行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
防洪水利設施受損淹水數值模式研發與應用（一）
—子計劃：淹水監測預警系統規劃研究（一）
The System of Monitoring and Precaution on Inundation Events
計畫編號：NSC 90-2625-Z-009-001
執行期限：90 年 08 月 01 日至 91 年 07 月 31 日
主持人：許盈松 執行機關：國立交通大學防災工程研究中心
共同主持人：楊錦釧 執行機關：國立交通大學土木工程學系
一、 中英文摘要 自從民國八十六年行政院國科會成立 防災國家型計畫以來，有關研究防洪項目 之主要目標在於握掌握不同暴雨情況下， 台灣都會地區之可能淹水區域及淹水深 度，以評估洪災淹水潛勢，並研析流域因 不同颱洪降雨事件所導致之淹水災害境況 模擬，進而研擬出減災應變措施及災害損 失評估模式，最後再將流域防護基本資料 庫與淹水災害境況模擬結合，建立一套颱 洪災害決策支援與展示系統，作為災害減 輕及防災作業之參考。然而，除了大自然 之颱洪降雨事件所導致之淹水洪災外，由 於人為之防洪水利設施受損而造成之洪 災，亦是形成淹水災害的主要成因。防洪 水利設施之構築，基本上乃是為保護河川 沿岸人口密集、地勢低窪之都會區。 本研究目的在研發建構排水淹水監測 預警系統，當上述水利設施若受損害而無 法正常操作運用時，如何監測淹水積水之 狀態，使低窪地區淹水訊息得以掌控，透 過監測儀器設置訊號傳輸可獲得立即之淹 水資訊，提供洪災淹水區域與淹水深度之 預報，以掌握預警時機與效能，進而減少 或避免災害的發生。 關鍵詞：水利設施；監測預警系統；淹水 預報 AbstractThe researchers would start with the analysis on the phenomena of inundation events, and developed with the system of monitoring and precaution with inundation events. Based on the research of monitoring
and precaution with inundation events in real time, it should derive the inundation history and the failure timing of inundation disaster. For reducing the disaster of inundated areas appropriately and exact database and a good inundating monitoring mode should be established to analyze the inundated area and time under the different raining condition. If this database and inundating monitoring model can harmony with the information of heavy rain to infer the local residents, the possible flooded area and disaster level in advance, they can make necessary protection for themselves. The method of non-structural flood protection measures that mentioned above operates the improving structure system in coordination, it can decrease the inundated disaster efficiently.
Keywords：Monitoring system, Precaution
system 二、前言 2.1 總計畫與子計畫分工內容概述 1. 整合之必要性 (1)總體計畫目標 自從民國八十六年行政院國科會成立 防災國家型計畫以來，有關研究防洪項目 之主要目標在於握掌握不同暴雨情況下， 台灣都會地區之可能淹水區域及淹水深 度，以評估洪災淹水潛勢，並研析流域因 不同颱洪降雨事件所導致之淹水災害境況 模擬，進而研擬出減災應變措施及災害損 失評估模式，最後再將流域防護基本資料 庫與淹水災害境況模擬結合，建立一套颱 洪災害決策支援與展示系統，作為災害減
輕及防災作業之參考。然而，除了大自然 之颱洪降雨事件所導致之淹水洪災外，由 於人為之防洪水利設施受損而造成之洪 災，亦是形成淹水災害的主要成因。防洪 水利設施之構築，基本上乃是為保護河川 沿岸人口密集、地勢低窪之都會區。 台灣地區為有效利用土地其大多在河 川沿岸大多築堤束洪，或於河川上游築埧 蓄洪，以防範水患，惟防洪問題涉及土地 利用、工程及管理營運眾多因素，錯綜複 雜。但是，由於防洪設施常因工程施工不 良、營運管理不當或地震災害的自然因 素，於颱洪來臨時，若因兩岸堤防閘門損 壞、抽水站操作故障、都會區內下水道排 水系統受損、河川上游蓄洪水庫或集水區 滯洪設施受損潰壞，可能造成嚴重之淹水 或積水難退之災害，導致人民生命財產及 國家社會經濟將蒙受重大損失。故防洪設 施受損之淹水模擬及監測之研發與應用實 屬重要。 本整合型計畫乃依據國科會永續會九 十學年度「第二期防災國家型科技計畫規 劃」之研究重點，針對目前及未來防洪科 技研究相當關鍵的課題，提出「防洪水利 設施受損淹水數值模式之研發及應用」之 構想計畫內容。 本研究重點前二年為基本理論及模式 之研發，第三、四年則初步選定經過台北 縣市的淡水河流域為研究區域加以應用探 討，最後一年則將各子計畫間加強整合於 視窗化之工作環境中，讓使用者應用時， 得以易學易操作。 研究區域選定淡水河流域，其中下游 及支流流經縣市均為台灣的精華地帶，淹 水帶來的損失遠大於其他流域，也是淹水 監測預警系統規劃需求性較高之標的，尤 其基隆河沿岸汐止、五堵一帶常有水患， 淹水高度最深更達二層樓，災害損失嚴 重，甚或危及居民生命的安全。淡水河主 要支流及流經區域如表 1-1 所示。淡水河 流域範圍如圖 1-1 所示。基隆何常淹水地 區如圖1-2 所示。 本整合型計畫結合國立台灣大學、交 通大學及逢甲大學各校具有水利工程領域 專長之教授專家，規劃五年期間完成建立 都市雨水下水道系統輸水淹水模式，研發 抽水站及閘門受損之迴圈型區域排水模 式，結合淹水監測模式之規劃與建置，發 展河川上游水庫受損淹水模式，建立集水 區滯洪設施受損逕流淹水模式，各子計畫 之模式與成果，並由總計畫整合規劃於視 窗展示操作系統中。 (2)整體分工合作架構 本整合型計畫針對各項防洪水利設施 受損時，所造成之淹水災害進行模擬研 究。各子計畫首先考慮各相關水利設施之 營運操作方式與維護，分析各設施可能在 颱洪發生時造成損壞之成因與影響，以作 為控制淹水模式之邊界條件，進而發展建 立淹水模式。以河川流域之整體觀點來 看，在河川集水區內之滯洪設施以及水 庫，具有減洪滯洪之功能；假若颱洪期間， 其因人為或天然外力受損時，對於河川兩 岸低窪地區可能造成嚴重之淹水災情，再 者當河道水位高漲時，立即阻緩自都會區 排水系統所匯入河道中之水流，而其匯入 河道前所經過之抽水站及堤防閘門則是水 理現象之控制要素，若有損壞將進而引發 都會區之淹水或積水，造成嚴重之損失。 此外，台灣地區河川兩岸之都會區大 都以築堤束洪，並高度開發使用土地，由 於人口密集、工商繁榮，因此，都會區內 的防洪措施（如堤防、水門等）或排水系 統（如雨水下水道幹線、抽水站等）必須 保護有較高的標準；再者，上游河川具防 洪功能之水庫或集水區內之滯洪設施，對 減洪亦有十分重要之貢獻。然而，在颱洪 期間這些防洪水利設施若受損害、無法正 常運作或發生之洪水大於設計洪水量時， 可能釀成極為嚴重之淹水災害，因此必須 針對各項洪水利設施及淹水監測預警系統 進行深入詳細之分析研究，並與淹水災害 之模擬相互結合，以提供政府機關評估災 損、支援決策過程之參考依據。 淹水模擬區之水文降雨條件可參考國 科會永續會氣象組整合型計畫與經濟部推 動之洪水預警報系統之相關研究成果，並 依所選定之研究區域中具有排水系統（含 抽水站及堤防閘門設施）盆地區進行都市 雨水下水道系統輸水與淹水數值模式之研
