極 端 降 雨 引 致 都 市 洪 水 即 時 預 警 模 式 與 減 災 調 適 技 術 整 合 應 用 研 究 內政部建築研究所委託研究報告 ( 年 度 ) 107
極端降雨引致都市洪水即時預警模式與
減災調適技術整合應用研究
內政部建築研究所委託研究報告
中華民國 107 年 12 月
PG10702-0001
極端降雨引致都市洪水即時預警模式與
減災調適技術整合應用研究
受 委 託 者 ： 國立成功大學 研究主持人 ： 羅偉誠 共同主持人 ： 蔡長泰 研 究 員 ： 巫孟璇 研 究 助 理 ： 翁俊鴻、陳麗貞、黃智聰、譚禧年 研 究 期 程 ： 中華民國 107 年 1 月至 107 年 12 月 研 究 經 費 ： 新臺幣 132.6 萬元內政部建築研究所委託研究報告
中華民國 107 年 12 月
目次
目次 ... I
表次 ... III
圖次 ... V
摘要 ... VII
ABSTRACT ... XI
第一章
緒論 ... 1
第一節
研究緣起與背景 ... 1
第二節
研究方法 ... 2
第二章
蒐集資料與文獻分析 ... 5
第一節
研究案例選定及資料蒐集 ... 5
第二節
文獻分析 ... 24
第三章
模式建置與演算分析 ... 37
第一節
地文性淹排水模式建置 ... 37
第二節
佈置研究都市非結構性格網 ... 41
第三節
演算並探討流域降雨逕流對案例研究地區之影響 ... 44
第四章
預警模式與減災調適技術整合 ... 63
第一節
防災智慧城市可行性初步研究之規劃 ... 63
第二節
大型滯蓄洪設施動態即時演算控制排放量之探討與研究規劃
63
第三節
逕流分擔及出流管制之減災調適技術可行性研究之規劃 .... 64
第五章
結論與建議 ... 65
第一節
結論 ... 65
第二節
建議 ... 66
附錄一
審查意見回覆 ... 69
附錄二
歷次審查意見回覆 ... 73
附錄三
工作會議紀錄 ... 81
附錄四
專家座談會會議紀錄 ... 83
附錄五
颱風事件模擬演算案例之雨量歷程 ... 97
參考書目 ... 109
表次
表 2-1 研究區域內雨量站概況表 ... 8 表 2-2 研究區域內水位站概況表 ... 9 表 2-3 研究區域內潮位站概況表 ... 11 表 2-4 研究區域土地利用概況表 ... 13 表 2-5 仁德區土地利用變化表 ... 14 表 2-6 研究區域防洪構造物一覽表 ... 16 表 2-7 研究區域內固定式抽水站概況表 ... 18 表 2-8 研究區域內滯洪池概況表 ... 20 表 2-9 智慧型水尺設置位置表 ... 22 表 2-10 感測設備比較表 ... 24 表 2-11 各河川局洪水預報系統建置概況表 ... 28 表 2-12 DRAINS 採用之模式/外部產品 ... 29 表 2-13 FEWS_TAIWAN 採用之模式/外部產品 ... 30 表 2-14 REFOR 採用之模式/外部產品 ... 30 表 2-15 洪水預報系統採用之模式/外部產品 ... 31 表 2-16 各項降雨預報產品資料一覽表 ... 32 表 2-17 現行相關平台比較分析 ... 36 表 3-1 各雨量站之面積權重百分比 ... 44圖次
圖次
圖 1-1 研究流程圖 ... 4 圖 2-1 研究區域內水門分布圖 ... 5 圖 2-2 鹽水溪及二仁溪流域概況圖 ... 6 圖 2-3 研究區域內雨量站分布圖 ... 9 圖 2-4 研究區域內水文站分布圖 ... 11 圖 2-5 研究區域內數值高程圖 ... 12 圖 2-6 研究區域內交通路網圖 ... 13 圖 2-7 研究區域內土地利用概況圖 ... 14 圖 2-8 仁德區土地利用概況圖(96 年) ... 15 圖 2-9 仁德區土地利用概況圖(105 年) ... 15 圖 2-10 研究區域內水門分布圖 ... 17 圖 2-11 研究區域內抽水站分布圖 ... 19 圖 2-12 研究區域內滯蓄洪設施分布圖 ... 20 圖 2-13 智慧型水尺樣式、裝設地點及水情通報示意 ... 23 圖 2-14 自動化淹水感測技術整合架構圖 ... 23 圖 2-15 0823 豪雨期間自動化淹水感測器回傳水深歷程 ... 24 圖 3-1 自由堰流與潛沒堰流示意圖 ... 40 圖 3-2 抽水站示意圖 ... 41 圖 3-3 細部格區劃分示意圖 ... 43 圖 3-4 研究區域格網佈置 ... 43 圖 3-5 研究區域內雨量站徐昇多邊形網 ... 45 圖 3-6 梅姬颱風期間面積平均雨量組體圖 ... 46 圖 3-7 梅姬颱風期間四草大橋潮位站潮位 ... 46 圖 3-8 尼莎颱風期間面積平均雨量組體圖 ... 47 圖 3-9 尼莎颱風期間四草大橋潮位站潮位 ... 47圖 3-10 0619 豪雨期間面積平均雨量組體圖 ... 48 圖 3-11 0619 豪雨期間四草大橋潮位站潮位 ... 48 圖 3-12 0823 豪雨期間面積平均雨量組體圖 ... 49 圖 3-13 0823 豪雨期間四草大橋潮位站潮位 ... 50 圖 3-14 梅姬颱風期間模式演算之洪水歷程與測站實測資料比較圖 ... 51 圖 3-15 尼莎颱風期間模式演算之洪水歷程與測站實測資料比較圖 ... 51 圖 3-16 0619 豪雨期間模式演算之洪水歷程與測站實測資料比較圖 ... 51 圖 3-17 0823 豪雨期間模式演算之洪水歷程與測站實測資料比較圖 ... 52 圖 3-18 0823 豪雨期間模式演算之洪水歷程與連續型淹水感測器資料比較圖 ... 52 圖 3-19 連續型淹水感測器裝設地點與地形 ... 53 圖 3-20 重現期降雨面積平均雨量組體圖 ... 54 圖 3-21 四草大橋潮位站天文潮潮位 ... 54 圖 3-22 進流量、瀦蓄量、出流量之關係示意圖 ... 55 圖 3-23 中央氣象局劇烈天氣監測系統(QPESUMS)首頁 ... 56 圖 3-24 研究區域內 QPESUMS 雷達格網之控制面積 ... 57 圖 3-25 案例研究區域 QPESUMS 降雨預報資料示意圖 ... 57 圖 3-26 預報前導時間 3 小時之即時淹水預報模式演算示意圖 ... 58 圖 3-27 尼莎颱風期間模式演算 QPESUMS 雨量之洪水歷程與水位測站實測資料比較 ... 59 圖 3-28 預報模式演算案例區域之淹水深度分布歷程 ... 61 附圖 5-1 梅姬颱風期間研究區域內各雨量站之降雨歷程組體圖 ... 97 附圖 5-2 尼莎颱風期間研究區域內各雨量站之降雨歷程組體圖 ... 100 附圖 5-3 0619 豪雨期間研究區域內各雨量站之降雨歷程組體圖 ... 102 附圖 5-4 0823 豪雨期間研究區域內各雨量站之降雨歷程組體圖 ... 105
摘要
關鍵詞：極端降雨、減災、調適、即時預警
一、研究緣起
近來氣候變遷下短延時強降雨頻繁，帶來都市內水異常，造成局部區域有短時間地表逕 流急遽增加，自街區湧至街道。若逕流量超過雨水下水道之宣洩容量，則會形成街道洪水。 道路坡度平緩，或有反向坡，或有地下道，會引致水流深度或積水深度超過容許淹水深度， 形成無法即時排除的有害逕流，妨礙交通及社會正常活動，及造成民生經濟損失等。 本研究目的為以地文性淹排水模式(PHD-model)利用氣象單位降雨預報資料進行都市水 情即時演算，由模擬之都市洪水傳播過程，預警都市水情，提供應變中心決策支援情資，以 將可能發生災害時之應變反應時間提前到災害發生前的整備時間，提升災害預警與潛勢判斷 的準確度，以利政府迅速啟動避災及街道減災調適技術。二、研究方法及過程
基於減救災需求考量，淹水預報模式的發展已為各國致力發展的重點。臺灣人口密集具 經濟繁榮的都市區多為緊鄰淺山丘陵且濱鄰海岸的沖積平原，因河流底床坡度陡、長度短、 水流湍急等地理環境特性，以及沿海低地平原易受暴潮上溯之影響，雖設置防洪排水工程等 設施加以保護，但隨著都市化土地開發利用之需求增加及保護標準提升，且極端降雨發生頻 率增加，故不僅需強化防洪排水工程功能，且需發展即時預警模式與減災調適技術整合應用 研究，以減緩淹水災害。 本研究以地文性淹排水模式(PHD-model)利用氣象單位降雨預報資料進行都市水情即時 演算，由模擬之都市洪水傳播過程，預警都市水情，提供應變中心決策支援情資，以將可能 發生災害時之應變反應時間提前到災害發生前的整備時間，提升災害預警與潛勢判斷的準確 度，以利政府迅速啟動避災及街道減災調適技術。三、重要發現
