機或堰等方式，排入渠道之流量，其流量之計算可由水工 結構物水理演算獲得。
3.2.2 二維漫地流模式
SOBEK 模式在進行二維漫地流演算時，以顯式有限差分法求解二維動力波方程式，其中式(3)為連續方程式，式(4)、(5)分別為水帄方向與垂直方向之動量 方程式。
0 y vd x ud t h (3) 0 2 u au d c V u g x h g y u v x u u t u (4) 0 2 v av d c V v g y h g y v v x v u t v (5) 式中， u：x 方向之帄均流速〔 s m 〕； v：y 方向之帄均流速〔 s m 〕； V ：速度 2 2 v u 〔 s m 〕； d ：模擬區域地表水深〔m〕； g ：重力加速度〔 2 s m 〕； h ：地表水位hdz〔m〕； a：邊牆摩擦係數； C ：Chezy 係數。 (本研究採曼寧係數n計算， 1 R16 C n ， R 為水力半徑)。 此外，關於一維渠流模式與二維漫地流模式之銜接，取決於渠道及漫地流水 位相對於堤防高度之關係。 當渠道水位及漫地流水位均低於堤防高度時，即未發生溢流之情形，二維模 式沿堤防視為無水流通過之封閉邊界，一、二維模式分別進行演算，僅於堰、抽 水機及閘門等水工結構物處有交互流量發生，可根據通過這些控制點之流量進行 模式銜接。 當渠道水位或漫地流水位高出堤防高度時，則採用河系溢提洪水演算，考慮 地表漫地流與渠道水流之交互作用，同時演算渠道水位與集水區淹水之狀況。3.2.3 雨水下水道模式
SOBEK 模式於進行下水道流況模擬部份，是採用一維緩變量流方程式進行 水理演算，根據美國環境保護署所發展之暴雨經理模式(strom water management model, SWMM)的幹線輸水(EXTRAN)模組進行模擬，其控制方程式如式(6)、式 (7)： 0 x Q t A (6) f S S x y x V g V t V g 0 1 (7) 式中， A ：通水斷面積〔 2 m 〕； Q：管渠流量〔 s m3 〕； x：沿流動方向之空間座標〔m〕； g ：重力加速度〔 2 s m 〕； V ：斷面之帄均流速〔m / 〕； s y ：水深〔m〕； 0 S ：渠底之縱向坡降； f S ：能量坡降線，可利用曼寧公式計算，即 3 4 2 2 R V n Sf
n
：曼寧糙度係數； R ：水力半徑〔m〕。 雨水降落地面形成漫地流，經由邊溝匯集進入人孔後導入管線中，此部份之 處理採用變量非均勻之自由液面流(unsteady nonuniform free surface flow)之水理 特性，模擬水流在管渠中流動之情形。此外，各人孔皆視為與下水道管線連接之 小蓄水池，其蓄水容積為人孔斷面積與人孔深度之乘積，並於設定時有三種型式 之人孔可選擇。如人孔上游端之入流量大於下端之最大輸流量，發生滿管流況導 致人孔節點水位超出地表高程時，根據設定不同型式之人孔，將會產生三種不同 情況： 1. 蓄水型(reservoir)： 設定此種人孔型式下，溢流之水量可暫時貯存於人孔附近，於入流量減少時 再回流下水道系統。2. 損失型(loss)： 設定此種人孔型式下，溢流之水量將排出下水道系統，進入漫地流系統。 3. 封閉型(closed)： 設定此種人孔型式下，下水道系統與漫地流系統將不會在此人孔進行水流交 換之動作，純粹只在下水道系統中流動。 整體而言，幹線輸水模組針對動量方程式，利用動力波模式進行求解，因此 可有效考慮迴水效應、逆向流及壓力流等狀況。
四、共同應用對象資料蒐集
本計畫透過各相關之政府機關及學術單位協助幫忙下，於基本資料之蒐集與 整理分析工作上並無遇上太多困難，已順利完成。相關資料之蒐集狀況如表 1 所示，而彙整分析之結果將於下進行說明。在進行淹水模擬之前，首先將針對研 究模擬區域進行基本資料的蒐集。而都市地區之淹水模擬所需輸入資料，通常包 含了研究區域之水文資料、人孔及雨水下水道配置、抽水站系統資料、土地利用 型態、數值地形模型(digital terrain model，簡稱 DTM)、歷年颱洪事件淹水實際 調查紀錄等相關資料，而相關資料在經過整理分析之後，便可作為模式建置與參 數輸入之用。 表 1 基本資料蒐集狀況 資料類別 說明 研究區域範圍 玉成抽水站集水區 地表建物 玉成抽水站集水區民國 93 年之配置 土地利用狀況 玉成抽水站集水區民國 93 年之配置 下水道、人孔、明溝 玉成抽水站集水民區國 93 年之配置 抽水站系統 玉成抽水站舊站及擴建站資料 雨量紀錄 玉成抽水站集水區周遭中央氣象局雨量 站：內湖、南港、信義、公館、木柵 水位紀錄 玉成抽水站實測紀錄(民國 97 年～ 99 年、納莉颱風、柯羅莎颱風) 數值地形模型 玉成抽水站集水區，精度為 4m×4m4.1 地理位置與建物分佈