表1-1 淡水河主要支流及流經區域(節錄經濟部水利署網站資料) 發源地 品田山(標高 3,529 公尺，位於新竹縣及台中縣交界) 主要支流 大漢溪、新店溪、基隆河、三峽河、景美溪、北勢溪、疏洪道 流域面積 2,726 平方公里 幹線長度 158.7 公里 計畫洪水量23000 秒立方公尺 平均坡度 1:122 流經區域 台北市 台北縣：三峽鎮、鶯歌鎮、樹林鎮、土城市、板橋市、三重市、新莊市、 蘆洲鄉、五股鄉、八里鄉、淡水鎮、新店市、深坑鄉、汐止鎮、瑞芳鎮、 平溪鄉、泰山鄉、石碇鄉、坪林鄉、中和市、永和市、基隆市 桃園縣：復興鄉、龍潭鄉、大溪鎮、龜山鄉 新竹縣：尖石鄉、關西鎮 圖2-1 淡水河流域範圍 圖2-2 基隆河常淹水地區
發（子計畫一）；然而上述水利設施若受 損害而無法正常操作運用時，如何監測淹 水積水之狀態，使低窪地區淹水訊息得以 掌控，故需排水淹水監測預警系統之研發 與建置（子計畫二），透過監測儀器設置 訊號傳輸可獲得立即之淹水資訊，提供洪 災淹水區域與淹水深度之預報，以掌握預 警時機與效能；對於堤防外之河川水位， 將直接影響都會區內排水系統出口處之 水流順暢與否，而若河川上游水庫受損或 其集水區滯洪設施受損，則增大洪水量及 河川水位之可能性，使淹水或積水之洪災 更形嚴重，故子計畫（三）將對河川上游 水庫受損淹水數值模式。最後，總計畫將 各子計畫之模式整合於視窗化平台中，並 利用圖形介面展示模擬成果，同時參考、 引用及結合國科永續會防洪組整合型計 畫之研發展示方式，使防洪水利設施受損 後所造成淹水模擬結果可提供政府機關 決策支援、災區居民洪災訊息及疏散應變 措施之擬定。 (3)分年研究重點 本整合型計畫依據都市雨下水道系 統受損、淹水監測預警系統、抽水站閘門 受損、上游河川水庫受損以及集水區滯洪 設施受損之淹水模式研發及應用，共分五 個子計畫，預計五年間完成總計畫目標。 分年研究重點如下： 第一年（民國 90 年 8 月〜91 年 7 月）： 子計畫(一)都市雨水下水道系統受損淹 水數值模式之研發(I)： a.雨水下水道模擬資料蒐集及研析 b.市區暴雨排水模式（含雨水下水道系 統輸水模式）之建立 c.淹水模式之選定 d.雨水下水道結構物受損原因與情形探 討 子計畫(二)淹水監測預警系統規劃研究 (I)： a.國內外都市排水監測預警系統相關研 究蒐集整理 b.國內都市排水特性評估研討 c.國內外都市排水規劃分析方法比較評 估 d.國內都市排水監測預警系統需求評估 子計畫(三)河川上游水庫受損淹水數值 模式之研發(I)： a.資料蒐集研析 b.國內外潰壩模式之比較 c.二維潰壩模式之建立 d.二維潰壩模式之測試 第二年（民國 91 年 8 月〜92 年 7 月）： 子計畫(一)都市雨水下水道系統受損淹 水數值模式之研發(II)： a.雨水下水道排水系統網路之建立 b.市區暴雨排水模式之測試 c.淹水模式之測試 d.淹水模式參數之檢定驗証 子計畫(二)淹水監測預警系統規劃研究 (II)： a.都市排水監測預警系統整體架構（軟 硬體）建置評估 b.都市排水監測分析方法評估 子計畫(三)河川上游水庫受損淹水數值 模式之研發(II)： a.二維潰壩模式之模擬與驗證 b.結合二維潰壩模式與二維淹水模式 c.進行各種水庫受損時淹水之情境模擬 第三年（民國 92 年 8 月〜93 年 7 月）： 子計畫(一)都市雨水下水道系統受損淹 水數值模式之研發(III)： a.淡水河流域排水系統及水文資料彙整 與研析 b.選擇一區排水分為模擬建置排水系統 幹線資料 c.模擬降雨逕流與下水道排水銜接 d.人孔或幹渠溢流及回流模擬 子計畫(二)淹水監測預警系統規劃研究 (III)： a.以淡水河流域為研究案例，擇定合宜 地點進行都市排水監測預警系統建置 規劃 b.以前述研究案例，進行都市排水監測 分析方法研究 子計畫(三)河川上游水庫受損淹水數值 模式之研發(III)： a.淡水河流域相關水文、地文資料之蒐 集與建立 b.不同頻率年颱洪時淡水河上游現況淹 水模擬 c.不同頻率年颱洪時潰壩淹水模擬 d.水庫受損時淹水虛擬實境之模擬展示
第四年（民國93 年 8 月〜94 年 7 月）： 子計畫(一)都市雨水下水道系統受損淹 水數值模式之研發(IV)： a.模擬雨水下水道及抽水站操作 b.銜接雨水下水道溢流與淹水模式 c.探討不同損壞機制下淹水情形 d.建立淹水模擬區之地理資訊系統 子 計 畫( 二 ) 淹 水 監 測 預 警 系 統 規 劃 研 究(IV)： a.進行研究案例之都市排水監測預警系 統實際建置工作 b.預警功能及管理值研訂課題探討 子計畫(三)河川上游水庫受損淹水數值 模式之研發(IV)： a.潰壩淹水之潛勢分析 b.潰壩淹水警戒區域劃定 c.潰壩淹水災害損失評估 d.提供子計畫(一)、(二)、(三)之上由邊 界條件 第五年（民國94 年 8 月〜95 年 7 月）： 子計畫(一)都市雨水下水道系統受損淹 水數值模式之研發(V)： a.與子計畫(二)淹水監測預警系統整合 b.與子計畫(三)河川上游水庫受模擬之 河道淹水整合 c.與子計畫(四)集水區逕流淹水模擬整 合 d.以視窗化展示成果 子計畫(二)淹水監測預警系統規劃研究 (V)： a.研究案例之都市排水監測資料分析評 估 b.都市排水監測分析方法檢討 c.都會防洪決策支援系統建構評估 子計畫(三)河川上游水庫受損淹水數值 模式之研發(V)： a.整合淡水河流域防洪設施受損淹水災 害模擬 b.提供決策支援中潰壩淹水時災害損失 評估資料 c.整合潰壩淹水模式虛擬實境銜接洪災 決策支援系統 2.人力配合度 本研究計畫結合台大、交大及逢甲大 學水利相關教授專家組成，計畫總主持人 林國峰教授，曾主持或共同主持都會區逕 流水、洪水防災相關群體計畫多項，對計 畫進度之掌控各子計畫間之協調、彙整具 有相當經驗，相信可勝任計畫整合之工 作。而各子計畫主持人所參與之主題亦為 其主要專長之研究領域，故在整合型計畫 之推動上，當可相互協調、分工合作以達 成計畫總目標。各子計畫之主持人及子計 畫名稱分別為： 總計畫：（台灣大學土木系林國峰教授） 防洪水利設施受損淹水數值模式之研發 及應用。 子計畫一：（台灣大學土木系林國峰教授） 都市雨水下水道系統受損淹水數值模式 之研發。 子計畫二：（交通大學防災工程研究中心 許盈松副研究教授）。 淹水監測預警系統規劃研究 子計畫三：（逢甲大學水利系廖清標副教 授）河川上游水庫受損淹水數值模式之研 發。 3.資源之整合 (1)人力資源 本整合型研究計畫包括三個子計畫， 分別由國內三所大學水利工程領域專長 之教授專家擔任主持人。各子計畫主持 人所參與之主題亦為其主要專長之研究 領域，故在整合型計畫之推動上，當可 相互協調、分工合作，以達成計畫之總 目標。 (2)計畫協調及成果交流 a.為掌握各子計畫之研究進度及合作 配合事項，平時每三個月召開一次工 作討論會，進而協助解決各子計畫於 執行期間所面臨之問題，以確保各子 計畫之研究品質及成果。 b.為檢討整體計畫之研究方向、研究區 域之劃分與選定，期使研究成果能落 實及應用，將不定期召開各子計畫主 持人與相關單位之座談會。 c.將各子計畫之研究成果建立一整合 之視窗展示介面，提供動態之淹水模 擬成果展示。 4.申請機構或其他單位之配合度 台灣大學土木工程學研究所及水工