本研究在選定案例研究區域後，完成演算範圍之水文、地文等相關資料之蒐集，依據所 蒐集之地文資料完成都市區域非結構性格網之佈置，再以蒐集之 2016 年梅姬颱風、2017 年 尼莎颱風、2018 年 0619 豪雨與 2018 年 0823 豪雨 4 場事件降雨與潮位歷程，分別作為輸入 與邊界條件，利用本研究建置之地文性淹排水模式進行降雨逕流演算分析、演算並探討流域降雨逕流對案例研究地區之影響、進行都市地表逕流演算及探討之規劃、預警模式與減災調 適技術整合之規劃、舉辦 2 場專家座談會，分別就本研究之 2 個重要議題：「都市淹水預報科 技資訊整合之探討」及「都市淹水保全對象對淹水預報資訊需求之建議」進行討論，會議記 錄詳如附錄四，將專家對於淹水預報科技與淹水資訊需求方面之經驗與建議納入規劃預警模 式與減災調適技術整合時之重要參考。本計畫成果分述如下。 (一) 蒐集資料與文獻分析 本研究完成研究案例選定與資料收集，包括研究區域之水文、地文資料、大型蓄滯洪設 施操作資料、「智慧型水尺」相關資料之收集。進一步利用上述蒐集之資料完成研究區域之非 結構性格網佈置，並完成地文性淹排水模式建置。 蒐集與本研究相關之國內外文獻後，依淹水預報、洪水預報、減災措施及現行防災相關 平台比較分析等分類整理進行分析。 (二) 模式建置與演算分析 以上述資料蒐集及分析成果為基礎，本研究依演算區域內之地形地貌及土地利用情形， 佈置都市非結構性演算格網，格區間選擇適當之水流方程式演算地面水流，以擬似二維流觀 念建置地文性淹排水模式，測試演算 105 年梅姬颱風與 106 年尼莎颱風 2 場颱洪事件作為檢 定與驗證案例，以完成地文性淹排水模式之建置。先以重現期暴雨事件演算並分析其產生之 逕流量對案例研究地區之影響，可進行都市地表逕流演算及探討之規劃，即針對案例研究地 區都市地表逕流量進行分析進流量、瀦蓄量、出流量之關係探討規劃。再進行案例之研究， 以選定之颱洪事件場次並蒐集相關之降雨預報資料，應用地文性淹排水預報模式進行即時降 雨-地表逕流之演算，得出淹水深度、範圍。 本研究經預報相關文獻分析，以及比較梅姬颱風與尼莎 2 場颱風及 0619 豪雨模擬與實測 之水位，發現模式可合理演算降雨形成之逕流歷程，模式模擬之峰值、發生時間與實測水位 相比亦有相同趨勢，演算結果透過水平衡分析可知，模式模擬之入流體積較實測流量體積接 近降雨體積。 (三) 預警模式與減災調適技術整合 在現有防洪工程佈置架構下，藉由以地文性淹排水模式進行多場歷史颱洪事件之模擬， 以充分了解研究區域之逕流行為。以地文性淹排水預報模式進行目標區之即時淹水深度及範
進行逕流分擔及出流管制之減災調適技術可行性研究規劃之步驟如下，先選定減災調適之目 標區域，再調查都市區域建築及街區滯蓄洪空間，如建築地下室與屋頂、街區綠地、公園、 廣場、校園屋頂或操場等，並估算其滯蓄洪容量，進一步以逕流分擔及出流管制之概念為主 軸，考量目標區現有之周邊防洪及排洪設施，在此一現階段減洪基礎上，透過地文性淹排水 模式模擬工程措施之減災調適策略，如利用新建道路之高程，整合街道水流排除洪水、都市 綠地低地之疏導等工程措施或非工程之洪災保險等調適策略，完成減災調適技術可行性研究 之規劃。 本研究將可提供之水情資訊予以圖像化、簡單化，以預警目標區選定以有淹水災害潛勢 及保全對象為主，利用街道水深配合連續式路面淹水感測器自動研判保全對象及保全目標區 （如民眾、長照機構、護理之家、醫療院所等）預警啟動避災，建立救援應變機制，透過 IoT 應用技術，結合 App、系統平台達到災害預警、救援應變，進而實現智慧防災之可能性。藉 由資訊公開、自動研判啟動防災預警機制，建立防災智慧城市。
四、主要建議事項
建議一 應用都市洪水即時預警模式進行滯蓄洪設施整合減災調適技術研究：立即可行建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：直轄市及縣市政府（研究地區） 滯蓄洪設施是近期都市減洪規劃中重要設施，然可能因啟動操作之時機影響其運作效能， 進而衍生都市地區存在無法排除之有害逕流造成積淹水之問題。建議探討降雨事件之都市積 淹過程各滯蓄洪設施如何運作，規劃佈設臨時抽水機位置，提高淹水時抽水效率、縮短退水 時間等，加強淹水時之應變能力，以發揮其較佳效能，達到減災調適之目的。 建議二 提供現有防洪工程基礎上進行多元減洪調適策略之評估應用：中長期建議 主辦機關：經濟部水利署、各直轄市及縣市政府 協辦機關：內政部建築研究所 為減少因土地開發、交通建設、都市計畫等造成都市地區地形地貌改變，進而增加逕流 或逕流行為之改變所帶來之衝擊，如洪峰量增加、洪峰到達時間縮短等治水難度增加之現象。 經濟部水利署、直轄市及各縣市政府水利局為因應前述衝擊，提出逕流分擔出流管制之綜合 治水策略，於所轄之流域或排水集水區施作滯蓄洪池、高低地分流、疏洪道、抽水站等治水措施等，但部分區域受限於工程用地取得成本偏高等實際執行上之困難使得工程減洪方式之 可行性降低。當防洪措施有其極限，宜思索不全面防洪，改採耐洪、韌性的都市地區治水理 念，引入淹水風險的概念，如在美國紐約受 Sandy 颶風重創後，以六年的時間進行建築技術 規則的改善，既有建設調整有其困難度，重建或受災區新蓋之建設應以高標準要求，未符合 規定者將課以高額稅金等措施，以期建設一個耐災的韌性都市。本計畫研究成果可提供經濟 部水利署、各直轄市及縣市政府水利單位利用本模式之模組化演算，針對現有防洪治水工程 之減洪效果進行分析，建立淹水風險地圖，進一步在此一工程減洪基礎效果下，評估多元減 洪調適策略之效益，提升都市地區耐洪能力。 建議三 提供國土計畫導入減洪調適規劃應用：中長期建議 主辦機關：內政部營建署 協辦機關：內政部建築研究所 都市發展造成土地使用型態改變，地表逕流行為亦隨之改變。建議內政部營建署及相關 單位在進行國土計畫，以本模式演算土地區位改變前後之地表逕流變化，針對逕流增加部分 進行減洪調適規劃，再演算經減洪調適後之地表逕流，決定是否進行分區，藉由國土計畫導 入減洪調適規劃，以達強化國土保安之目的。 建議四 提供市級與區級地區災害防救計畫相關權責單位應用，促進提升防救災知能：中長期建議 主辦機關：各直轄市及縣市政府 協辦機關：內政部建築研究所 因應醫療、老福機構、工業區、科學園區等淹水保全對象於災害發生時對淹水資訊之需 求，在淹水預報與減洪調適技術與日俱進下，如何把複雜的水情資訊簡化，使決策者到現場 人員等不同行政層級的防汛人員，均能因地制宜判斷警戒及啟動避災時機極為重要。建議市 級與區級地區災害防救計畫相關權責單位可藉由本模式之淹水潛勢與過去歷史颱洪事件模擬 成果，分析災害潛勢，提升耐災能力，建立簡易警戒標準等規劃，期能提升市級與區級地區 災害防救計畫相關權責單位各層級相關防汛人員的防救災知能，增進地區災害防救效能。
Abstract
Keywords：extreme rainfall, mitigation, daptation, real-time prediction
Background and objectives
Climate change concerns have been growing over the last decade. Therefore, the frequency of short duration heavy rain events has increased in urban area. Unusual floods in urban area caused the increase short-term runoff in local area. Floods on the streets occurred while the runoff discharge exceed the capacity of sewer system. This “harmful” runoff could hinder the traffic and cause property damage.