玉成集水區橫跨台北市信義、大安、南港、松山等四個行政區，東南方緊臨四獸山及南港山區，圖 1 為研究區域地理位置分布情形，該區域位於台北盆地境 內，地勢低漥屬於盆地地形，由東南向北邊緩降，北側緊鄰基隆河，另外由於信 義計畫，都市發展積極建設，多條聯外道路，構成四通八達之交通聯絡，促成人 口集中。且由圖 2 建築物分佈情況可知，市區中心隨著人口不斷集中，多已開發 為住宅及商業建築用地。 圖 1 玉成集水區地理位置 圖 2 玉成集水區建築物分佈
4.2 水文資料
水文資料上以玉成集水區為目標，蒐集研究區域周邊鄰近測站之歷年雨量及水位紀錄。雨量紀錄方面，承蒙中央氣象局協助，順利蒐集歷年雨量站資料，區 域周邊測站分別為內湖、南港、信義、公館及木柵共五站，其分佈位置如圖所示。 而水位紀錄方面，以玉成抽水站之實測內、外水位紀錄資料為主，該紀錄承蒙台 北市政府工務局水利工程處配合提供。 圖 3 雨量測站分佈圖
4.3 數值地形模型與土地利用資料
地形高程方面，採用台北市政府提供之玉成集水區及其周遭行政區最新實測 資料，用以建置數值模擬之網格輸入資料，圖 4 為研究區域之數值地形模型。本 研究蒐集之玉成集水區數值地表高程資料精細程度為 4m
×4m
，由於有少部區域 是屬於未公開之區塊，故利用 Surfer 軟體將資料內插成 16m
×16m
，作為模式所 需之資料。 土地利用資料方面，則根據內政部地政司的台灣省國土利用現況調查數化資 料，用以決定格網點之曼寧糙度n
值。由表 2 中資料筆數及圖 2 建築物分佈圖可 知，信義區、南港區隨著人口不斷集中，多已開發為住宅及商業建築用地，工業 區主要以分布在南港區居多，而保護區及公園綠地主要集中在東南方，提供民眾 假日遊憩休閒，如圖 5 為研究區域內之土地利用情形。圖 6 則為研究區域歸類後 之各土地利用所佔百分比，其中以建築用地所佔比例最大，爲 73.86%，其次為 遊憩用地 17.39%及交通用地 6.44%。表 2 玉成集水區土地利用資料 項目 利用型態 資料筆數 百分比(％) 工業區 30 1.99％ 公共設施 71 4.71％ 公園綠地 167 11.08％ 古蹟保存區 1 0.07％ 市場用地 17 1.13％ 交通用地 97 6.44％ 行水區 2 0.13％ 住宅區 846 56.14％ 保護區 23 1.53％ 娛樂區 3 0.20％ 商業區 180 11.94％ 農業區 3 0.20％ 學校用地 30 1.99％ 機關用地 37 2.46％ 圖 4 玉成集水區數值地形模型
圖 5 玉成集水區土地利用情形 圖 6 土地利用百分比圖
4.4 區域排水系統資料
根據「台北市雨水排水系統設計規範」，台北市雨水排水系統採用五年重現 期之設計標準，透過台北市政府之協助，已順利蒐集研究區域內之排水系統相關 資料。研究區域內之玉成排水系統，主要是由三大次排水幹線，松隆路幹線、中坡北路幹線、南港幹線匯流而成，經由雨水下水道系統銜接至上述流域內之河川 支流排水，以重力排水方式流入三張犂截流溝進入基隆河。圖 7 為玉成集水區之 排水系統及雨水下水道系統分佈圖，由此圖可看出玉成集水區已建置密集之雨水 下水道系統，而下水道總長爲 78,696 公尺。經過資料整理之後，將研究區域內 下水道系統納入淹水模式中以進行模擬，共計完成建置 1,658 個下水道管線， 1,973 個人孔資料。 另外國內有關單位於雨水下水道工程設計上，起始管徑最小由直徑 600
mm
開始，由上游向下游管徑逐漸加大至某一最大管徑，而更大管徑之涵管由於施工 及運送不便而採用箱涵。一般來說，下水道資料若為圓管，則為其管件之直徑資 料；但若為箱涵形式，則為下水道矩形斷面之寬度與高度數據。本研究計畫中為 統一討論所有管線管徑大小，先將箱涵形式之管件計算其斷面積後，換算該面積 若為圓管時之直徑。經過此換算可將研究區域中之管渠管徑大小和長度的關係統 計出來，以求對區域的管渠長度特性有所瞭解，如表 3 為台北市與研究區雨水下 水道之各管徑長度和比例。 圖 7 玉成集水區排水系統分佈表 3 研究區域雨水下水道各管徑長度與比例 城市(公頃) 台北市(27030) 玉成集水區(1627.4) 管徑(公尺) 長度(公尺) 比例 長度(公尺) 比例 0.5-1.0 5552 3.1% 13416.09 22.21% 1.1-1.5 23820 13.4% 15824.27 26.23% 1.6-2.0 32243 18.1% 9197.67 14.88% 2.1-2.5 22543 12.7% 6054.50 8.32% 2.6-3.0 24887 14.0% 5511.80 8.60% 3.0 以上 69049 38.8% 17580.19 19.75% 總長度(公尺) 178094 100.0% 67584.52 100%