試驗所已購置工作站型電腦與全球定位 系統（GPS）之野外量測設置可支援本計 畫之執行，近兩年總計畫主持人林國峰教 授曾參加淡水河流域防洪預警報規劃計 畫之研究，淡水河研究區中之內氣象、水 文、地文及人文資料都可以充分提供本計 畫之應用，且研究區域之數值地型（DTM） 資料亦可供各子計畫使用。 5.預期綜合效益 本防災整合型計畫擬於五年期間完 成下列多項目標： 子計畫(一)都市雨水下水道系統受損淹 水數值模式之研發 a.市區暴雨排水模式（含雨水下水道系 統輸水模式）之建立 b.雨水下水道排水系統網路之建立 c.建立人孔或幹渠溢流及回流模擬 d.選擇一區排水分為模擬建置排水系統 幹線資料 e.建立淹水模擬區不同損壞機制下淹水 情形之地理資訊系統 子計畫(二)淹水監測預警系統規劃研 究 a.完成國內外都市排水監測預警系統現 況評析 b.完成都市排水監測預警系統整體架構 （軟硬體）建置評估 c.完成研究案例之都市排水監測分析方 法建立 d.進行研究案例之都市排水監測預警系 統實際建置工作 e.完成都會防洪決策支援系統建構評估 及未來展望建言 子計畫(三)河川上游水庫受損淹水數值 模式之研發 a.建立二維潰壩模式 b.建立水庫受損時淹水模擬及潰壩後河 川之疏洪能力 c.淡水河流域合適二維潰壩、淹水動態 境況模擬模式之建立 d.獲得實際土地利用狀況，分析淹水區 域之淹水高度及淹水時間，進行洪災 損失評估 e.獲得研究區域相關資料，瞭解該地區 之淹水潛勢及危險度 總計畫將開發視窗化操作洪災展示 系統，讓使用者能易於操作或學習；而其 成果可讓政府及民間充分了解及掌握可 能發生之災害訊息，及早做好應變措施， 以減少洪災損害。此外，本整合型計畫之 研究模擬及建議之相關成果，可提供行政 院防災會報、經濟部水利單位、內政部消 防署、各縣市政府防洪指揮中心、各鄉鎮 市公所、河川局等機關之應用，透過模式 之研發使用，將獲致提供政府機關決策支 援、災區居民洪災訊息及疏散應變措施擬 定之績效。 本子計畫為(二)淹水監測預警系統規 劃研究，此報告為第一年成果報告，著重 在國內外淹水監測預警系統相關資料之 蒐集與分析，應用在台灣地區尤其是淡水 河流域時，應如何規劃整體系統配置以掌 握及預測淹水範圍及時間，監測分析結果 有助於防救災工作之掌握及災後淹水原 因的檢討與財物損失的估計。將搭配總計 畫目標整合於視窗化平台，提昇相關單位 決策支援之判斷能力。 2.2 研究動機與目的 自從民國八十六年行政院國科會成 立防災國家型計畫以來，有關研究防洪項 目之主要目標在於握掌握不同暴雨情況 下，台灣都會地區之可能淹水區域及淹水 深度，以評估洪災淹水潛勢，並研析流域 因不同颱洪降雨事件所導致之淹水災害 境況模擬，進而研擬出減災應變措施及災 害損失評估模式，最後再將流域防護基本 資料庫與淹水災害境況模擬結合，建立一 套颱洪災害決策支援與展示系統，作為災 害減輕及防災作業之參考。然而，除了大 自然之颱洪降雨事件所導致之淹水洪災 外，由於人為之防洪水利設施受損而造成 之洪災，亦是形成淹水災害的主要成因。 防洪水利設施之構築，基本上乃是為保護 河川沿岸人口密集、地勢低窪之都會區。 台灣地區為有效利用土地其大多在河川 沿岸大多築堤束洪，或於河川上游築埧蓄 洪，以防範水患，惟防洪問題涉及土地利 用、工程及管理營運眾多因素，錯綜複 雜。但是，由於防洪設施常因工程施工不 良、營運管理不當或地震災害的自然因 素，於颱洪來臨時，若因兩岸堤防閘門損
壞、抽水站操作故障、都會區內下水道排 水系統受損、河川上游蓄洪水庫或集水區 滯洪設施受損潰壞，可能造成嚴重之淹水 或積水難退之災害，導致人民生命財產及 國家社會經濟將蒙受重大損失。故防洪設 施受損之淹水模擬及監測之研發與應用 實屬重要。 本研究重點前二年為都市淹水預警 系統基本理論及模式之研發，第三、四年 則初步選定淡水河流域為研究區域加以 建置應用探討，最後一年則將各子計畫間 加強整合於視窗化之工作環境中，讓使用 者應用時，得以易學易操作。 本計畫首先考慮各相關水利設施之營運 操作方式與維護，分析各設施可能在颱洪 發生時造成損壞之成因與影響。以河川流 域之整體觀點來看，在河川集水區內之滯 洪設施以及水庫，具有減洪滯洪之功能； 假若颱洪期間，其因人為或天然外力受損 時，對於河川兩岸低窪地區可能造成嚴重 之淹水災情，再者當河道水位高漲時，立 即阻緩自都會區排水系統所匯入河道中 之水流，而其匯入河道前所經過之抽水站 及堤防閘門則是水理現象之控制要素，若 有 損 壞 將 進 而 引 發 都 會 區 之 淹 水 或 積 水，造成嚴重之損失。 此外，台灣地區河川兩岸之都會區大 都以築堤束洪，並高度開發使用土地，由 於人口密集、工商繁榮，因此，都會區內 的防洪措施（如堤防、水門等）或排水系 統（如雨水下水道幹線、抽水站等）必須 保護有較高的標準；再者，上游河川具防 洪功能之水庫或集水區內之滯洪設施，對 減洪亦有十分重要之貢獻。然而，在颱洪 期間這些防洪水利設施若受損害、無法正 常 運 作 或 發 生 之 洪 水 大 於 設 計 洪 水 量 時，可能釀成極為嚴重之淹水災害，因此 必須針對各項洪水利設施及淹水監測預 警系統進行深入詳細之分析研究，並與淹 水災害之模擬相互結合，以提供政府機關 評估災損、支援決策過程之參考依據。 本研究目的在研發建構排水淹水監 測預警系統，當上述水利設施若受損害而 無法正常操作運用時，如何監測淹水積水 之狀態，使低窪地區淹水訊息得以掌控， 透過監測儀器設置訊號傳輸可獲得立即 之淹水資訊，提供洪災淹水區域與淹水深 度之預報，以掌握預警時機與效能，進而 減少或避免災害的發生。 2.3 研究範圍與方法 本計畫共分五年執行，第一年預期完 成 國 內 都 市 排 水 監 測 預 警 系 統 需 求 評 估，第二年預期完成研究案例之都市排水 監測分析方法建立，第三年及第四年則預 期完成研究案例之都市排水監測預警系 統實際建置工作，第五年則對建置好之監 測預警系統作分析評估，並完成都會防洪 決策支援系統建構評估。以下將詳述其研 究方法及進行步驟。 研究方法：(五年內完成的淹水監測預警系 統內容說明) 一、系統架構 『淹水監測預警系統』(以下簡稱本資 訊系統)之系統架構，擬分為單機(訊息接 收處理儲存)及網路(訊息加值決策支援) 兩層級。本資訊系統之單機部分，以建置 蒐集防洪水利設施水位監測及洪氾區淹 水位監測資訊為主，展示為輔，有簡易視 窗操作介面、地理位置圖及淹水位歷線圖 等﹔網路層級部分，則單就防洪水利設施 水位監測及洪氾區淹水位監測成果之展 示為規劃範圍，主要以平面可能淹水的分 析資訊展示套疊為主，並以瀏覽器為其操 作介面。 二、軟硬體規劃 由於對空間資訊的大量需求，本資訊 系統之軟體部分，擬採用美國 ESRI 公司 之地理資訊系統，單機部分以 ArcView 進行GIS 資料建置與系統模組開發，輔以 Delphi 或 Java 發展相關應用程式，監測資 料先轉入資料庫伺服器主機後，再轉出為 GIS 可讀取的格式，以利進行後續的分析 工作﹔網際網路部分，則選擇 ArcIMS 為 展示作業平台。 三、系統功能 (一)單機層級地理資訊系統 1.圖層編修與管理模組 針對研究區域雨水下水道相關圖 籍，提供介面管理，除將其轉化為地理 資訊系統可用之格式外，亦提供編修管 理功能。圖層之內容可包括： a.基本參考圖：研究區域千分之一地形