This study aimed to develop a physiographic inundation prediction model for the drainage system in the urban areas, by which the inundation depth and range can be estimated after the forecast data for rainfall and tides are incorporated. Furthermore, the physiographic inundation prediction model presented in this work has the capability of providing inundation information as a reference for the government to achieve better flood warning and disaster rescue during typhoons.
Method and approach
Base on the requirement for disaster mitigation, prevention and rescue, the development of inundation prediction have become more popular around the world. Most urban areas are located in the alluvial plains near the coastal area and hill in Taiwan. Rivers have the characteristics of a steep bed slope and short length, and thus overland runoff occurs rapidly, increasing the risk of flooding. Existing infrastructure-based protection measures are limited in terms of the cost and the scale that is possible. With the increasing frequency of extreme weather events, requirements of urbanization land development and flood protection standards, the inundated disaster has be mitigated. Therefore, the non-structural flood mitigation measures, real-time prediction model and adaption technique have to be develop.
Main results
After choosing the study area, Rende District, hydrologic and physiographic data are collected and compacted. The computational cells are automatically generated in accordance with physiographic data such as terrain, landscape and drainage network. The Physiographic drainage-inundation model (the PHD model) is then is applied to simulate the rainfall-runoff scenarios for two typhoon events, Typhoon Megi in 2016 and Typhoon Nesat in 2017, two extremely heavy rainfall events in 2018, 0619 and 0823. The effect of rainfall-runoff in the study area were analyzed. Plan surface runoff simulation in urban area, integration of real-time prediction
model and mitigation and adaption technologies. The two expert forums for two important issues of this study, “the discussion of inundated prediction technology integration” and “the suggestions of inundated prediction information for protected targets during urban flooding”. The suggestions from the two expert forums are considered as important references of planning surface runoff simulation in urban area, integration of real-time prediction model and mitigation and adaption technologies.
The main results obtained from this study can be summarized as follows:
1. Reviewing relevant literatures
This study completed the selection of research cases and data collection, including the hydrology, geography data, operation data of detention facilities, and the collection of relevant data of “smart water gauge”. Further use the collected data to complete the non-structural cells of the study area and complete the PHD model.
After collecting domestic and foreign literature related to this research, it is classified according to the classification of inundation prediction, flood prediction, disaster mitigation measures and current disaster prevention related platforms.
2. Developing the PHD model, simulation, and analysis
Based on the above data collection and analysis results, this study arranges the urban non-structural computational cells according to the terrain and land use in the study area, and selects the appropriate water flow equation to calculate the surface runoff. The establishment of the PHD model was carried out to test the calculus of Typhoon Megi in 2016 and and Typhoon Nesat in 2017 as a verification case. Using the rainstorm event to calculate and analyze the impact of the runoff on the study area. The relationship of the inflow, outflow and the storage in the study area are analyzed. Select the relevant rainfall events and collect relevant rainfall forecast data, and apply the PHD model to calculate the real-time rainfall-runoff, and obtain the inundated depth and area.
This study has compared the water level between the simulated and measured results of the two typhoons of Typhoon Megi and Typhoon Nesat and extremely heavy rainfall events in 2018, 0619 and 0823. These results showes a good agreement in the peak value of water level, and the PHD model can reasonably calculate the runoff.
3. Integration of real-time prediction model and mitigation and adaption technologies
Under the existing flood control project layout structure, the simulation of multiple historical flood events is carried out by using the PHD model to fully understand the trend of
to avoid the inundation of the study area.
In this study, the inundation information that can be provided is imaged and simplified, and the study area is selected to have the potential of flooding disasters and preservation objects. The street water depth is used with the continuous road surface flooding sensor to automatically judge and preserve. protected targets and regions (such as medical care institutes, senior citizens welfare institutions, industrial district, science park, etc.) will start to avoid disasters, establish a rescue response mechanism, and use the IoT application technology to combine the App and system platforms to achieve disaster warning and rescue response. Realize the possibility of smart disaster prevention. Establish a disaster prevention and early warning mechanism by means of information disclosure and automatic research and judgment, and establish a disaster prevention smart city.
Major suggestions
This study proposes one short-term strategy and three long-term strategies as follows:
For ABRI （short-term strategy）
The detention ponds are important in the recent urban flood reduction planning. However, it may be affected by the timing of the start-up operation, and the problem of flooding caused by the unavoidable harmful runoff in the derivative urban areas. It is suggested to explore how the various flood storage facilities in the urban flooding process of rainfall events operate, plan the location of temporary pumping stations, increase the pumping efficiency during flooding, shorten the time of water withdrawal, and enhance the resilience of flooding to achieve better performance.
For WRA, municipalities and county government（long-term strategy）
The changes in the terrain of urban areas caused by land development, traffic construction, urban planning, etc., have increased not only the impact of changes in runoff, such as the increase in discharge peaks and the shortened concentration time of flood, but also the difficulty of inundation disaster mitigation.
In order to reduce the impact described above, WRA, water resources bureau of municipalities and county government have proposed a water management strategy, runoff allocation and outflow control. Engineering measures including detention pond, floodway, separate channel, and pumping station are used for runoff allocation and outflow control. Infrastructure-based protection measures are limited in terms of the cost and the scale that is possible in urban areas. Therefore, non-structural flood mitigation measures including the construction of resilient city, enhancement of
flood-resisting ability have become more reliable. It is suggested that use the PHD model to analyze the flood mitigation effect of the existing infrastructure-based protection measures and establish a flood risk map. Under the effect of reducing floods in this project, the benefits of multi-variable flood mitigation strategies will be assessed to improve ability of flood-resisting of urban areas.
For CPAMI（long-term strategy）
Urban developments change not only land use patterns but also surface runoff. It is suggested that develop national spatial plan after simulating surface runoff of the land classification changes and plan mitigation and adaption against the additional runoff.
For municipal and district-level competent authority of “regional plan of disaster prevention and response” （long-term strategy）
After two expert forums, we realize the requirement of inundated prediction information for protected targets during urban flooding such as medical care institutes, senior citizens welfare institutions, industrial district, and science park. In addition, inundation prediction, mitigation and adaption technology have increased the availability. It is important that simplify the complicated information of inundation for decision maker to warning and avoidance the disaster appropriately. It is suggested that the simulated inundated depth potential and historical typhoon events scenario provided by the PHD model can analyze the disaster potential and set up the warning standard. Regional plan of disaster prevention and response could be actually executed through enhancement of disaster prevention capability of municipal and district-level competent authority.