4.5 抽水站系統
玉成抽水站位於台北市南港區成美橋側基隆河左岸，其帄面佈置示意如圖 8 所示，於 1987 年完工，集水區範圍包括辛亥路以北、基隆路及光復南路以東、 向陽路以西和基隆河以南區域，總面積約 1,627 公頃。抽水站現有裝置 7 部 26.3cms 共計抽水量 184.1cms 之抽水機組，詳細配置及現況如圖 9，抽水機組設 定 1.8m 為啟動水位、2.4m 為起抽水位高程，設計外水位採用基隆河十年重現期 之洪水位 EL.7.62m(員山子分洪前)，現有的抽水區 42.5mm/hr 降雨強度之逕流量。 玉成抽水站於民國 93 年納莉颱風侵襲台灣時，降雨強度超過原設計抽水保護標 準，造成松隆路、永吉路一帶之積淹水。因此，於民國 95 年進行玉成抽水站擴 建工程，並於 98 年 4 月 14 日完工。在經過新站擴建之後，更增設了 4 部單機抽 水量 12.5cms、揚程 7.0m 之抽水機，與舊站聯合運轉，如圖 10、圖 11 為玉成抽 水站擴建橫剖面圖，而擴建站地理位置如圖 12 所示。 圖 8 抽水機組配置圖 9 抽水機組配置現況
圖 11 玉成抽水站擴建橫剖面圖
五、研究成果
本年度根據第二年度對共同應用對象(台北市玉成抽水站)模擬之結果進行 淹水潛勢分析。玉成抽水站於民國 93 年納莉颱風侵襲台灣時，降雨強度超過原 設計抽水保護標準，造成松隆路、永吉路一帶之積淹水。因此，於民國 95 年進 行玉成抽水站擴建工程，並於 98 年 4 月 14 日完工。本計畫將對玉成抽水站擴建 前與擴建後進行淹水潛式分析，並進行擴建前後淹水損失之比較，討論共同應用 對象淹水之情況分佈，並針對淹水嚴重的地區提出改善方案與效益評估。最後， 配合整體計畫進行成果之展示與系統之建立。5.1 模擬颱洪案例
在第二年度完成 SOBEK 模式之檢定與驗證後，由總計畫訂定出共同應用對 象之共同研究颱洪案例，挑選具代表性(含設計)之颱洪或暴雨事件進行淹水模擬。 模擬之案例以降雨逕流所造成之都市內水淹水為主，暫不考慮基隆河所造成之溢 堤淹水情形，以利於模擬檢驗都市之排水系統、抽水站等是否足夠因應淹水狀況 之發生。因此，共同研究之颱洪案例為 2008 年 9 月發生之辛樂克颱風，蒐集整 理研究區域附近雨量及水位站之實測紀錄後，再代入先前檢定驗證所得之參數及 模擬設定，進行現況模擬。 辛樂克颱風(Sinlaku)，2008 年 9 月 8 日於呂宋島東南方海面形成，颱風中心 於 14 日 1 時 50 分左右於宜蘭縣蘭陽溪附近登陸。登陸後不久，強度減弱並向南 偏移呈現打轉現象後，並於 10 時前掠過台灣東北角進入台灣北部海面；同日下 午，滯留不動，16 日 14 時 30 分解除海上颱風警報，其行徑路線圖如圖 13 所示。 辛樂克颱風侵襲台灣時間相對較長，各地有多處累積雨量超過 1,000 毫米，宜蘭 地區淹水嚴重，台北市也出現將近 600 豪米的雨量。 在 SOBEK 模式模擬辛樂克(Sinlaku)颱風中，以公館、南港、內湖及信義這 四個雨量站在辛樂克(Sinlaku)颱風所記錄的雨量當作上游邊界之條件。圖 14～圖 17 為辛樂克颱風侵台期間(97 年 9 月 14 日 7 時起)，玉成集水區周遭雨量站之 24 小時降雨組體圖，由此圖可看出降雨集中於 14 日 16 時至 18 時，每小時雨量均 超過 20 毫米，而且內湖、公館兩雨量站在 20 時雨量均超過 30 毫米。下游邊界 方面，採用玉成抽水站之實測水位紀錄，根據於辛樂克颱風期間(2008 年 9 月 14 日 7 時起 24 小時)之實測水位紀錄如圖 18 所示，作為下游邊界之水位輸入條件。圖 13 辛樂克(Sinlaku)颱風路徑圖 圖 14 南港雨量站 24 小時降雨組體圖 0 5 10 15 20 25 30 35 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 降雨量 (m m ) 0 50 100 150 200 250 300 350 累積雨量 (m m ) 南港 累積雨量
圖 15 公館雨量站 24 小時降雨組體圖 圖 16 內湖雨量站 24 小時降雨組體圖 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 降雨量 (m m ) 0 50 100 150 200 250 300 350 累積雨量 (m m ) 公館 累積雨量 0 5 10 15 20 25 30 35 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 降雨量 (m m ) 0 50 100 150 200 250 300 累積雨量 (m m ) 內湖 累積雨量