平面圖、剖面圖、千分之一街廓圖、 農航所相片基本圖、區/村里行政區 圖、研究區域建築區圖、路網分布圖 等。 b.水文/雨水下水道相關圖籍：雨水下水 道分布圖、水位監測偵測器配置圖、 研究區域河川/湖泊分布圖、水利設施 位置圖、雨量站、水庫、水門、水位 站、河海堤位置圖等 c.其他：警察局、消防隊、防災公園等 防救災資源之分布圖。 2.水情水理資料庫建置模組 配合『雨水下水道水位監測系統』資料 庫，或另以 Access 或 MS-SQL 為資料 庫平台，建置水位水情資料庫。資料庫 內容包含： a.水情資料：氣象局之颱風、雨量等資 料。資料庫之內容，以中央氣象局點 對點連線定時遙控撥接的接收資料為 主，其他水情資料為輔，並藉由另行 開發之應用程式轉入資料庫提供後續 分析或模擬使用。 b.水位資料：由本計畫所建置之雨水下 水道水位監測及淹水位偵測器，透過 網路即時傳回之水位，經接收伺服器 取得結果後，依時間及水位計編號， 直接紀錄於資料庫伺服器中，再由應 用程式轉為本地理資訊系統可讀取的 資料格式，提供後續分析使用。 c.水理分析成果：研究水理之機制，開 發水位預報模組，並考量水理分析之 時距後，定時驅動水理分析模組，將 水理分析之結果，依水位發生之時間 寫入資料庫中。 3.下水道水位資訊模組 透過地理資訊系統之查詢方式，可 進行圖資互查之作業。使用者可直接於 地圖上，以點選方式，查詢雨水下水道 內，任一水位偵測器目前之水位狀況， 是謂由圖查資﹔本模組擬提供之查詢 方式，是謂資料查圖。經由SQL 複合資 料搜尋，可查詢符合設定條件之雨水下 水道地區與水位監測偵測器分布，其目 前之水位狀況亦可進一步取得。下水道 水位資訊模組之功能包括： a.水位警示：使用者設定警戒水位 後，系統即自動偵測各水位監測偵 測器目前之水位狀況。若資料庫中 之紀錄已達警戒水位，系統將自動 彈出視窗，警示水位監測偵測器之 編號，提醒使用者進行後續處置。 b.水位概況：水位監測偵測器位置之 展現，擬以圖形化方式，將其視為 一點圖元，將其分布標註於地圖 上。以GIS 結合自行開發之常駐程 式，定時查詢水情水理資料庫，並 將所得之水位狀況，依照所在範 圍，以不同級距之顏色表示。級距 之區分以水理慣用者為準。查詢者 可一眼看出防汛期，各地雨水下水 道之水位概況。 c.複合查詢：使用 SQL 語言，開發介 面程式，提供使用者進行複合查 詢。透過資料查圖之方式，將符合 使用者設定條件之水位監測偵測 器，以醒目顏色標示﹔使用者可由 圖面得知需注意之偵測器分布，或 藉由圖查屬性之操作方式，進一步 查詢該族群內，某一偵測器之水位 資訊，如歷史水位等等。 4.水理分析預測結果查詢模組 本模組之目的，在於展示水位預報系統 分析後，紀錄於資料庫之結果。功能規 劃： a.水理分析結果：顯示指定之水位站， 其水理分析結果。如歷史水位紀錄、 降雨-逕流歷線等。 b.淹水範圍顯示：將水情水理資料庫中 各個水位監測偵測器之目前水位資訊 及淹水位監測資訊，利用GIS 圖形化 介面之特性，於地圖上利用 Arcview 的 Spatial Analyst 模組作淹水深空間 內插，動態繪製目前時間之淹水範 圍。規劃以不同顏色之代表不同級距 之淹水狀況，如以黃色警示淹水深度 已達30cm，紅色代表 100cm，至於水 退情況時則以黑色表示。決策者可藉 由圖面得知淹水地區及搶救之優先順 序。另外也可以作為檢討防洪設施成 效的參考。 c.淹水深度顯示：使用者指定特定地區 之下水道水位監測及淹水位監測偵測
器，系統提供介面展示該地區之剖 面，並將水情水理資料庫中，該地區 各個水位監測偵測器目前之水位，以 示意圖之方式標示於剖面圖上；或者 以前述內插結果作圖查資查詢已知點 的可能淹水深度。這些淹水位置可以 作為規劃或檢討淹水位監測點分布的 參考。 d.水位預報：動態連結水情水理資料庫 中，進行水理分析，預測設定時間時， 指定之水位站，其可能之水位。使用 者可於圖上點選水位站查詢。系統可 以動態圖像之方式顯示水位與周圍地 形地物之關係，便於查詢者了解可能 之水位變化。 e.淹水範圍預報：將水情水理資料庫中 之 水 理 分 析 成 果 ， 於 地 圖 上 利 用 Arcview 的 Spatial Analyst 模組作預報 淹水深空間內插，動態繪製將來可能 之淹水地區。此一淹水範圍可提供決 策者進行搶救災之參考，或作為將來 淹水範圍預報之用。 f.淹水深度預報：將水情水理資料庫中 之水理分析成果，動態於地圖上繪製 將來可能之淹水深度等值線或以顏色 區分其範圍，並可以圖查資的查詢方 式得到已知點的預報淹水深度。使用 者可參考此一淹水深度等值線進行搶 救災之應變，或據之進行未來之淹水 深度預報。 5.連結其他網站/系統模組 有鑒於大多數之水情資訊，如颱風 動態、豪/大雨資訊、水利設施災情、防 救災資源等，均有其他相關計畫或負責 單位已建置完成，且內容豐富，本系統 重新建置未必完整，故連結其他其他網 站/系統已有其可行性與參考性。本模組 擬以提供介面，連結其他網站或系統為 主要範圍。 (二)網路層級地理資訊系統 網 路 層 級 地 理 資 訊 系 統( 以 下 簡 稱 WebGIS)之規劃，乃是為了應用 Internet 技術，解除傳統單機之限制，提供遠程展 示成果之目的。 系統規劃之考量，除圖資建置、編 修之模組外，上述其他單機地理資訊系 統之功能，若網路技術可達成者，擬儘 量予以呈現，故範圍包括雨水下水道水 位監測以及分析之結果。 四、類神經網路應用 以水理模式來模擬都市雨水下水道 的各種景況，在相關研究上已獲致相當良 好成果。然而，由於資料收集在時空分配 上的難度，研究成果多半只能應用在時間 尺度較長的案例中，且侷限於大區域的總 體判斷，不容易預測分析各管網重要節點 上的水位反應。 配合水位監測系統的控制下，直接獲 取大量空間適當分佈且動態變化的水位 資料，並透過水理模式模擬，對於上述問 題應當能提出合理的驗證成果。然而，如 此大量的空間與時間的管網水位資料，實 務上是否會導致水理模式的應用困難，如 計算容量或時間不敷實際需要等問題，則 不無商榷之處。 類神經網路在近年的資訊應用上，具 有相當多的優點，尤其以反傳遞的監督式 計算，以已知的輸出入資料作為訓練網路 之用，可反應資料間的非線性關連。經過 訓練後的類神經網路架構，對於使用者具 有相當多的實務優點： 1. 不須學習使用艱深的物理模式 2. 計算過程往往較快於物理模式 3. 不會有數值發散的計算問題 當然，類神經網路的應用上也並非完 美，潛在的缺點為： 1. 僅為輸出入資料數值上關連性，並未 能提出物理特性的說明 2. 其計算精度受限於資料來源，如應用 範疇超過訓練資料涵蓋面，計算成果 可信度有待確認。 由於防災業務上對於即時預警的高 標準需求，以類神經網路與水理模式的交 互應用，具有符合物理特性與節省計算資 源的雙重特點。因此，研究團隊於本計畫 中擬提出如下分析架構： 1.水理模式用以建立各分區連結機制。 2.類神經網路用以模擬各分區內的管網 節點之動態變化。 因此，水位監測儀器所傳遞的動態資 訊，可迅速由類神經網路中獲得分區中之 局部反應，再由水理模式計算，得到整體
區域的排水現況。 由於本計畫的應用範圍較為侷限，研究中 擬應用類神經網路，直接引用水位監測記 錄。以上述分區概念，先行推導訓練網路 架構，驗證其局部模擬水理的可行性，以 作為未來與全面性水理模式整合的先期 規劃。 2.4 文獻回顧 2.4.1 淹水模式方面的研究 目前台灣較常使用的淹水模式大概 分南、北兩套，北部以台灣大學許銘熙教 授發展之『二維漫地流淹水模式』為主； 南部則以成功大學蔡長泰教授發展之『擬 似二維淹水模式』為代表。陸續都有許多 學生進行功能改良及運用推廣，目前二維 漫地流淹水模式還用在國科會計劃，用以 執行全台灣西部縣市的淹水潛勢計算分 析。 十幾年前電子計算機運算速度及儲存 空間已能負荷大量的計算以後，淹水數值 模擬才開始有人進行研究，十年前工作站 如 VAX 被大量使用來做數學運算，繪圖 工具也被發展用來展示成果，直到PC AT 時代，大型主機才慢慢被其取代，而繪圖 工具也轉為 PC 版本。國內對淹水模擬研 究較多的首推成功大學水利系蔡長泰教 授及台灣大學農工系許銘熙教授，蔡長泰 教授發展的擬似二維淹水模式，主要以地 形、水系、道路等地文自然及人為邊界來 劃分網格，其網格可為非常不規則形狀， 由網格間邊界的控制條件設定來計算流 通量，在網格內用質量守恆概念(零維的連 續方程式)保持水量不會無故消失，再配合 邊界設定計算流量及邊界兩側的淹水位 及淹水深，使用矩陣聯合求解，網格數越 大，求解時間以等比級數成長，因此在考 量計算時間及精度要求時，常是使用者面 臨的一大難題，不過經過多年來的努力也 讓處理網格邊界的複雜工作交由GIS 來分 析及整理，使人為整理資料的時間縮短了 許多，蔡長泰教授曾用 INTERGRAPH 進 行 淹 水 模 式 的 資 料 處 理 與 成 果 展 示 環 境，模式可掛於其中並執行及產出成果。 