第一章 緒論
第一節 研究緣起與背景
壹、 研究緣起
近來氣候變遷下短延時強降雨頻繁，帶來都市內水異常，造成局部區域有短時間地表逕 流急遽增加，自街區湧至街道。若逕流量超過雨水下水道之宣洩容量，則會形成街道洪水。 道路坡度平緩，或有反向坡，或有地下道，會引致水流深度或積水深度超過容許淹水深度， 形成無法即時排除的有害逕流，妨礙交通及社會正常活動，及造成民生經濟損失等。 基於減救災需求考量，淹水預報模式的發展已為各國致力發展的重點。臺灣人口密集具 經濟繁榮的都市區多為緊鄰淺山丘陵且濱鄰海岸的沖積平原，因河流底床坡度陡、長度短、 水流湍急等地理環境特性，以及沿海低地平原易受暴潮上溯之影響，雖設置防洪排水工程等 設施加以保護，但隨著都市化土地開發利用之需求增加及保護標準提升，且極端降雨發生頻 率增加，故不僅需強化防洪排水工程功能，且需發展即時預警模式與減災調適技術整合應用 研究，以減緩淹水災害。 本研究目的為以地文性淹排水模式(PHD-model)利用氣象單位降雨預報資料進行都市水 情即時演算，由模擬之都市洪水傳播過程，預警都市水情，提供應變中心決策支援情資，以 將可能發生災害時之應變反應時間提前到災害發生前的整備時間，提升災害預警與潛勢判斷 的準確度，以利政府迅速啟動避災及街道減災調適技術。貳、 研究背景
在極端氣候與都市快速發展的背景下，短時間地表逕流急遽增加之現象頻繁，都市內水 由街區湧至街道，超過雨水下水道排洪容量時，都市區街道洪水易造成積淹水現象。當積淹 深度超過容許淹水深度，形成有害逕流造成淹水災害，除了影響交通及社會正常活動，更甚 者會造成民生經濟損失等。 欲減緩上述極端降雨引致都市洪水造成的淹水災害，宜針對都市區之降雨逕流現象加以 分析，以利研擬減災措施及災防應變。第二節 研究方法
本研究之工作項目及內容、研究方法及步驟概述如下：壹、 工作項目及內容
本研究執行期間自民國 107 年 1 月 25 日起至 107 年 12 月 31 日止，主要工作項目及內容 如下： 一、 研究案例選定及資料收集 (一) 水文、地文資料 (二) 大型滯蓄洪設施操作資料 (三) 「智慧型水尺」相關資料 二、 模式建置與演算分析 (一) 地文性淹排水模式建置 (二) 佈置研究都市非結構性格網 (三) 演算並探討流域降雨逕流對案例研究地區之影響 (四) 進行都市地表逕流演算及探討之規劃 (五) 案例研究 三、 預警模式與減災調適技術整合 (一) 防災智慧城市可行性初步研究之規劃 (二) 大型滯蓄洪設施動態即時演算控制排放量之探討與研究規劃 (三) 逕流分擔及出流管制之減災調適技術可行性研究之規劃貳、 研究方法及步驟
本研究之研究步驟如圖 1-1 所示，選定臺南市仁德區為案例研究區域，蒐集地文性淹排 水模式演算研究區域水文及地文之相關資料，水文資料包括雨量、水位、流量及潮位資料， 地文資料包括水系概況、地形地勢、交通系統、土地利用、水利設施等資料。為了解國內外 與本計畫有關之研究，蒐集相關文獻後依淹水預報、洪水預報及減災措施等進行分析。 以上述資料蒐集及分析成果為基礎，本研究以鹽水溪以南二仁溪以北之流域及集水區劃 定演算區域邊界，依演算區域內之地形地貌及土地利用情形，佈置都市非結構性演算格網， 格區間選擇適當之水流方程式演算地面水流，以擬似二維流觀念建置地文性淹排水模式，測 試演算 106 年梅姬颱風與 107 年尼莎颱風 2 場颱洪事件作為檢定與驗證案例，以完成地文性 淹排水模式之建置。先以重現期暴雨事件演算並分析其產生之逕流量對案例研究地區之影響， 可進行都市地表逕流演算及探討之規劃，即針對案例研究地區都市地表逕流量進行分析進流 量、瀦蓄量、出流量之關係探討規劃。再進行案例之研究，以選定之颱洪事件場次並蒐集相 關之降雨預報資料，應用地文性淹排水預報模式進行即時降雨-地表逕流之演算，得出淹水深 度、範圍。 本計畫執行期間舉辦 2 場專家座談會，邀請學者與災防專家針對本計畫目的衍生出相關 之兩個議題─「都市淹水預報科技資訊整合之探討」與「都市淹水保全對象對淹水預報資訊 需求之建議」進行座談，會後彙整災防專家提出之經驗與建議，精進防災智慧城市可行性、 大型滯蓄洪設施動態即時演算控制排放量之探討、逕流分擔及出流管制之減災調適技術可行 性等研究之規劃，以完成預警模式與減災調適技術整合之規劃。圖 1-1 研究流程圖 研究案例選定及資料收集 資料收集 案例測試演算 檢定完成？ 驗證完成？ 是 否 否 地文性淹排水模式 建置完成 是 地文性淹排水模式 初步建置 排放現況 排放操作資料 大型滯蓄洪設施 研究案例選定 雨量資料 水位資料 流量資料 水文資料 都市非結構性格網 佈置研究 都市地表逕流 演算及探討之規劃 流域降雨逕流對案例研究地區之影響 演算與探討 降雨預報資料蒐集 案例研究 颱洪事件選擇 即時降雨—地表逕流演算 街道水流深度演算 淹水深度預警 預警時間分析 安裝地區 水位資料 智慧型水尺 流域積淹水 預警減災 國內外相關研究蒐集 排水系統 防洪建造物 重要街道 地形與地貌 土地利用 地文資料 完成預警模式與減災調適技術整合之規劃 大型滯蓄洪設施以預警 模式與動態即時演算 串連整合控制排放量 以街道水深研判預警 啟動避災 救援應變機制之防災 智慧城市 可行性初步研究 逕流分擔及出流管 制之減災調適技術 可行性研究 探討與研究
第二章 蒐集資料與文獻分析
在進行研究區域淹水模擬演算之前，需先蒐集地文性淹排水模式之演算研究區域水文及 地文之相關資料，以建置模式輸入檔及演算格網佈置。本研究之研究案例區域選定與相關資 料蒐集、與本研究相關之文獻蒐集與分析說明如下。第一節 研究案例選定及資料蒐集
經濟部水利署為因應未來水資源科技政策，於 106 年開始推動「智慧水管理產業創新發 展計畫」，主要包含多個面向如智慧防汛、智慧灌溉、地下水及水庫智慧管理等，其中選定臺 南市執行「智慧防汛網建置計畫」。臺南市 37 區中，仁德區為易淹水區域，臺南市政府為減 緩仁德區淹水情形，建設有仁德滯洪池、港尾溝滯洪池等滯蓄洪設施，行政區範圍內有溫馨 護理之家、慈心護理之家、慈祥護理之家、臺南市私立祥允泰護理之家、臺南市私立聖祐護 理之家等 5 間護理之家與保安工業區等保全對象，因此本研究選定臺南市仁德區為案例研究 區域，案例研究區域之地理位置如圖 2-1 所示。 圖 2-1 研究區域內水門分布圖本計畫研究案例區域為臺南市仁德區，其中行政區範圍及其鄰近區域內有兩條中央管河 川，分別為鹽水溪及二仁溪，因此模式進行降雨逕流模擬時，為考慮越域水流造成之影響， 以鹽水溪流域及二仁溪流域作為模擬演算區域，並蒐集其水系概況、水文、地文等相關資料 分述如下。
壹、 水系概況
鹽水溪主流發源於臺南市龍崎區大坑尾中央山脈南部，向西流經龍崎區、關廟區後，於 歸仁區轉北流至新市區，與支流那拔林溪及虎頭溪排水匯合後再轉西南經永康區，於安南區 匯入鹽水溪排水後流入臺灣海峽，主流全長約 41.3 公里，流域面積約 343.17 平方公里。上游 自發源地至新南北寮橋屬山區型河川，河道受兩岸山地侷限蜿蜒於山谷中；中游新南北寮橋 至豐化橋屬淺山河川，平均坡降約 1/700；下游豐化橋至河口為典型平地河川，平均坡降約為 1/3000。 二仁溪北邊於鹽水溪流域相鄰，主流發源於於高雄市內門區木柵村山猪湖山，自北往南 流經內門盆地後，穿行於丘陵山谷間至崗山頭地區而後再蜿蜒西行，於高雄市茄萣區白沙崙 與臺南市南區喜樹之間流入臺灣海峽，主流全長約 61.2 公里，流域面積 339.2 平方公里。中 上游木柵至崇德橋河段平均坡度為 1/323；下游崇德橋至河口，平均坡度為 1/3,500，流域位 置如圖 2-2 所示。貳、 水文資料