圖 17 信義雨量站 24 小時降雨組體圖 圖 18 辛樂克颱風玉成抽水站 24 小時實測水位 0 5 10 15 20 25 30 35 40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 降雨量 (m m ) 0 50 100 150 200 250 300 350 累積雨量 (m m ) 信義 累積雨量
5.2 淹水潛勢分析
玉成抽水站原有裝置 7 部 26.3cms 共計抽水量 184.1cms 之抽水機組，抽水 機組設定 1.8m 為啟動水位、2.4m 為起抽水位高程，設計外水位採用基隆河十年 重現期之洪水位 EL.7.62m(員山子分洪前)，現有的抽水區 42.5mm/hr 降雨強度之 逕流量。玉成抽水站於民國 93 年納莉颱風侵襲台灣時，降雨強度超過原設計抽 水保護標準，造成松隆路、永吉路一帶之積淹水。因此，於民國 95 年進行玉成 抽水站擴建工程，並於 98 年 4 月 14 日完工。在經過新站擴建之後，更增設了 4 部單機抽水量 12.5cms、揚程為 7.0m 之抽水機，與舊站聯合運轉，進而抽水量 可達到 234.1cms，降雨強度設計達 55mm/hr。本計畫應用 SOBEK 模式模擬在辛 樂克(Sinlaku)颱風下，玉成抽水站擴建前與擴建後的淹水情形，並就結果進行淹 水潛勢分析。5.2.1 玉成抽水站擴建前之淹水潛勢分析
在抽水站擴建前，辛樂克事件之淹水模擬結果如表 4 及圖 19 所示。淹水面 積約 206 公頃，其中深度超過 3 公尺的淹水面積達 4.71 公頃，深度超過 1 公尺 的約 66 公頃，佔全部淹水面積的 32%，並由淹水模擬範圍可以看出淹水主要集 中於信義區靠近基隆河沿岸低漥地區(五常、六藝、敦厚、雅祥、新仁及雅興里)， 忠孝東路七段鄰近山區也同樣因地勢低窪而有淹水情形產生。其餘如松仁路、松 德路等地區，只有範圍不大之零星淹水，且大多集中於排水路兩側。另外，集水 區中央處為信義行政區，因人口較為集中，多已開發為住宅及商業建築用地，區 域排水路及建置較完整的下水道系統發揮即時排水功能，故較無淹水情況產生。 表 4 原有抽水站模擬辛樂克颱風淹水面積及淹水深度 淹水深度(公尺) 淹水面積(公頃) 3.00 以上 4.71 2.50-3.00 1.05 2.00-2.50 2.05 1.50-2.00 9.02 1.00-1.50 49.56 0.50-1.00 83.14 0.25-0.50 56.86 淹水面積合計 206.39圖 19 抽水站擴建前淹水模擬範圍_辛樂克颱風
5.2.2 玉成抽水站擴建後之潛勢分析
抽水站擴建後，辛樂克事件之淹水模擬結果如表 5 及圖 20 所示，淹水面積 約 62 公頃，其中深度超過 3 公尺的淹水面積僅僅佔 1 公頃，深度超過 1 公尺的 只有 21 公頃，雖然佔全部淹水面積的 33%，但淹水面積比擴建前的還要小很多， 約只有擴建前的 1/3。由淹水模擬範圍可以看出抽水站擴建後，會淹水的地方只 剩下信義區靠近基隆河沿岸低漥地區(五常、六藝、敦厚、雅祥、新仁及雅興里)， 而其他地方只剩下範圍極少之零星淹水，由此可見，玉成抽水站在經過擴建後， 抽水量由 184.1cms 增至 234.1cms 時，在模擬辛樂克(Sinlaku)颱風時，可以有效 改善玉成抽水站附近區域的淹水情形。表 5 擴建後抽水站模擬辛樂克颱風淹水面積及淹水深度 淹水深度(公尺) 淹水面積(公頃) 3.00 以上 1.01 2.50-3.00 0.36 2.00-2.50 0.73 1.50-2.00 3.21 1.00-1.50 15.73 0.50-1.00 18.90 0.25-0.50 18.95 淹水面積合計 62.22 圖 20 抽水站擴建後淹水模擬範圍_辛樂克颱風
5.3 淹水損失分析
5.3.1 淹水損失分類
一般進行區域之淹水損失估計方法，首先必頇以該區不同類別之淹水災害損 失為依據，將該區域劃分為若干不同土地使用類別，如表 6 所示。表 6 詳列各類 損失所考慮之項目及各項中可能造成損失之描述，以作為計算淹水損失之依據。 在詳細考量不同損失類別及成因後，即可依據不同情況進一步研擬各種損失資料 取得方式與調查方法，有效地蒐集災害損失數據及其他相關之人口、戶政、稅收 及經濟活動相關資料，以作為計劃地區建立淹水深度與淹水損失關係之憑藉。 表 6 土地使用分類及災害潛勢表 土地使用分類別 項目 可能造成之損失 公共設施 街道、橋樑、下水道、交 通設施、公園等 結構破壞之修復或更新 重建、交通中斷、淤泥清 除等 住宅區 帄房、公寓、大樓 住宅結構破壞之修復或 更新重建、地下室車輛及 設備損壞、淤泥清除、租 金減少、失業等 商業區 商店、公司、銀行等 大樓結構破壞之修復或 更新重建、商業交易中 斷、契約賠償、地下室車 輛及設備損壞、淤泥清 除、租金減少、失業等 工業區 工廠、倉庫等 廠房結構及機械破壞之 修復或更新重建、地下室 車輛及設備損壞、租金減 少、失業、契約賠償、生 產中斷、原料、成品或半 成品之損壞等 農業用地 果農、花農、菜農、水稻 及其他作物 農產品損失、減產或停產 之損失、土地流失之整 地、機械設備、農舍損壞 等 畜牧養殖 畜牧業、養殖漁業等 農舍損毀、畜養之動物死 傷、產品減產或者停產等 其他雜項 移動之宿舍、私人用地、 停止營業之損失、土地破遊樂區、特殊使用等 壞整地