後 來 也 因 為 軟 體 趨 勢 使 然 ， 轉 而 採 用 ARCVIEW 為其輸入資料整理的工具及環 境，並開發自動判斷劃分網格的功能出 來，使該模式實用性又邁出了一大步；而 許 銘 熙 教 授 發 展 的 二 維 漫 地 流 淹 水 模 式，以求解正方形網格內的水流動態為基 本的網格假設，利用二維水流的簡化方程 式，以有限差分交替方向顯示法(ADE)求 解網格內的淹水位、淹水深及網格間邊界 的流速。然而許多研究已發現在處理二維 的地形資料及網格編碼實在是一件煩人 的事，而十年前GIS 剛引進國內不久，台 大農工系許銘熙教授首先利用ARCVIEW 處理 DTM 資料及規劃網格的功能來改進 模式的輸入資料處理方式，後來在八掌溪 流域的國科會研究計畫也利用二維漫地 流淹水計算成果與相關圖層套疊產生精 美的二維淹水深度分布圖。近期又利用二 維漫地流淹水模式進行全國淹水潛勢區 的模擬，並利用成果與相關單位進行常淹 水區域確認，可提供做為配置防洪措施的 參考依據。 二維漫地流淹水模式數值方法首先 由台灣大學土木工程學系顏清連教授的 碩士班學生賴進松博士在民國 75-77 年間 發展完成，接下來謝慧民博士在民國 77 年至 79 年期間在台大許銘熙教授指導下 修改該二維漫地流淹水模式，並應用於琳 恩颱風基隆河沿岸的淹水模擬與檢討，此 後此套模式的改良均在許銘熙教授的指 導下陸續發展中。 如為小區域淹水，就模式的處理難易 及精度比較，以台灣大學的二維漫地流淹 水模式較佳，然依其原始功能仍無法處理 在網格內邊界設定堤防及缺口情況的水 流流況，而近年許銘熙的學生謝慧民博士 改良的「二維綜合淹水模式」(簡稱為 2DIIM)似乎已結合了台大及成大兩個系 統的優點，並提供ARCVIEW 資料處理所 需的網格輸出、入轉換格式，可以將輸入 資料及模擬結果轉成GIS 網格資料(Raster) 提供必要的套圖，此改良模式除了可以輸 出某些觀測點的淹水歷程線外，也可展現 某些控制條件下平面二維淹水深、範圍及 淹水時間的差異圖。 謝慧民博士的二維綜合淹水模式是 以許銘熙教授之二維漫地流淹水模式為 基礎，搭配ARCVIEW 軟體開發改良的新
模式稱之為「二維綜合淹水模式」，除了 原有功能及輸出、入資料搭配ARCVIEW 網格資料輸、出入格式的建立外，也增加 了蔡長泰教授的核胞邊界處理方法，可在 內部網格間的邊界處加入路路堤堤、堰堰、涵涵 洞 洞、道道路路立立體體交交叉叉及河河道道等控制條件以反 應實際地物的狀況，在山區高程落差大處 可以由穩定度限制條件自行判斷是否需 要採用一般曼寧公式來計算，除了可避免 程式發散外，也讓模式的演算範圍不再受 到山區陡坡等地形的限制，即可以不用再 搭配其他模式來產生上游集水區入流的 邊界條件。目前除了潮汐影響海水倒灌的 功能介面未開發外，大致上與淹水模式有 關的事項都已考慮了，並曾將模式應用於 雲林縣、新市永康地區、岡山地區等淹水 事件以及納莉颱風曾文溪麻善大橋左右 岸淹水事件的測試，因其水流流速的計算 可由穩定度條件及參數調整來控制，所以 計算的地形高程可從 0 至 1000 公尺以 上，甚至達 4000 公尺，計算域可擴大到 整個流域集水區，可以不用再做其他搭配 模式的銜接，如要求精細，也有介面可讓 搭配模式得到的成果輸入以計算。 交通大學土木系楊錦釧教授曾用以 河道沖淤模式為主體增加洪氾區域淹水 高程計算的功能，將地形以大的區塊分 割，與河道模式一起演算，也用在許多地 區淹水的測試，穩定性堪稱良好。淹水區 塊間的流量計算則與蔡長泰教授的擬似 二維淹水模式相似。 台大黃良雄教授、賴進松博士等在 「受感潮河川影響之花蓮市排水及淹水 聯合模擬」論文中提到結合七個數值模式 針對花蓮市區之排水及淹水情形進行聯 合模擬研究：都市排水淹水方面以都市暴 雨經理模式 (SWMM) 及二維零慣性淹 水模式進行模擬；河川水理方面利用擬似 二維河道水理沖淤模式 (NETSTARS) 計 算河川水位，由於缺乏實測資料，文中以 降雨逕流模式 (HEC-1) 計算集水區入流 之流量，並以波場模式 (RCPWAVE)、改 良之港灣水理模式 (m.HHM) 和擬似三 維海岸水動力計算模式進行河口感潮段 之模擬，以提供感潮河口水位－流量率定 曲線作為邊界條件；文中並建立較完備之 重力排水邊界條件來模擬重力排水閘門 之操作，以銜接都市排水、淹水及河川水 位方面之演算。模擬結果經與實際淹水記 錄比較，可發現本研究考慮淹水情況受排 水系統、地表逕流、河川水位及河口感潮 之影響，能較合理正確地模擬花蓮市區淹 水之情形。 2.4.2 河川洪水預警方面的研究 台灣地區水文情況特殊，坡陡流短， 自上游降雨至下游匯流不過數個鐘頭，每 逢颱風或豪雨，輒易造成洪災，在台灣之 天然災害中，洪水災害為最嚴重者。有關 洪水預警系統方面，目前國內僅淡水河流 域建有洪水預報系統，其它流域則僅止於 規劃階段。財團法人中華民國國家資訊基 本建設(NII)產業發展協進會曾執行經濟 部水資源局委託之「水資源全球資訊網及 防洪資訊系統之規劃研究」於八十七年二 月已針對台灣地區之洪水預警系統提出 整體規劃，並提出應優先施設防洪預警系 統之順序。後來經濟部水資源局考量國土 綜合開發策略、相關經建科技建設之發 展，委託NII 產業發展協進會彙集國內相 關學術研究及工程顧問單位共同執行「建 立洪水預警系統暨水利設施災害防救體 系整合計畫」，四個子計畫系分別針對〈1〉 烏溪，〈2〉八掌溪及朴子溪，〈3〉鹽水 溪，以及〈4〉高屏溪等重要流域進行防 洪預警系統之規劃。其目的在建立國內洪 水預警系統建置之雛形，也研擬「洪水預 警系統參考準則」提供四個流域規劃建置 過程的依循，並作為推廣至其他流域之基 礎。自民國八十七年至民國九十年間完成 了四個流域洪水預警系統軟硬體規劃，並 選幾個試驗觀測點以 GSM 及 VSAT 最為 資料、影像傳輸的通訊管道，並對鹽水 溪、八掌溪及朴子溪進行洪水預警系統的 模式建置及測試並開發 intranet 的操作平 台，可以使用瀏覽器操作預報及水情的展 示，案內完成多場颱風的預測演練，後續 因為編列經費過於龐大，需要成立專案送 行政院審查，目前這四個流域的洪水預警 系統研發工作宣告暫停。濁水溪洪水預警 系統也委託日本河川情報中心進行細部 規劃中。另外，曾文溪的曾文水庫管理單 位也設置簡易的洪水預警設施包括洩洪
廣播的警報器及一些高密度的水文觀測 站等，但僅限於河道附近，發揮功效可能 有限。 中國大陸每年汛期都會採用自行開 發的洪水預警系統預報洪峰將會到達某 地的資訊，如長江水患許多研發人員均快 速利用高科技來分析災害可能的情形，作 為 疏 散 及 搶 救 的 決 策 參 考 。 美 國 更 有 FEMA 專責機構負責防洪等事務，台灣也 漸漸重視專責機構存在的必要性。日本則 在技術上領先台灣甚多，淡水河的整套更 新設備幾乎全來自日本商人之手，台灣是 有必要迎頭趕上，自製本土化的防洪預警 系統。 2.4.3 淹水監測預警方面的研究 國內淹水預警研究方面首先運用在 曾文水庫的防洪運轉上，國立成功大學蔡 長泰、周乃昉教授在民國八十八、八十九 年曾對河道洪水演算及水庫防洪運轉兩 方面提出局部淹水預警系統的規劃並建 置簡單的操作平台。 吳上煜的碩士論文中提到在因為技 術的提昇，已經可以提供較以往更為精確 的淹水預警。但資訊提昇後，應該有更適 當 的 傳 播 方 式 來 讓 淹 水 的 資 訊 傳 輸 出 去。因此希望從地理資訊系統在網際網路 上的應用角度出發，在網際網路平台上， 以地理資訊系統技術整合空間資料和即 時淹水預警訊息構成一淹水預警資訊系 統。但是專業的資訊要讓一般大眾所能瞭 解是不容易的事，所以必須讓這個系統成 為方便民眾使用的平台為前提來進行研 究。在研究方法中，先比較新舊預警方法 的差異，並對民眾對預警系統的觀感與需 求做民意調查，並對於系統的使用者介面 做一研究。以台北市為研究區域，藉由訪 談的方式瞭解一般民眾對淹水預警的資 訊需求，進而設計對應的輔助功能，結合 即時淹水分佈資料作為淹水預警資訊來 源，搭配道路、地標、行政界等基本地文 資料庫作為輔助資訊，經由系統分析設 計，發展出一個系統。 