水文資料包括雨量、水位、流量及潮位等，降雨歷程作為本研究地文性淹排水模式之演 算輸入水文條件，潮位歷程為模式下游邊界條件，水位及流量則可供模式進行檢定與驗證之 用。本計畫研究區域內設置有許多水文記錄測站，包括雨量測站、記錄水位、流量等水文測 站及潮位測站等，分別說明如下。 一、 雨量 本計畫蒐集研究區域內所有中央氣象局及水利署所轄測站之雨量資料總計 24 站，其中氣 象局 20 站，水利署 4 站，各雨量測站之基本概況及分布位置如表 2-1 及圖 2-3 所示。表2-1 研究區域內雨量站概況表 站名 站號 主管機關 TWD97_X TWD97_Y 記錄時間 備註 467410 臺南 氣象局 168476 2543751 1897~迄今 467420 永康 氣象局 171773 2548739 1947~迄今 C0O900 善化 氣象局 178013 2556958 1988~迄今 C0O950 安南 氣象局 162389 2553033 1992~迄今 原站號為C1O95 C0O960 崎頂 氣象局 185325 2539937 1992~迄今 原站號為C1O96 C0O970 虎頭埤 氣象局 183161 2546802 1992~迄今 原站號為C1O97 C0O980 新市 氣象局 178088 2551277 1992~迄今 原站號為C1O98 C0O990 媽廟 氣象局 177569 2543550 1992~迄今 原站號為C1O99 C0V360 內門 氣象局 195330 2541669 1992~迄今 原站號為C1V360 C0V370 古亭坑 氣象局 188639 2532582 1992~迄今 C0V530 阿蓮 氣象局 181000 2531507 2012~迄今 原站號為C1V530 C0V640 湖內 氣象局 172486 2531980 2013~迄今 C0X100 臺南市北區 氣象局 167400 2545662 2013~迄今 C0X110 臺南市南區 氣象局 166775 2540217 2013~迄今 C0X150 安定 氣象局 170898 2555854 2013~迄今 C0X160 仁德 氣象局 173886 2540965 2013~迄今 C0X170 關廟 氣象局 181071 2540344 2013~迄今 C0X180 山上 氣象局 184766 2552808 2013~迄今 C0X190 安平 氣象局 163084 2543781 2013~迄今 C1N001 沙崙 氣象局 179170 2537307 1992~迄今 原站號為C1N000 01N860 崎頂 水利署 184354 2540549 1973~迄今 01O710 虎頭埤 水利署 182064 2547285 1980~迄今 01P190 木柵 水利署 195350 2541692 1959~迄今 01P280 古亭坑 水利署 188908 2532538 1980~迄今 (資料來源：中央氣象局、水利署地理資訊倉儲中心)
圖 2-3 研究區域內雨量站分布圖 二、 水位及流量 鹽水溪及二仁溪流域範圍內現存之水位站共有 64 站，其中屬於水利署架設有 12 站，臺 南市政府架設有 52 站。其中鹽水溪新市站、二仁溪南雄橋(阿蓮(2))及崇德橋等 3 站亦同時記 錄流量資料，各水文測站之基本概況及分布位置如表 2-2 及圖 2-4 所示。 表2-2 研究區域內水位站概況表 站名 站號 流域 主管機關 X Y 紀錄年份 南雄橋(阿蓮(2)) 1660H009 二仁溪 第六河川局 182140 2532204 1991~迄今 崇德橋 1660H010 二仁溪 第六河川局 184551 2530661 1984~迄今 39號二仁溪橋 1660H011 二仁溪 第六河川局 177980 2533506 2011~迄今 二層行橋 1660H012 二仁溪 第六河川局 170580 2535231 2012~迄今 華醫大橋 1660H013 二仁溪 第六河川局 172771 2540091 2012~迄今 灣裡抽水站水門 W1770202 二仁溪 臺南市政府 166138 2535520 2012~迄今 網寮橋 W1771002 二仁溪 臺南市政府 173161 2544320 2014~迄今 文化站 W1771004 二仁溪 臺南市政府 173577 2545910 2016~迄今 五甲教養院旁箱涵橋 W1771101 二仁溪 臺南市政府 176885 2539300 2013~迄今 五空橋 W1771701 二仁溪 臺南市政府 170147 2536450 2012~迄今 洋子下橋 W1771702 二仁溪 臺南市政府 172362 2539630 2012~迄今 鯽潭橋 W1771703 二仁溪 臺南市政府 173155 2543490 2012~迄今 大甲橋 W1771704 二仁溪 臺南市政府 167825 2535980 2012~迄今
站名 站號 流域 主管機關 X Y 紀錄年份 港尾溝溪水門內水位 W1771705 二仁溪 臺南市政府 171197 2535540 2012~迄今 港尾溝溪水門外水位 W1771706 二仁溪 臺南市政府 171197 2535540 2012~迄今 港尾溝台86線下橋 W1771707 二仁溪 臺南市政府 174279 2537140 2012~迄今 港尾溝溪分洪口 W1771708 二仁溪 臺南市政府 173804 2536430 2015~迄今 港尾溝溪分洪匯流口 W1771709 二仁溪 臺南市政府 174873 2533750 2015~迄今 仁德滯洪北池 W1771710 二仁溪 臺南市政府 172830 2540650 2015~迄今 仁德滯洪南池 W1771711 二仁溪 臺南市政府 172802 2540200 2015~迄今 萬代橋 W1771712 二仁溪 臺南市政府 173004 2541390 2015~迄今 蘇厝橋 W1774501 曾文溪 臺南市政府 173265 2558430 2012~迄今 曾文溪排水無名橋 — 曾文溪 臺南市政府 164082 2547190 2013~迄今 新市 1650H006 鹽水溪 第六河川局 175903 2550925 1991~迄今 永安橋 1650H008 鹽水溪 第六河川局 172030 2550224 2011~迄今 安順橋 1650H009 鹽水溪 第六河川局 169431 2547764 2011~迄今 第十號橋 1650H010 鹽水溪 第六河川局 163506 2550685 2011~迄今 仁愛橋 1650H011 鹽水溪 第六河川局 170582 2551599 2011~迄今 中正橋 1650H012 鹽水溪 第六河川局 169613 2546626 2011~迄今 新灣橋 1650H013 鹽水溪 第六河川局 176415 2546788 2011~迄今 喜樹抽水站 W1770201 鹽水溪 臺南市政府 165992 2539400 2012~迄今 北辰橋 W1770401 鹽水溪 臺南市政府 169394 2546690 2014~迄今 民生截流站 W1770801 鹽水溪 臺南市政府 167213 2544040 2014~迄今 顯宮橋 W1770901 鹽水溪 臺南市政府 161756 2550610 2012~迄今 濱海橋 W1770902 鹽水溪 臺南市政府 165303 2547140 2012~迄今 怡安培安路口 W1770903 鹽水溪 臺南市政府 169277 2549020 2012~迄今 鹽水溪橋 W1770904 鹽水溪 臺南市政府 167235 2546750 2012~迄今 安清城南路口 W1770906 鹽水溪 臺南市政府 160291 2550220 2013~迄今 城西橋 W1770907 鹽水溪 臺南市政府 156584 2550740 2013~迄今 總安橋 W1770910 鹽水溪 臺南市政府 168991 2550400 2014~迄今 永康排水分洪口 W1771001 鹽水溪 臺南市政府 173472 2550030 2012~迄今 永康排水分洪閘門 W1771003 鹽水溪 臺南市政府 173516 2550790 2014~迄今 穗芳橋 W1771201 鹽水溪 臺南市政府 179532 2548980 2013~迄今 牛稠橋 W1771202 鹽水溪 臺南市政府 179376 2550600 2013~迄今 新豐1號橋 W1771203 鹽水溪 臺南市政府 181268 2546990 2013~迄今 帝溪橋 W1771206 鹽水溪 臺南市政府 179732 2548580 2016~迄今 北新大橋 W1771801 鹽水溪 臺南市政府 181638 2540830 2014~迄今 新市橋 W1774401 鹽水溪 臺南市政府 177495 2551770 2013~迄今 港口橋 W1774502 鹽水溪 臺南市政府 171873 2554400 2012~迄今 永康排水出水口 — 鹽水溪 臺南市政府 171360 2549500 2017~迄今 海西抽水站旁箱涵橋 — 鹽水溪 臺南市政府 165020 2548950 2017~迄今 海尾滯洪池 — 鹽水溪 臺南市政府 165706 2548700 2014~迄今 (資料來源：水利署地理資訊倉儲中心、臺南市水利局地理資訊平台)
圖 2-4 研究區域內水文站分布圖 三、 潮位 在海象資料部分，本計畫亦蒐集鹽水溪及二仁溪河口周圍潮位資料，潮位測站之概況及 分布位置如表 2-3 及圖 2-4 所示。 表2-3 研究區域內潮位站概況表 站名 站號 主管機關 TWD97_X TWD97_Y 位置 四草 11781 水利署 158977 2547143 鹿耳門溪 四草漁港出口 安平港 H0102 港灣技術研究中心 165386 2542148 安平港口 (資料來源：水利署地理資訊倉儲中心、港灣環境資訊網)