5.3.2 水災損失之定義
災害損失由 Grigg and Heiweg (1974)定義意指恢復成受災前狀況所需的金額。 方勁松、方樂潤(1997)曾探討洪災風險分析與防洪保險費率，並對洪災風險識別 與洪災進行必要之分類，其將洪災損失分為直接損失、間接損失與淨收入損失等 三類。Breaden (1973)，Grigg & Heiweg (1975)，Grigg et al. (1976)針對洪水災害 所產生之淹水損失分類為直接損失(direct damages)、間接損失(indirect damages)、 次 要 損 失 (secondary damages) 、 無 形 損 失 (intangible damages) 及 不 確 定 損 失 (uncertainty damages)等五大類，分別簡述如下： 1. 直接損失： 主要包括建築物(如住宅工廠等)及公共設施(如交通、水電及各種服務設 施)蒙受災害之實質損失。建築物相關的損失與其使用類型有很大的關係，本 研究將分住宅區、工業區及商業區進行探討。 2. 間接損失： 間接損失指由直接損失造成洪災區內外影響所間接造成之經濟損失。此 類損失一般包括：(1)引起地域性相關經濟活動之損失，如由於洪水淹沒區工 廠企業受災停產或交通受阻，致使其他地區因原料供應不足，或採取補救方 式而增加費用所產生之經濟損失。(2)時間後效性坡及之損失，如工廠設備破 壞、流動資金短缺、生產力受到限制，使得淹沒區內外災後恢復期間淨產值 減少及營運費用增加之損失。 3. 次要損失： 在洪水發生造成經濟損失後，為了救災及重建，許多社會服務低落所產 生之損失，一般而言，就整體社會經濟方面，此部分之損失可能可與社會利 益相抵。例如因淹水造成該區之零售業林業的經濟損失可能會被清理業務之 增加引起之經濟效益抵銷。 4. 無形損失： 包括如環境品質、社會價值觀、美學上的損害等引起之損失，一般小區 域之災損評估均暫時予以忽略。 5. 不確定損失： 指居民因為恐懼災害而引起之不確定感所產生之損失，如非必要的提高 其保險額度等。
5.3.3 水災直接損失評估法
區域性洪災因為涵蓋的空間範圍相當廣大，涉及的資料相當龐雜，因此使得 損失之估算非常不易，尤其在洪災發生當時以及洪災剛過之後，政府單位與當地 居民均全力搶救災害並進行復建工作，無法及時調查、收集災情，而事後之調查 由於失去第一時間的現地資料，如淹水範圍及淹水深度，或因災民對災損記憶模 糊，使得災損資料的蒐集非常困難。整合 Grigg & Heiweg (1975)、Penning-Rowsell & Chatterton (1977)、Smith (1994)、蔡長泰等(1994，1995)、方舟顧問公司(1997)、台灣省政府水利處第六河 川局(1998)、張齡方、蘇明道(2001)之研究，直接損失之推估方法有歷史災害損 失曲線(historical damage curve)、統合公式(aggregate formula)、淹水深度損失經 驗 曲 線 (empirical depth-damage curve) 以 及 區 域 性 災 害 損 失 評 估 法 (regional damage assessment)等四種方法，而本研究計畫則採用區域性災害損失評估法。 近代的研究嘗詴以不同之土地利用類別分別推估洪災損失，最後再以彙整各 類別損失以估算區域之災損。本研究以淹水深度及土地利用類別當作分類，先求 出個別之淹水面積再分別乘上單位面積下之淹水損失，即為總淹水損失。根據經 濟部水利署(2003)「水災損失評估系統模式之建立(2/2)」報告，將土地利用類別 分為住宅區以及工商業區這兩部部分，表 7 為台北市住宅區淹水損失評估標準 表，而表 8 則為台北市工商業淹水損失評估標準表，其中工商業有可細分為批 發業、零售業、製造業、辦公業等。因此，其計算公式如下： 總淹水損失=住宅區各淹水深度所佔之淹水面積×單位面積淹水損失 +工商業區各淹水深度所佔之淹水面積×單位面積淹水損失 (8) 將模擬抽水站擴建前之淹水面積深度(見表 4)及模擬抽水站擴建後之淹水面 積及深度(見表 5)分別代入式 8，經過計算之後，結果見表 9、表 10。