經濟部水利署正工程司蕭茂鎮在「地 理資訊系統在淹水預警上之應用研究簡 介」一文中指出，台灣全島總計有 1,108 條排水系統，集水面積一百四十餘萬公 頃，約佔全島面積40％，其中屬區域排水 幹、支線長度約 7,499 公里，需改善者約 5,310 公里，而浸水時間一日之地區達十 一萬公頃，政府限於人力、財力無法在近 期內全部予以有效改善。為適度減輕淹水 災害，並達預警效果，需建立完整精確之 基本資料庫及建立適合各區域之良好的 淹水模式，以分析各種降雨情況下之淹水 地區及時間，因而可供區域排水治理規 劃、工程實施及管理等多種用途使用以限 制土地之不當利用而減少淹水損失，若進 而配合豪雨情報資訊，將可能發生淹水之 範圍及災害之程度預先告知當地居民，以 做好必要之防範。因此他以高速公路以 西、八掌溪以北、朴子溪以南及布袋沿海 集水區為研究區域進行區域淹水預警系 統的規劃。 經濟部水利署第十河川局每逢颱風 時節，均在淡水河重要地點設置洪痕紙紀 錄洪水痕跡，但這僅能知道最高洪水位並 不能知道歷程線，需由河川的水位站紀錄 補遺或估計通過歷線，同樣最近淹水頻繁 的台北縣市相關地區也有單位使用洪痕 紙設置在洪氾區內，用以估算淹水範圍， 最近有些研究以趨向以類似水位計的儀 器設置在洪氾區，帶洪水來臨時可以動態 紀錄其淹水歷程，不過仍限於零星設置， 沒有經過分析規劃其設置位置及密度，本 計畫目標之一即在做這方面的規劃及評 估，並運用相關的淹水模式模擬成果輔助 這項工作。 三、 淹水監測預警系統相關研究分析 3.1 國內淹水監測研究現況分析 對於研究範圍內的淹水預警方面，因 基隆河的汐止地區幾乎每年淹大水，行政 院核定達二百年防洪目標的基隆河整體 治理計畫謀求改善，「基隆河整體治理計 畫」分為前、後期治理計畫，主要計畫內 容包括： 一、「前期治理計畫」（自九十一年 七月至九十四年五月，工程經費初估約為 三三一點一億元）：1、基隆河員山子分 洪工程計畫—總經費六十三億元，九十四 年五月汛期前完成。2、洪水預報及淹水
預警系統--總經費零點六六億元，九十一 年底完成。3、低窪地區防洪區塊工程— 整合區域內支流排水、橋樑、抽水站改善 等工程，分為十一個區塊，採區塊治理分 式辦理。4、坡地保育計畫—配合員山子 分洪計畫於上游集水區進行水土保持工 作。5、其他配合工程—包括台北市轄區 之內溝溪下游堤防工程、磺港溪分洪工 程、中山橋改建部分經費及鐵路局八堵鐵 路橋週邊改善工程。6、其他方案規劃— 包括圓山瓶頸段改善研究規劃、洪氾區劃 設規劃設計及滯洪區劃設規劃設計等。 二、「後期治理計畫」（自九十四年六月 至九十七年六月）：1、 河道堤防工程— 包括台北市洲美堤防新建工程及台灣省 轄區堤防工程。2、 排水改善工程—包括 支流排水、提後排水，並興建二Ｏ座抽水 站（台北市二座、台北縣一Ｏ座、基隆市 八座）。3、 橋樑配合改善工程—改建橋 樑二十四座（台北縣一Ｏ座、基隆市八 座、省道公路橋三座、鐵路橋三座）。4、 坡地保育計畫—辦理基隆河坡地保育工 作。5、 滯洪區建置計畫—規劃設置七 處，面積合計約一ＯＯ公頃。 其中前期計畫第一項的第2 點已編列 新台幣 0.66 億元進行建置洪水預報及淹 水預警系統。基隆河整體治理計畫至少還 要四年才能完成，為減少上游低窪地區住 戶的生命財產損失，經濟部規劃優先推動 員山子分洪計畫，同時搭配洪災保險，及 建構淹水預警應變系統。 經濟部水利署指出，納莉颱風的雨量 平均為八百九十七公釐，淹水面積達六千 六百四十公頃，可謂創下空前的紀錄，且 集中暴雨規模超過整治工程標準，才釀成 巨大災禍。南湖大橋以下河段屬台北市轄 區，台北防洪計畫已大部分完成二百年防 洪頻率標準，南湖大橋以上河段屬台北縣 及基隆市轄區，早期僅有零星防洪措施， 為避免下次豪雨來襲再造成淹水情況，水 利處規劃針對汐止至八堵瓶頸，策略仍以 「築堤防洪、束洪」為主，目標希望先獲 得十年洪水通洪能力，作為後續整體治理 的基盤。基隆河上游若要作整體治理，汐 止地區行水區中的十一棟大樓應該要拆 除，但經費高達一千零五十億元，以當前 政府困窘的財政，不可能執行此方案；較 可行的作法，是儘速推動員山子分洪計畫 及搭配低窪區住戶洪災保險。員山子分洪 計畫初步規劃經費為六十三億元，此計畫 已獲行政院核定辦理，預定在今年年底可 通過環評審查，明年初發包興建，提前在 九十三年底完成，較原訂時程提早一年五 個月。 本計畫為國科會永續會委託研究，將 來搭配基隆河的淹水預警系統資料繼續 研發新技術，未來希望能將淹水、排水都 建立一套預警制度，同時比照淡水河流域 防洪指揮中心，發布的洪水預報方式，依 山區、集水區雨量、水位不同的情況，分 成「通知、注意、警告、危險」等不同程 度，預先讓市民隨時知道不同的狀況，以 便達到事先疏散居民的效果。 3.2 國外淹水監測研究現況分析 日本則是有專責單位負責轄區內的 水情資訊彙整，對於淹水水情的掌握也非 常迅速。我們蒐集到的有下列幾個地點： 信濃川工事事務所 日本一些重要河川設一專門的流域 管理單位，與中國大陸類似，信濃川工事 事務所即是這種單位，信濃川是日本第一 長及流出量最大的河川，總長367 公里， 流出量有 156 億立方公尺，流域面積為 11,900 平方公里(日本第三大流域)。有關 信濃川流域的河川情報蒐集、水防(防洪) 工作、河川水邊環境調查及管理基本計 畫、水質、高灘地利用、水量利用規劃、 相關治理工程等都是其業務範圍，比較重 要的防洪工事從上游到下游有妙見堰、長 崗 消 流 雪 用 水 導 入 設 施 及 柿 川 排 水 機 場、大河津分水洗堰等。水位雨量也有遙 傳資料，每五分鐘更新一次資料，如圖3-1 所示(淡水河流域也有類似的一套)。記錄 看板上有觀測站的指定水位與警戒水位 供作業人員參考，其監控螢幕除了傳回的 水位流料資料外，也有與河川情報中心連 線的即時雨量分佈資訊，操作及發佈訊息 也有預報與警報之分，災害發生後派出在 外人員需攜帶本流域的水防野帳簿紀錄 相關資訊及救災。野帳簿內容相當齊全包 括1.洪水預報、水防警報的種類及內容及 基準。2.水位、雨量狀況等紀錄表及位置。
圖3-1 信濃川水位流量監視看板 3.洪水預報及水防警報傳達及通報系統。 4.重要水防地點一覽表。5.水防上危險構 造物一覽表。6.重要水防地點位置圖(如圖 3-2)。7.水防倉庫、資材放置地點及水防 機具儲備狀況。8.救災工法的圖解說明。 9.洪水預報、水防警報、水防報告的表格 格式。台灣目前仍無如此精緻的攜帶式手 冊可供巡防或救災第一線的人員參考。 妙見堰管理所，其功能為1.用水取水 位的穩定控制。2.JR 發電放流的逆調整。 3.當作國道 17 號的跨河橋樑。另外也設計 魚道及船行的水道，可謂多功能的堰。妙 見堰有一觀景台，內部有模型操控監視中 心，如圖 3-3，系統化非常健全，電腦螢 幕可顯示閘門升降情形及水位高低、流域 概況圖、操作狀況圖等，上方有監視螢幕 重 點 式 分 割 畫 面 顯 示 幾 個 監 視 地 點 現 況，同時也有如同信濃川工事事務所的水 位流量回傳顯示系統及面版。在平時操作 規線如 JR 發電放流圖，在洪水時期全面 打開閘門讓洪水宣洩，乾旱時則以確保計 畫取水位為主操作。因堰附近之河岸高灘 地開發為親水公園，假日可為民眾休閒及 觀景，不但達到防洪、用水目的，也促進 民眾對水防的認識與親和力。 柿川排水機場有兩套抽水設備，一套 為長崗市的松葉排水之用(小容量的 3 及 4 號機)，一套是建設省的柿川排水之用(大 容量的1 及 2 號機)。洪水時期柿川上游常 因信濃川的水倒灌及內水排不出去而氾 濫成災，因此先利用閘門擋住信濃川逆流 的水，再用抽水站將柿川的水抽排入信濃 川，這是當初設計的目的。另外，非洪水 暨下雪時期為了減少主流排雪的負荷，在 排水機場上游處規劃設計了直接匯入柿 川的兩條連接分水設施的渠道(赤川及東 赤川)，載運該區域的雪水至柿川水機場直 接導入信濃川，這稱為長崗消流雪。長崗 消流雪及柿川排水機場的關係位置示意 如圖 3-4 所示。柿川排水機場的系統關係 如圖 3-5 所示。長崗消流雪的操作示意如 圖 3-6 所示。同樣的監控中心也有機場附 近監視螢幕及燈號操控顯示系統。