參、 地文資料
一、 地形地勢 研究區域內鹽水溪及二仁溪流域之高程，大致上皆為東向西遞減，除了臺南市新化 區、龍崎嶇及高雄市田寮區及內門區地勢較高達 50 公尺以上，其餘地區高程皆為小於50 公尺的平原地區，沿海地區高程，高程分布情形詳如圖 2-5。 圖 2-5 研究區域內數值高程圖 二、 交通系統 研究區域聯外交通路線發達，除了高鐵及台鐵之外，尚有國道一號公路(中山高速公 路)、國道三號公路(南部第二高速公路)、台 86 線(東西向快速道路)、台 1 線、台 3 線、 台 17 線、台 19 線、台 20 線及市區道路等聯外道路，交通路網分布情形如圖 2-6 所示。
圖 2-6 研究區域內交通路網圖 三、 土地利用 根據內政部營建署國土測繪中心民國 96 年國土利用調查資料，研究區域範圍內土地 利用以農業用地為主，主要分布在鹽水溪流域及二仁溪流域中下游，約佔全區面積 38.87%；其次為森林用地，主要集中在二仁溪中上游，約佔全區面積 22.52%；第三則為 建築用地，主要集中在舊臺南市區及永康區、仁德區及新營區，約佔全區面積 13.65%， 其餘各土地利用之比例及分布情形如表 2-4 及圖 2-7 所示。 表2-4 研究區域土地利用概況表 土地利用分類 面積(平方公里) 比例(%) 農業用地 306.32 38.87 森林用地 177.49 22.52 交通用地 55.67 7.06 水利用地 28.52 3.62 建築用地 107.60 13.65 公共用地 14.45 1.83 遊憩用地 15.23 1.93 礦鹽用地 0.97 0.12 其他用地 81.88 10.39
圖 2-7 研究區域內土地利用概況圖 考量到環境的快速變化及實際需求，本計畫蒐集內政部國土測繪中心於 105 年更新之土 地利用調查資料，以了解研究區域範圍內的土地利用情形。分析仁德區更新前後之土地利用 情形可知，相較 96 年與 105 年調查成果可發現農業用地減少約 8%、其他用地減少約 1%， 主要變更為交通、水利、公共及建築使用，各項用地變化及分布情形如表 2-5 及圖 2-8、圖 2-9 所示。 表2-5 仁德區土地利用變化表 土地利用分類 96年調查成果 105年調查成果 面積(平方公里) 比例(%) 面積(平方公里) 比例(%) 農業用地 22.22 44.06 18.10 35.90 森林用地 3.59 7.13 3.64 7.21 交通用地 4.26 8.44 6.49 12.88 水利用地 1.51 2.99 2.35 4.65 建築用地 11.00 21.80 11.63 23.07 公共用地 1.08 2.14 2.02 4.01 遊憩用地 0.80 1.58 0.89 1.77 礦鹽用地 0.13 0.25 0.04 0.07 其他用地 5.85 11.60 5.27 10.45
圖 2-8 仁德區土地利用概況圖(96 年)
四、 水利設施 研究區域內之水利設施依防洪構造物、水門、抽水站、滯蓄洪設施分別說明如下。 (一) 防洪構造物 鹽水溪現有防洪構造物，左岸計有安平堤防、鄭子寮堤防、鹽行堤防、三民堤防、車行 堤防等；而右岸計有四草堤防、溪心寮堤防、安順堤防、大洲堤防、北勢堤防等，共計 36,271 公尺。 二仁溪現有防洪構造物，左岸計有圍子內堤防；右岸計有灣裡堤防及大甲堤防，共計 3,758 公尺，各防洪構造物詳如表 2-6 所示。 表2-6 研究區域防洪構造物一覽表 流域 岸別 堤防名 長度 鹽水溪 左岸 安平堤防 2,680 鄭子寮堤防 5,611 鹽行堤防 3,460 三民堤防 3,555 車行堤防 1,603 右岸 四草堤防 770 溪心寮堤防 8,599 安順堤防 3,950 大洲堤防 2,869 北勢堤防 3,174 小計 36,271 二仁溪 左岸 圍子內堤防 1,776 右岸 灣裡堤防 1,086 大甲堤防 896 小計 3,758 (資料來源：「臺南市淹水潛勢圖(第二次更新)」，經濟部水利署水利規劃試驗所，民國 104 年) (二) 水門 研究區域內水門資料共計 1,695 筆，其中位於鹽水溪流域內計有 409 筆，二仁溪流域內 計有 1,286 筆，水門分布位置如圖 2-10 所示。
圖 2-10 研究區域內水門分布圖
(三) 抽水站
研究區域內共設有 169 站抽水站，其中包含固定式抽水站 31 站及移動式抽水站 138 站， 分布位置如圖 2-11 所示。固定式抽水站之概況如表 2-7 所示，統計總抽水量 401.35cms。
表2-7 研究區域內固定式抽水站概況表 抽水站名稱 TWD97 X TWD97 Y 抽水量 (cms) 機組數量 總抽水量 (cms) 安定抽水站 172253 2558469 2.5 2 5 坐駕抽水站 177167 2556207 2.4 2 4.8 三舍抽水站 177356 2555342 2.4 2 4.8 豐華抽水站 173576 2554038 1 3 3 大洲抽水站 174160 2552519 2 3 6 新市簡易抽水站 176459 2553489 2 0.5 2 2 5 社內抽水站 175813 2553094 3 4 12 保安抽水站 171140 2535646 8 6 48 港尾溝抽水站 171057 2535490 0.6 8 4.8 永康抽水站 170924 2549262 8 5 40 三崁店抽水站 172478 2550485 4 3 12 灣裡抽水站 166090 2535529 6.6 3 19.8 北安抽水站 167915 2546710 8 4 32 安平抽水站 164029 2544311 2.6 1 4 4 14.4 鯤鯓抽水站 165205 2540231 2 4 8 喜樹抽水站 165990 2539416 5 5 25 鹿耳門抽水站 159959 2548653 3 4 12 文賢抽水站 166499 2545976 4 4 16 A抽水站 163879 2549507 3.5 2 7 B抽水站 164773 2548976 2.5 2 5 C抽水站 165020 2548953 2.5 2 5 D抽水站 165244 2549776 2.5 2 5 E抽水站 166112 2548686 1.5 2 3 永康東抽水站 170981 2549342 8.5 3 25.5 永康分洪抽水站 173525 2550778 4 8 32 田厝抽水站 171753 2537821 4.5 2 9 和順寮抽水站 171992 2551019 2 2 4 正義抽水站 173148 2541671 2 3 6 土庫抽水站 173056 2542567 4.5 3 1 2 10.5 崑山科大抽水站 173178 2544129 1 3.25 2 4 3 1 15.75 二層行抽水站 169859 2536339 0.5 2 1 九份子十目寮抽水站 166940 2547846 - 10 32 (資料來源：臺南市政府資料開放平台)
圖 2-11 研究區域內抽水站分布圖 (四) 滯蓄洪設施 1. 滯洪池 研究區域內共有 18 處滯洪池，總滯洪量為 441.19 萬噸，其中鹽水溪流域有 15 處， 主要集中在新市區的南部科學工業園區，二仁溪流域則有 3 處，皆位於仁德區，各滯洪 池之概況及分布位置如表 2-8 及圖 2-12 所示。
表2-8 研究區域內滯洪池概況表 名稱 TWD97 X TWD97 Y 滯洪量 (萬頓) 呆水位 (m) 滿水位 (m) 抽水機 (組) 抽水量 (cms) 閘門數 三舍滯洪池 抽水站 177419 2555441 13.48 1.50 5.00 2 4.80 2 永康分洪 滯洪池 173589 2550583 5.46 1.80 5.10 2 8.00 0 立德滯洪池(一) 163335 2550883 3.87 0.80 3.20 0 0.00 2 立德滯洪池(二) 164129 2551284 3.65 0.30 3.10 0 0.00 2 南科滯洪池A(道爺湖) 176135 2555464 13.36 1.20 5.30 0 0.00 1 南科滯洪池B(霞客湖) 175380 2556230 43.94 1.20 5.50 0 0.00 1 南科滯洪池C(三抱竹湖) 175076 2557409 16.91 2.20 6.00 0 0.00 1 南科滯洪池D(迎曦湖) 176644 2554094 30.00 2.50 6.00 5 20.00 2 南科滯洪池E1(安定湖) 174549 2556974 47.94 1.50 6.50 0 0.00 5 南科滯洪池E2(舒湖) 175131 2556085 10.04 1.70 6.00 0 0.00 3 南科滯洪池F(堤塘湖) 174910 2554811 38.05 1.00 5.00 0 0.00 5 座駕滯洪池 177283 2556370 15.03 1.50 5.00 2 4.80 2 國立臺灣歷史博物館滯洪 池 171836 2551177 0 0.00 2 樹谷滯洪池3(曼陀林湖) 173478 2554994 0 0.00 2 樹谷滯洪池5 174767 2555103 0 0.00 1 仁德滯洪池(北池) 172931 2540770 9.6 0 0.00 1 仁德滯洪池(南池) 172927 2540404 43 0 0.00 1 港尾溝滯洪池 171291 2535333 30 12 6.00 2 (資料來源：臺南市政府資料開放平台)