表 9 為玉 成抽水站區域住宅區之淹水損失，其表列出抽水站擴建前與擴建後在各個淹水深 度之淹水損失，表 10 為玉成抽水站區域工商業區之淹水損失，列出抽水站擴建 前與擴建後在各個淹水深度之淹水損失。在計算出住宅區與工商業區淹水損失後， 最後將住宅區與工商業區之淹水損失並在一起，其結果見表 11。 由表 11 可以得知，在抽水站未擴建前，辛樂克颱風對玉成抽水站區域的住 宅區造成之損失估計為 2420 萬，工商業區造成之損失估計為 2 億 7 千多萬，總 計約 3 億元之淹水損失，而抽水站擴建後，辛樂克颱風對玉成抽水站區域的住宅 區造成之損失估計為 682 萬，工商業區造成之損失估計為 7 千多萬，總計約 8 千多萬元之淹水損失。因此，在抽水站擴建後，經過一場辛樂克颱風其淹水損失 可減少 2 億 1 千萬。 根據台北市工務局公布之資料，玉成抽水站擴建工程之工程經費為 3 億 3770
萬元。在台灣一年內有數場颱洪侵襲的情況下，經歷一場類似辛樂克颱風強度的 暴雨即可減少 2 億 1 千萬之淹水損失，其投資效益相當高。 表 7 台北市住宅區淹水損失評估標準表 淹水深度 (公分) 住宅區損失標準 (元/公頃) 0-50 120000 50-100 210000 100-150 260000 150-200 310000 200-250 350000 250-300 380000 300-400 430000 400 以上 530000 表 8 台北市工商業淹水損失評估標準表 淹水深度 (公分) 批發業損失 (元/公頃) 零售業損失 (元/公頃) 製造業損失 (元/公頃) 辦公業損失 (元/公頃) 工商業損失 (元/公頃) 0 0 0 0 0 0 50 6069000 835000 1300000 422000 8626000 150 7309000 1159000 1815000 642000 10925000 250 7969000 1350000 2120000 781000 12220000 350 8436000 1492000 2348000 888000 13164000 400 以上 9107000 1708000 2693000 1055000 14563000 表 9 玉成抽水站區域住宅區部分之淹水損失 淹水深度 (公分) 抽水站擴建前 淹水面積(公頃) 淹水損失(元) 抽水站擴建後 淹水面積(公頃) 淹水損失(元) 0-50 56.86 3830000 18.95 1280000 50-100 83.14 9800000 18.90 2230000 100-150 49.56 7230000 15.73 2300000 150-200 9.02 1570000 3.21 560000 200-250 2.05 400000 0.73 140000 250-300 1.05 220000 0.36 80000 300-400 4.71 1140000 1.01 240000
表 10 玉成抽水站區域工商業部分之淹水損失 淹水深度 (公分) 抽水站擴建前 淹水面積(公頃) 淹水損失(元) 抽水站擴建後 淹水面積(公頃) 淹水損失(元) 50 140.00 168220000 37.85 45480000 150 58.58 89150000 18.94 28820000 250 3.10 5280000 1.09 1860000 350 4.71 8640000 1.01 1850000 表 11 玉成抽水站擴建前後淹水損失比較表 抽水站擴建前 抽水站擴建後 住宅區淹水損失 2420 萬 682 萬 工商業區淹水損失 27129 萬 7801 萬 總淹水損失 29549 萬 8483 萬
5.3.4 與各子計畫間之成果整合
子計畫「都市地區淹水改善措施之效益評估研究」，收集彙整共同研究示範 區相關資料，研提淹水改善措施。本子計畫將提供其不同控制點模擬結果之流量 歷線，當作其街道流邊界條件使用，如位於中坡北路排水幹線出流口之三張犁截 流溝，或設置觀測點於模式街道上，提供模擬之地表淹水水深及流速，可作為其 街道路網模式之輸入條件；如圖 21 所示，為納莉颱洪事件中，中坡北路上其中 一人孔之水位歷線，可作為街道水流與下水道水流交換模式之參考資料。 為進一步分析淹水潛勢，與子計畫「都市地區淹水改善措施之效益評估研究」 進行整合，根據其研究結果，本研究探討雨水下水道之排水功效對淹水潛勢之影 響。取降雨強度 40mm/hr 與重現期 100 年之日降雨事件進行分析，根據子計畫 「都市地區淹水改善措施之效益評估研究」，由圖 22 可看出在降雨強度 40mm/hr， 延時 6 小時之均勻降雨事件中，在雨停(第 6 小時)時，達到最大地面積水體積。 