柿川排 水機場較重要設施詳圖 3-7 所示。抽水機 房在監控廠房的地下室，內有四個抽水機 組、預備柴油發電機、大口徑消音器、資 料蒐集監控箱等設施。這也是一個兩種功 能的排水機場設計，十年一次的暴雨再也 不會對柿川上游造成淹水災害，同時快速 消除流雪使道路通暢。另外大河津分水因 時間關係未能參觀，其功能為在信濃川中 下游離海最近處設置分洪水路直接導洪 水入日本海，一般時候關閉臨日本海之可 動堰調節水位至某個溢流水位，當洪水時 期則關閉新瀉匯入的堰，全開臨日本海堰 使洪水全速排入日本海，防止海水及分洪 水量倒灌入新瀉縣，這是大河津分水功用 所在。以上除了瞭解各種排洪設計原則以 外，也瞭解了各管理站均有其監控設備， 可謂工欲善其事，必先利其器也。 信濃川大河津分水有如基隆河上游 的圓山子分洪(系統圖如圖 3-8，分流示意 圖如圖3-9，現況圖如圖 3-10)，對河川的 排洪效益有直接貢獻，而淡水河二重疏洪 道僅分攤主流進入台北市區的一些水量 及降低水位，當二重疏洪道匯入淡水河後 水位仍然與未分洪相當。因為台灣河川與 海均垂直，難以找到中下游離海最近的點 分洪入海，因此類似大河津分水的想法在 台灣河川似乎很難使用。基隆河汐止水患 除了新建堤防及抽水站的基本想法外，可
圖3-2 信濃川水防重點區域圖
圖3-3 妙見堰操作監控中心儀器設備
圖3-5 柿川排水系統示意圖
圖3-6 長崗消流雪操作示意圖
圖3-8 大河津分水系統地理位置圖
圖3-9 大河津分水操作示意圖
能仍需從上游圓山子分洪及下游中山橋 斷面拓寬著手，才能解決真正的問題。其 他如妙見堰多功能的設計及柿川抽水站 多方面考量的規劃設計或許提供國內規 劃取排水設施時多一些考量及想法。信濃 川全河系也有洪水氾濫區的標示，如圖 3-11 所示。 東京都防災中心 這個中心是類似台北市的災害防救中心 的編制，災害發生時編組人員仍須按計畫 報到進行相關工作，目前台灣各縣市防災 基本計畫又重新修正一次，防災工作才剛 起步，所有的災害防救中心都是以消防據 點為主要考量，雖然有的場地空間還算 大，但是內部牆壁掛著的仍然是靜態的圖 示表格，連線的工作及資訊的處理仍以傳 統的電話線方式進行聯絡及傳真，有看過 先進國家防災設備的人都說台灣的防災 工作落後這些先進國家幾十年，雖感慨但 也提醒了我們要重視這個問題，或許從土 石流預警、洪水預警、淹水預警及各方資 訊的聯繫可以促進這些防災基本建設的 腳步加快，軟硬體設施及系統在國內的防 災體系仍顯的脆弱，有待政府多編列一些 經費從事基本資訊傳遞建設及防災系統 的規劃架設等，才能接近先進國家的水 準，使防災工作變的單純及迅速。東京都 防災中心的設備均透過高科技的技術來 達成，例如水情資訊及災害顯示的固定看 板，將所有相關的資訊集中在一個區域， 給決策單位參考，看板如圖3-12 所示。我 們的科技島計畫似乎僅是從事生產零件 而已，對整合型系統的研發仍有待加強。 未來各縣市、中央的災害防救中心的設備 及功能要求可以東京都防災中心為其目 標，未來淹水預警的作業方式、設備及功 能等也可參考東京都防災中心的操控中 心。 荒川下流工事事務所 荒川由北往南流，出口在東京灣，可以說 是都市河川，就如台灣地區台北地區的淡 水河系一般的重要，下游低漥地區為了了 解其淹水潛勢，特別製作200 年頻率洪水 溢堤後的淹水分布圖，提供防救災參考， 淹水潛勢圖如圖3-13 所示。荒川本身有防 洪預警及淹水監視系統，提供即時的影像 及水文資料，透過電視節目的播放，讓民 眾了解河川水位及監視點淹水的情形，如 圖3-14 所示。另外在堤防高處或超級堤防 上設置一些影像傳輸的據點，好讓巡防人 員以數位攝影設備藉由筆記型電腦將現 場影像傳回防汛中心，如圖3-15 所示。這 個裝置大約每隔一公里有一個據點，因此 每到一處所傳回的影像均勢該點附近的 狀況，這種設備台灣就沒有。因此即使有 淹水攝影也只透過人員傳遞，因此時效性 也打了折。淹水水情除了記者到現場拍攝 及藉衛星傳回總部作資訊處理加工外，可 能沒有其他單位有這樣的人力及精神來 做這件事，因此民眾均從新聞報導得知淹 水狀況，這是防災中心不如新聞單位的地 方。對這一點日本下了相當的工夫可見一 般。洪水平原的水尺也分階段高程擺設， 目的是可以讓防汛人員帶的防汛手冊快 速對照了解水情以緊急應變，依照階梯狀 河床擺設的水尺如圖3-16 所示。 美國對於淹水預警方面，利用 1/300 的地形圖繪製可能的淹水潛勢區(如圖 3-17)，比台灣國科會目前在做的淹水潛勢 圖更細，在通告方面利用固定的電視頻道 不停的播報，好像第四台的某些新聞台不 管什麼時候都可以收看新聞，這種頻道只 在豪大雨時才換節目播放水情資訊，多少 在宣導方面有很大的助益，平時這個頻道 會 不 定 時 播 放 了 解 水 情 資 訊 的 知 識 節 目，民眾得以知悉自己的處境，好做下一 步應變。另外，他們也像台灣、日本一樣 製作100 年頻率洪水氾濫區圖，作為防救 災的參考。 3.3 淹水預警未來發展技術走向概述 未來淹水預警除了相當密度的 real time 監測站外，也需要有管理站房及分析 可 能 淹 水 深 度 及 時 間 的 工 具 及 操 作 平 台，這幾項需要投入硬體經費及研發人 力，本子計畫雖編列五年，但仍僅針對一 些已設置的點進行評估，無法全面的使淹 水預警系統實用化，有待未來成立專案來 整體整合，軟硬體設置後，一些分析成果 將可以提供洪災保險費率計算的參考，也 可及時提供防救災單位一些可能淹水的 資訊。
圖3-11 信濃川洪水氾濫區分佈圖
圖3-12 東京都防災中心顯示大看板之一景
圖3-14 荒川情報系統提供電視節目淹水即時播報情形
圖3-15 筆記型電腦將現場影像傳回防汛中心狀況
圖3-17 美國某地區 100 年頻率洪水氾濫區圖 四、 國內都市排水特性評估研討 4.1 國內都市排水現況分析評估 前水利局謝瑞麟局長民國九十年十 月二十五日在國政評論的一篇「談水環境 與防洪」文章中述說台灣地區排水與防洪 的問題，節錄如下： 「都會區發展對於水文環境變化影 響很大，由水文學上推估洪峰流量的簡便 的合理化公式 Qp=CIA(其中 C：逕流係 數，I：集流時間的降雨強度，A：集水區 面積)即可得到一明顯的印證。一般土地作 為都會區發展後，降雨的滲透能量減少， 草木截流與地表阻流功能消失，導致逕流 係數C 增大。又地表之不透水覆蓋與人工 排水路促使地表流速加快，集流時間大幅 縮短且相對的集流時間內降雨強度 I 增 強，這兩項因素相乘結果造成洪峰流量大 增。經實際調查，都會區發展後的洪峰流 量較發展前的流量相比增加二至三倍，因 此 容 易 造 成 都 會 區 本 身 及 其 下 游 的 水 患。此外，降雨對地表的沖蝕，及河流沖 淤會使水環境不停的變化，原來安全穩定 的地形，經過水環境的變動以後可能演變 成不穩定的危險地形，如平時不注意監 測，等災害發生時已經來不及防範。防洪 與 排 水 為 一 體 兩 面 的 防 範 水 災 公 共 建 設，防洪在於防禦都市計畫區外的洪水侵 害，排水在於排除計畫區內的雨水或廢水 免除積水成災。一般都市排水採用的設計 標準是二至五年發生一次機率之瞬時豪 雨瞬時排除，而防洪採用較高的保護標 準，例如台北地區淡水河水系防洪標準採 用二百年發生一次機率之洪水。由於都市 排水基於都市土地有效利用及經濟效益 的考量所採用的標準。合乎先進國家的設 計標準。在這種情況下超過排水標準的豪 雨機會尚多，所以會有十年一小淹，三十 年一大淹的情況發生。此情況不單在台灣 各地都會區發生，在外國也時有所聞。故 都市發展在公共建設（交通建設、學校、 醫院等等）或民間的建築物，在規劃設計 時如同耐震設計的考量一樣也需要耐水 災設計，目前都市防災偏重於防火、防 震，而防洪不在都市計畫範疇，都市耐水 災的考量在於應付豪雨超過排水標準時 之防水災能力。在防洪的手段中，可分成 蓄洪（蓄水庫或蓄水池）、滯洪（滯洪池、 游水池）、疏洪（水道疏浚）、分洪（分 水道或疏洪道）、束洪（河堤）、抗洪（水 閘、插板、墊高）及避洪（疏散）等七種， 前六種為工程手段，最後一種為非工程手 段。各種防洪手段在應用上各有其適用限 制，並且各有其優點及缺點。因為各種防