2. 水庫堰壩 研究區域內共有 2 座水庫皆位於鹽水溪流域，分別為鹽水埤水庫和虎頭埤水庫，根 據 2 座水庫運用要點，鹽水埤水庫水位超過 31.6 公尺時，由緊急溢洪道自然溢流；虎頭 埤水庫水位超過 36.4 公尺時，由緊急溢洪道自然溢流。 (五) 智慧型水尺 過去於颱風豪雨期間蒐集淹水資訊之普遍做法為水利署各河川局或縣市政府消防局建立 一水情通報平台供民眾通報，常發生民眾對淹水情形描述與實際淹水狀況之落差及無法量化 淹水情形之缺點。近幾年來，經濟部水利署致力研發並推動智慧型水尺，智慧型水尺為一種 以電腦視覺及影像處理為基礎的水尺，水尺樣式如圖 2-13 所示。除了以不同顏色表示不同程 度的水深，如藍色(0~5 公分)、黃色(5~30 公分)、橙色(30~50 公分)、紅色(>50 公分)，亦可利 用水尺上方定位點及右方黑色方格進行影像判讀，即可在短時間內得到該處的水深。 一般民眾可下載並安裝水情通報 APP，手動拍攝及上傳淹水地區之水尺照片，該水尺照 片除可供防汛人員以視覺進行人工判讀之外，亦可透過電腦影像處理辨識淹水深度以建立具 空間資訊之淹水水情資訊，可迅速反應淹水狀況以利後續研判及進行救災相關作業，並改善 以往無法快速且大量蒐集淹水資訊的缺點。 本研究蒐集臺南市智慧型水尺設置地點共 25 處，本計畫選定之案例研究區域─仁德區設 置智慧型水尺計有 5 處，如表 2-9 所示。 除了智慧型水尺外，水利署近年研發及推動之自動化淹水感測技術整合，其架構如圖 2-14 所示，不同感測方式之感測設備列如表 2-10。本計畫蒐集民國 107 年 0823 豪雨期間，位於仁 德區一甲里之自動化淹水連續式感測淹水深度歷程如圖 2-15 所示，由此淹水深度歷程之記錄 可知淹水水深最大約為 72 公分。
表2-9 智慧型水尺設置位置表 水尺編號 水尺實體位置 7011 臺南市仁德區裕義路與太子路路口陸橋下方 7021 臺南市南區清水路222號 7081 臺南市安平區慶平路573號 7091 臺南市安南區安中路一段902號(安中路與同安路口) 7092 臺南市安南區海中街101巷10號(朝皇宮) 7093 臺南市安南區塩田里本田路3段81巷巷口附近 7101 臺南市永康區大灣路942巷271弄與194弄弄口 7102 臺南市永康區大灣路1102巷4-2號 7121 臺南市新化區知義里新和庄8之4號 7171 臺南市仁德區一甲村太乙三街92號 7172 臺南市仁德區一甲村太乙路78號 7173 臺南市仁德區行大街26號 7174 臺南市仁德區中正西路353巷22號 7181 臺南市關廟區仁愛路51號 7211 臺南市麻豆區埤頭里永安宮附近 7231 臺南市西港區文化路19號 7241 臺南市七股區龍山社區(七股龍山宮池府千歲) 7242 臺南市七股區龍山里72號 7251 臺南市將軍區廣山里61號 7271 臺南市北門區錦湖里75號錦湖國小 7301 臺南市新營區五興里五間厝156號 7311 臺南市後壁區新嘉里153之68號附近(陳宅)離慈惠寺約100m 7361 臺南市柳營區八老爺70號(重興宮) 7421 臺南市大內區瀨子石122之85號 7441 臺南市新市區永就里135號 (資料來源：經濟部水利署第六河川局)
(資料來源：經濟部水利署第六河川局)
圖 2-13 智慧型水尺樣式、裝設地點及水情通報示意
(資料來源：水利防災資訊警戒系統應用技術之研發)
表2-10 感測設備比較表 感測方式 裝設點 傳輸方式 反應時間 感測點 適用區域 交接箱 緊鄰交接 SNMP 網管 約10分 2 緊鄰交接箱 銅纜式 距機房7km 信號傳送 接收器(頻率) 約1分內 3 感測區集中 熱線式 距機房7km 電話熱線 10秒內 3(可調整) 隨機式 連續式 距機房7km 信號傳送 接收器(氣壓) 約1分內 連續 感測區集中 圖 2-15 0823 豪雨期間自動化淹水感測器回傳水深歷程 (資料來源：經濟部水利署防災中心)
第二節 文獻分析
蒐集與本研究相關之文獻後進行分析，依淹水預報、洪水預報及減災措施等相關研究分 別說明如下。壹、 淹水預報相關研究
淹水預報可分為因河流洪水溢越堤防或河岸引起之氾濫積淹，以及沖積平原上雨水逕流 渲洩不暢引起的積淹。前者為外水溢淹，後者為內水漫淹，本研究主要探討都市內水引致之 積淹水，因都市地區之內水積淹現象會受外水影響，上述外水、內水預報及沿海淹水潛勢之 相關研究整理分述如下。一、外水溢淹預報
1971 年美國國家氣象局發展非線性概念式降雨逕流演算為基礎之河川預報系統(The National Weather Service River Forecast System, NWSRFS)在美國有廣泛的討論與應用，例如 1980 年 Kitanidis 等人以 6 小時之即時流量與降雨資訊，預報前導時間 6 ,12 ,18 ,24 ,30 與 36 小時之流量，並討論模式與觀測資料之誤差(Kitanidis and Bras, 1980)，Georgakakos 與 Bras 應 用於美國 Oklahoma 州的 Bird Creek 流域，以 6 小時之流量紀錄，演算 1959 年 5 月及 7 月前 導時間 6 小時之預報流量(Georgakakos and Bras, 1982)。
1987 年 Georgakakos 發展一即時洪水預報模式，以更新模式狀態變數估計結合定量區域 雨量預報、逕流產出水文模式與非線性水庫型洪水演算，應用於美國 West Virginia 州的 Tug Fork 集水區之前導時間 3 小時之洪水位預報(Georgakakos, 1987)。1995 年 Georgakakos 續以有 更新與無更新演算進行測試比較，以 1994 年 12 月 Illinois River, Blue River 與 Glover Creek 流域測試，與尖峰流量實測資料比對顯示有更新演算有較好的結果(Georgakakos, 1995)。Horritt 與 Batesm 應用 HEC-RAS、LISFLOOD-FP 與 TELEMAC-2D 等 3 種模式進行洪水預報比較 (Horritt and Bates, 2002)。2002 年 Jasper 等人應用一分佈型集水區模式 WaSiM-ETH(Water Flow and Balance Simulation Model)預報集水區逕流歷線(Jasper et al., 2002)。
歐洲應用區域性的數值天氣預報模式(Numerical Weather Prediction models)於適當空間尺 度之水文預報，饋入水平衡與降雨逕流模式 LISFLOOD 發展歐洲洪水預報系統(European Flood Forecasting System, EFFS)以進行洪水預報，以 Meuse 河流域 1995 年 1 月之洪水事件測 試 EFFS 之效能(De Roo et al., 2003)，Werner 等以 1995 年 Rhine 河流域降雨事件進行歐洲洪 水預報系統 EFFS(European Flood Forecasting System)之預警(pre-warning)測試(Werner et al., 2005a)。Madsen 與 Skotner 發展一有效的誤差參數修正技術併入 MIKE 11 即時洪流預報系統， 應用於菲律賓馬尼拉地鐵的即時洪水預報系統操作設置(Madsen and Skotner, 2005)。
Calvo 與 Savi 建立一前導時間 12 小時之概念型即時洪水預報模式，並以義大利羅馬 Tiber 河流域 3 場歷史洪水事件測試，同時為評估預報之準確性與降低錯誤警報之可能性，以蒙地 卡羅方法計算預報水位或流量之信賴區間(Calvo and Savi, 2009)。Habert 等人以建立在一維水 力模式之擴展卡門濾波器演算法(Extended Kalman Filter, EKF)進行流量資料同步之即時洪水 預報，在假設側流邊界條件與模擬流量之關係為線性的條件下，應用於法國 Marne 河流域，