由圖 23 為重現期 100 年之日降雨事件演算結果，可看出在第 13 小時尖峰降雨強 度，達到最大地面積水深度。 地面的最大淹水深度歷線及街道格區的最大淹水深度歷線之比較示如圖 24、 圖 25。分為有雨水下水道及沒有雨水下水道比較，由街道格區最大淹水深度歷 線之比較可看出由於雨水下水道的加速排水，街道及街區之最大積水深度可明顯 減少。降雨強度達 40mm/hr 時，由圖 24 可看出在 10 小時以後，明渠段之有雨 水下水道時之地面水深大於沒有雨水下水道的水深的情形，因雨水下水道之加速 排水以致宣洩不及而增加積水深度。 在重現期 100 年日降雨事件中，如圖 25，有雨水下水道與沒有雨水下水道之地面水體積沒有明顯差別，隨後因雨水下水道加速排水，有雨水下水道地面積 水明顯減少。在第 13 小時尖峰降雨強度時，達到最大積水體積。接著，繼續對 地面淹水分佈進行分析，圖 26 至圖 29 為均勻降雨強度 40mm/hr 之情況，可看 出由於雨水下水道之排水功效，在第 5 小時，街道的淹水深度小於沒有雨水下水 道，二者之差值示如圖 27，而在第 15 小時之淹水深度分佈如圖 28 所示，可看 出有雨水下水道的情況已沒有明顯積水，但沒有雨水下水道時則尚有局部之積水， 二者之差值示如圖 29。圖 30 至圖 33 為 100 年最大一日暴雨頻率之情況，由圖 33 可以清楚的看到，明渠段的淹水深度是有雨水下水道的高於沒有雨水下水道， 道路部分則是相反，而其他部分水深差異不大，可見在此案例中，街道的積水有 很順暢地排向明渠。 由以上結果分析得知，雨水下水道具有加速排水、降低淹水時間的效果，所 以雨水下水道連接的明渠、滯洪池、抽水站等設施時，需要考慮因雨水下水道排 水增加的流量。 圖 21 納莉颱風 36 小時人孔水位 (a)有雨水下水道 (b)沒有雨水下水道 圖 22 均勻降雨強度 40mm/hr 之降雨事件分析
(a)有雨水下水道 (b)沒有雨水下水道 圖 23 重現期 100 年之日降雨事件分析 圖 24 降雨延時 6 小時之均勻降雨 40mm/hr 之地面最大淹水深度歷線 (實線為有雨水下水道，虛線為沒有雨水下水道) 圖 25 重現期 100 年日降雨事件之地面最大淹水深度歷線 (實線為有雨水下水道，虛線為沒有雨水下水道)
(a)有雨水下水道 (b)沒有雨水下水道 圖 26 降雨延時 6 小時之均勻降雨 40mm/hr，第 5 小時之地面水深分佈圖 圖 27 降雨延時 6 小時之均勻降雨 40mm/hr，第 5 小時之有雨水下水道之淹水深度減少量分佈圖 地面格子 time5 0.00000 - 0.05000 0.05001 - 0.10000 0.10001 - 0.15000 0.15001 - 0.20000 0.20001 - 0.25000 0.25001 - 0.30000 0.30001 - 0.35000 0.35001 - 0.40000 0.40001 - 0.45000 0.45001 - 6.00000 地面格子 time5 0.00000 - 0.05000 0.05001 - 0.10000 0.10001 - 0.15000 0.15001 - 0.20000 0.20001 - 0.25000 0.25001 - 0.30000 0.30001 - 0.35000 0.35001 - 0.40000 0.40001 - 0.45000 0.45001 - 6.00000 地面格子 time5 -0.85113 - -1.05000 -1.04999 - -0.90000 -0.89999 - -0.75000 -0.74999 - -0.60000 -0.59999 - -0.45000 -0.44999 - -0.30000 -0.29999 - -0.15000 -0.14999 - 0.00000 0.00001 - 0.15000 0.15001 - 0.30000 0.30001 - 0.45000 0.45001 - 0.60000 0.60001 - 0.75000 0.75001 - 0.90000 0.90001 - 1.05000