洪手段各有其不同的防洪效應與風險，所 以選擇時可單選一種或多種組合應用。其 中以非工程手段的避洪風險為最小，亦表 示最安全，惟在地稀人稠的台灣適用上有 相當的困難。防洪工程在防災體系上屬於 減災，是防災計畫中四個階段中的前段。 當颱風或豪雨即將來臨前，應用防災科技 預 測 颱 風 或 豪 雨 可 能 發 生 的 地 區 與 規 模，並預估其危險程度，事先準備因應對 策與預防策略，盡可能避免災害損失，此 為整備階段。當颱風或豪雨臨頭發生災害 時，即進入災害應變階段，此階段的主要 工作包括災害規模判斷、災情通報與災情 掌握、救災動員與指揮、疏散避難，緊急 搶救等，此等工作由各級政府所成立之災 害應變中心指揮辦理。」 2001-09-26-納莉颱風帶來的降雨量 打破歷年紀錄，內政部與台北市都決定檢 討 都 市 雨 水 下 水 道 所 能 承 受 的 暴 雨 頻 率，以因應氣候變遷、降雨強度逐漸增加 的趨勢。不過，礙於已開發的都市土地取 得困難，拓寬既有雨水下水道極不容易， 內政部強烈建議地方政府，改採「滯洪」 方式延遲洪峰發生的時間，比照先進國家 的設計，在必要時，利用公園、學校等地 下停車場作為蓄貯洪水的蓄洪池，新開闢 的公園也考慮滯洪功能。但台北市工務局 認為，這項構想很好，但實際操作時有許 多盲點有待克服，還需進一步考慮。主管 都市排水的內政部營建署指出，受全球氣 候變遷影響，颱風降雨的強度有逐漸升高 的趨勢，市區排水系統的設計標準有重新 檢討的必要；過去只要颱風離境，該署就 會針對淹水地區，與水利單位、地方政府 檢討都市排水系統所能承受的暴雨頻率 標準，這次也不例外，而台北市的雨水下 水道與世界各主要都市一樣，均以五年暴 雨頻率為設計標準，近期內將檢討有無調 整的必要。台北市工務局表示，這次台北 市有五個行政區都泡在水裡，八個抽水站 與水搏鬥到最後一分鐘才「陣亡」，撇開 堤防有漏洞未補的問題不談，抽、排水系 統面對空前的降雨挑戰，顯然難以負荷， 確有必要提高暴雨與防洪頻率的標準。營 建署說，若要提高台北市的防洪標準，除 了考慮加高堤防與加大抽水站抽水量，市 區排水系統承受的暴雨頻率，也該一併提 高。問題是，提高標準就得加寬雨水下水 道，對已高度發展的台北市來說，困難重 重，因此，保持下水道現狀，針對高強度 暴雨規畫全市的截流系統，一旦暴雨超過 排水系統正常的忍受範圍，即可利用截流 系統，將洪水導入預先指定的公有地下停 車場，或公園、運動場等開放性的公共設 施，讓洪水暫時貯放在這些「滯洪池」內， 等雨停後再慢慢抽乾。包括美國、日本等 國家，都市防洪都有類似的設計，同樣的 條件是，都市都已高度開發，要取得土地 規畫滯洪池都很困難，但實施的效果都備 受肯定。該署認為，這次有四、五千棟建 築物的地下室淹水，胃納大量的積水，保 守估計有四、五十萬噸，如果這些積水全 傾洩在平地，災情將更為嚴重。北市工務 局說明，都市內的抽、排水和都市外的防 洪系統，設計標準都有檢討的必要，目前 評估較經濟、技術上也可行的作法是加大 抽水站的抽水量、加高堤防。中央的建議 構想很好，該局也曾思考過其可行性，但 每次淹水都會挾帶大量泥砂，清除相當困 難，代價也不低；同時，什麼時機決定地 下停車場開始蓄洪、何時該疏散車輛，執 行上都不易克服，在沒有妥善計畫前，該 局不敢貿然嘗試。 納莉風災後，基隆河整治問題成為大 台北地區最重要的公共議題之一，行政院 經建會副主委張景森指出，納莉風災重創 台 北 引 發 各 界 對 現 行 整 治 方 案 的 的 檢 討，未來的整治方案，將以上游分洪、中 游截洪、下游蓄洪的方式，取代目前築堤 圍堵的防洪構思。他在「新世紀水的關懷 ―海峽兩岸水資源暨環保交流系列活動 －台北論壇」中，發表的「基隆河整治方 案之探討與推動」論文指出，基隆河近來 水患不斷，一方面與全球氣候異常的天然 因素有關。另一方面，基隆河延河土地開 發利用不當也是相當重要的原因。基隆河 下游段截彎取直與水爭地結果，造成基隆 河溝渠化，必須在兩岸興築高聳的堤防堵 洪水，並大量設置抽水站將都市排水抽排 到基隆河，才能獲得二百年頻率洪水的保 護標準。這次納莉颱風帶來的大雨完全仰 賴抽水站抽排，一旦當機，自然造成大台
北盆地汪洋一片，無處宣洩。基隆河沿岸 貨櫃堆置場密佈，在未加妥善管理狀況 下，颱風期間貨櫃順流而下，堵塞河川排 水；基隆河南湖大橋與內湖垃圾山瓶頸 段、及中山橋瓶頸段的阻水效應，都是必 須加速檢討改善。此外，基隆河沿岸部分 堤防尚未施築完成，南港、內湖段的堤防 缺口則是導致該區域嚴重水患的主因。為 落實「以疏導替代圍堵」的防洪治理策 略，他建議，依據各分項計畫的急迫性， 第一階段先實施上游分洪與下游疏洪道 工程，第二階段接續辦理基隆和第二分洪 道及支流截流工程，同時強化基隆河防災 體系，以減輕洪水災害可能帶來的損失。 研究範圍淡水河流域內台北縣的防 洪措施及架構說明：(圖 4-1) 1.汛期為每年五月一日至十一月卅日， 期間本府及鄉鎮市公所編組有防汛搶 修隊負責通訊聯絡災情、防救搶修、 防汛設施巡護及操作管理等事宜，以 隨時應變支援。 2.中央氣象局發佈颱風、豪大雨警報通 告後，台灣省北區水資源局隨即成立 淡水河流域防洪指揮中心，本府暨各 相關單位派員進駐中心及各抽水站、 水門，統一接受指揮中心之命令負責 操作相關事宜；本府並配合成立災害 防救中心（防颱中心），依台灣省淡 水河流域防洪指揮中心作業要點：公 所負責執行已接管之抽水站及水門操 作運轉指令及災害搶險事宜，本府並 負責發佈洪水通告警報及執行災害防 救事宜，接續救災由本縣災害防救（防 颱）指揮中心統一派調公所暨相關單 位辦理。 3.汛期颱風、豪雨警報發佈後，台北防 洪計畫水門及初、二期各抽水站進駐 人員，於現場聽從台灣省北區水資源 局駐站人員指揮，本府轉發佈洪水通 告、警報及操作運轉指令，並負責搶 險事宜，三期抽水站由省住都處駐站 人員指揮並負責派各項技術人員進駐 主導。 4.2 抽水站、閘門設置時機說明 通常抽水站設置地點都有水要往高處 送的問題，當河川水位高於內水位時就需 設置閘門關閉排水路，設置抽水站將排水 系統的雨水抽到河川中放流，這些設施在 低漥地區、有潮汐的沿海區域及河川河床 高於陸地的地點常看到，這也是需要設置 抽水站、閘門的要因，如果因水環境改變 時含有上述三個因素之一時，我們說是該 設置抽水站、閘門的時機了。 排水閘門及抽水站均為防洪計畫屬 排水工程設置之重要水利構造物，從規 劃、設計、興建、操作時機、程序以及完 工後之維護與管理工作，每一步驟皆關係 地區防洪工程之良窳。水門之功能為當堤 前水位未漲時，積水可以重力方式正常排 洩。當提前水位高過水門設定關閉水位或 堤後積水時，即須關閉水門，以避免有倒 灌之虞。人口密集，經濟要地較不容浸水 之處，則依排水範圍採適值頻率暴雨量符 經 濟 原 則 適 量 設 計 機 械 方 式 排 水 抽 水 站，以抽除堤後將溢出下水道或排水路之 積水。市區地面高程低於河川洪水位者， 其排水之不二法門係配合堤防工程之興 建，設置水門及抽水站以機械方式輔助排 水。 目前我國對於興建水門、排水抽水站 之規劃設計工作，並未訂定統一標準或常 設指導單位，且興建及維護管理單位分別 隸屬不同之機關，以管理機關而言，在中 央為經濟部水利署，在縣市則為縣市政府 之建設課或工務局。由於人力不足，現況 水門、抽水站之管理工作實際由縣市管理 機關責成鄉鎮區公所負責，其能力、經費 及技術明顯不足，致使維護管理不盡完 善。而操作工作經由鄉鎮公所再轉交村里 長負責，一般村里長不具專業管理能力， 常無法維持設施正常操作，更遑論發揮該 設施應有功能，致使局部地區屢遭水患， 為民眾所詬病。 台北市現有抽水站計有 69 座、疏散 門 31 座、閘閥門 321 座，目的在抽取台 北市區的雨水排到淡水河及其支流，這些 設施平時都需有人保養及測試，颱風來臨 更需要全天候備戰抽水以免造成市區淹 水，這是台北市政府養工處業務之一。台 北縣的抽水站則由住都處及鄉鎮公所人 員負責操作管理。抽水站並不只是抽水機 器與抽水功能，還要考慮抽水量；我們常