(a)有雨水下水道 (b)沒有雨水下水道 圖 28 降雨延時 6 小時之均勻降雨 40mm/hr，第 15 小時之地面水深分佈圖 圖 29 降雨延時 6 小時之均勻降雨 40mm/hr，第 15 小時之有雨水下水道之淹水深度減少量分佈 圖 地面格子 time15 0.00000 - 0.05000 0.05001 - 0.10000 0.10001 - 0.15000 0.15001 - 0.20000 0.20001 - 0.25000 0.25001 - 0.30000 0.30001 - 0.35000 0.35001 - 0.40000 0.40001 - 0.45000 0.45001 - 6.00000 地面格子 time15 0.00000 - 0.05000 0.05001 - 0.10000 0.10001 - 0.15000 0.15001 - 0.20000 0.20001 - 0.25000 0.25001 - 0.30000 0.30001 - 0.35000 0.35001 - 0.40000 0.40001 - 0.45000 0.45001 - 6.00000 地面格子 time15 -0.05629 - -1.05000 -1.04999 - -0.90000 -0.89999 - -0.75000 -0.74999 - -0.60000 -0.59999 - -0.45000 -0.44999 - -0.30000 -0.29999 - -0.15000 -0.14999 - 0.00000 0.00001 - 0.15000 0.15001 - 0.30000 0.30001 - 0.45000 0.45001 - 0.60000 0.60001 - 0.75000 0.75001 - 0.90000 0.90001 - 1.05000
(a)有雨水下水道 (b)沒有雨水下水道 圖 30 重現期 100 年日降雨事件，第 5 小時之地面水深之分布圖 圖 31 重現期 100 年日降雨事件，第 5 小時之有雨水下水道之淹水深度減少量分布圖 地面格子 5小時 0.00000 - 0.05000 0.05001 - 0.10000 0.10001 - 0.15000 0.15001 - 0.20000 0.20001 - 6.00000 地面格子 5小時 0.00000 - 0.05000 0.05001 - 0.10000 0.10001 - 0.15000 0.15001 - 0.20000 0.20001 - 6.00000 地面格子 5小時 -0.10299 - -5.00000 -4.99999 - -0.15000 -0.14999 - -0.10000 -0.09999 - -0.05000 -0.04999 - 0.05000 0.05001 - 0.10000 0.10001 - 0.15000 0.15001 - 0.20000 0.20001 - 5.00000
(a)有雨水下水道 (b)沒有雨水下水道 圖 32 重現期 100 年日降雨事件，第 20 小時之地面水深之分布圖 圖 33 重現期 100 年日降雨事件，第 20 小時之有雨水下水道之淹水深度減少量分布圖 地面格子 20小時 0.00000 - 0.05000 0.05001 - 0.10000 0.10001 - 0.15000 0.15001 - 0.20000 0.20001 - 6.00000 地面格子 20小時 0.00000 - 0.05000 0.05001 - 0.10000 0.10001 - 0.15000 0.15001 - 0.20000 0.20001 - 6.00000 地面格子 20小時 -0.27504 - -5.00000 -4.99999 - -0.15000 -0.14999 - -0.10000 -0.09999 - -0.05000 -0.04999 - 0.05000 0.05001 - 0.10000 0.10001 - 0.15000 0.15001 - 0.20000 0.20001 - 5.00000
六、結論與建議
6.1 結論
1. 經 SOBEK 模式進行應用案例模擬後，分析結果可發現部份低窪地區(大致 為五常、六藝、敦厚、雅祥、新仁及雅興里)，在玉成抽水站還未擴建之前 皆有大範圍之淹水情形產生，但在擴建之後，其淹水面積則大幅度減少。 2. 根據台北市工務局公布之資料，玉成抽水站擴建工程之工程經費為 3 億 3770 萬元。在台灣一年內有數場颱洪侵襲的情況下，經歷一場類似辛樂克颱風強 度的暴雨即可減少 2 億 1 千萬之淹水損失，其經濟效益相當高。 3. 雨水下水道具有加速排水、降低淹水時間及範圍的效果，所以雨水下水道連 接的明渠、滯洪池、抽水站等設施時，需要考慮因雨水下水道排水增加的流 量，但當發生超過設計容量的特大豪雨時，可能使下游因人孔溢流而增加淹 水深度。6.2 建議
1. 由模擬結果可以得知，除了現有抽水機組外，如有必要可考慮玉成抽水站再 添置抽水機組，以提高淹水保護標準。 2. 本研究採用之模式雖經過案例之檢定與驗證，已具有模擬都市地面及雨水下 水道淹排水之能力，可為其他地區淹水整治之數模工具。參考文獻
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