並整合應用於 SCHAPI (Service Central d'Hydrométéorologie et d'Appui à la Prévision des Inondations, SCHAPI)即時洪水預報平台(Habert et al., 2012)。
利用雨量以單位歷線求得流量進行小流域洪水預報之研究，如 1975 年林景行以單位歷線 探討蘭陽溪流域之洪水預報，1976 年謝新春應用瞬時單位歷線探討大漢溪上游之洪水預報， 陳榮光應用單位歷線、劉瑞宗應用瀦蓄函數法於急水溪流域等。大流域洪水預報方面，1980 年顏清連等人研擬淡水河之洪水預報系統，1983 年蔡長泰等人建立濁水溪洪水預報系統，以 集水區降雨逕流模式計算流量歷線，再以變量流模式進行河道洪流演算(蔡長泰、顏沛華、盧 炳堃，1983)。臺灣於 1977 年建立的淡水河洪水預報系統原也是水文集水區模式(顏清連，1998； 顏清連、何興亞，2001)，歷經研發改進成為淡水河即時洪水預測模式(Real Time Flash Flood Forecasting Model, REFOR)，包括潮汐預測、雨量預測、水文降雨逕流模擬、河川變量流模式 (Hsu et al., 2003; Hsu et al., 2006)。
陳明仁以河道變量流 FRLFI 模式進行前導時間 1 至 6 小時之即時河川洪水位預報，以統 計方法用水位站實測水位修正預報水位，並可預報前導時間 1 至 3 小時之洪水位超過警戒水 位之機率(陳明仁，1999)。陳昶憲等人以歷史流量紀錄用類神經網路進行集水區洪水流量預 報並應用於烏溪流域(陳昶憲 等，1996)。黃尹龍以倒傳遞類神經網路建置洪水預測模式，利 用烏溪流域上游測站流量資料推估下游測站流量(黃尹龍，2001)。Hsu 等人發展臺灣淡水河驟 發洪水演算模式，以即時觀測之河川水位做為內部洪水演算之邊界條件以校正計算之即時流 況(Hsu et al., 2003)。潘宗毅結合類神經網路與線性動態系統，發展一降雨逕流預報模式，以 基隆河流域五堵上游集水區之多場颱風暴雨為檢定驗證實例(潘宗毅, 2004)。 經濟部水利署之河川(外水)溢淹預警，係依水位等級分為一級、二級、三級警戒水位， 以做為防汛、救災單位啟動作業之依據(行政院，2011)；葉克家等人依河川特性分析河川水位 上漲速率，配合河川水位即時監測系統測得之即時水位，建議河川警戒水位，以進行河川溢 淹預警(陳明仁 等，2007；葉克家、陳明仁，2001；葉克家、陳明仁，2008)。傅金城等人利 用倒傳遞類神經網路建立降雨-水位預報模式，以預報河川水位配合中央管河川警戒水位建立 水位-淹水預報模式(傅金城 等，2010)。黃鵬豪以定量降水估計(Quantitative Precipitation Estimation, QPE)進行位移處理後假設其為定量降水預報(Quantitative Precipitation Forecasting, QPF)，估算雷達平均雨量隨時間之變化率進而推測地面雨量作為預報雨量，進行前導時間 1 至 3 小時之雨量-水位預報模式(黃鵬豪，2008)。陳憲宗與游保杉以支撐向量機建立洪水位預
得到預報水位之機率分布函數，應用於蘭陽溪之蘭陽大橋測站，提供前導時間 1 至 6 小時之 即時洪水水位機率預報(陳憲宗、游保杉，2007)。鍾世豐應用類神經網路預報上游邊界與河 道內洪水位，並用水文監測資料即時修正洪水預報之初始值，進行前導時間 1 至 3 小時之河 道洪水位預報(鍾世豐，2007)。將 QPESUMS 雷達格網銜接至地面雨量站，以類神經網路預 測地面降雨、一維變量流動力波模式，建立淡水河河川洪水預報模式(蔡孟原，2009)。 二、內水溢淹預報 2000 年 Yates 等人應用雷達降雨預報預報技術預報雨量並輸入分佈型水文模式模擬 Buffalo Creek 集水區之洪流量，高解析度的定量降水估計可提升分佈型水文模式在複雜地形 預報驟發洪水之能力(Yates et al., 2000)。以定量降水預報之雨量與類神經網路預報之潮位輸入 一維模式，於 3 天前進行洪水預報，視需求每天發出警報，評定結果顯示洪水預警中心(Flood Forecasting and Warning Center, FFWC)的洪水預報可以滿足孟加拉對於洪水預報的需求 (Chowdhury, 2000)。Dolciné 等人認為雷達降雨預報技術可提供適合水文模式演算所需之預報 降雨空間分佈，故發展一結合降雨預報之即時洪水預報模式，應用於法國南部的 Gardon d’Anduze 流域，結合雷達衛星與地面氣象觀測資料進行小時降雨率預報，並饋入降雨逕流模 式以分析比較不同前導時間，不同降雨預報方式之結果(Dolcine et al., 2001)。Vieux 與 Bedient 測試高度都市化區域洪水預報系統的不確定性，以 2001 年 6 月發生之熱帶風暴 Allison 與其 他事件做為檢定與驗證用於洪水預報之分佈型水文模式(Vieux and Bedient, 2004)。
吳書幃應用 QPESUMS 整合雷達觀測降雨系統資料於零慣性項二維漫地流淹水模式，以 2005 年八掌溪流域 0612 豪雨及海棠颱風事件做為測試(吳書幃，2007)。Chang 以線性迴歸模 型與類神經網路建立區域洪水淹水預報模式，提供前導時間 1 小時之淹水地圖，並以彰化縣 大村鄉測試預報模式之實用性與效能(Chang et al., 2010)。巫孟璇整合以 QPESUMS 預報雨量 與地文性淹排水模式，發展前導時間 3 小時之地文性淹水即時預報模式，並以臺灣西南部之 曾文溪與鹽水溪之間，面積約 1,138 平方公里之區域為研究範圍，以 2010 年凡那比颱風之淹 水現象進行預報測試，計算各格區之淹水深度歷線(巫孟璇，2013)。
三、沿海淹水潛勢預報
Madsen and Jakobsen 以預測之氣壓及風場輸入二維水動力模式以得到氣旋引致之暴潮位 與洪水，並應用於孟加拉北部海灣之洪水預報，此洪水預報系統可在氣旋登陸前 24 小時預報 洪水(Madsen and Jakobsen, 2004)。Doong 等人以 NOAA WAVEWATCH III (NWWIII)模式模擬
東亞地區大尺度波浪，SWAN 模式預測區域波高，POM 模式預測暴潮位，再應用上述資料以 The Coastal Flooding Early Warning System (CoFEWs)針對暴潮是否越過海堤進行洪水預警，並 應用於海棠颱風期間臺灣沿海之洪水預警(Doong et al., 2012)。
貳、 洪水預報系統相關研究
The Delft-FEWS 預報系統被廣泛的應用於英國、歐洲與巴基斯坦等 40 多個洪水預報中心， 近年臺灣各河川的管理單位亦陸續完成各河川的洪水預報系統建置，如經濟部水利署所轄 10 個河川局，皆已完成洪水預報系統建置，各河川局建置情形如表 2-11 所示。 表2-11 各河川局洪水預報系統建置概況表 管理單位 流域 系統 建置單位 維護單位 一河局 蘭陽溪 DRAINS 防災中心 多采工程顧問 和平溪 DRAINS 一河局 二河局 鳳山溪 FEWS_TAIWAN 水文技術組 工研院 頭前溪 FEWS_TAIWAN 水文技術組 中港溪 FEWS_TAIWAN 水文技術組 後龍溪 FEWS_TAIWAN 水文技術組 三河局 大安溪 DRAINS 三河局 多采工程顧問 大甲溪 DRAINS 防災中心 烏溪 DRAINS 防災中心 四河局 濁水溪 濁水溪逕流測預報系統 四河局 中興工程顧問 五河局 北港溪 DRAINS 五河局 多采工程顧問 朴子溪 DRAINS 五河局 八掌溪 DRAINS 防災中心 急水溪 DRAINS 五河局 六河局 曾文溪 曾文溪水情預警系統 南水局 中興工程顧問 鹽水溪 鹽水溪流域洪水預警系統 六河局 二仁溪 二仁溪流域洪水預警系統 六河局 阿公店溪 阿公店溪流域洪水預警系統 六河局 七河局 高屏溪 DRAINS 防災中心 多采工程顧問 東港溪 DRAINS 七河局 四重溪 DRAINS 七河局 八河局 卑南溪 卑南溪流域洪水預警系統 八河局 中興工程顧問 九河局 秀姑巒溪 DRAINS 九河局 多采工程顧問 花蓮溪 DRAINS 防災中心 十河局 淡水河 REFOR 十河局 多采工程顧問 (資料來源：「系集洪水預報系統資訊整合及加值應用」，經濟部水利署，民國 103 年)及其他自行開發之洪水預報系統分述如下。
一、水利署洪水預報系統(Distributed Run-off And Inundation Nowcast System, DRAINS)
DRAINS 的發展最早可追朔至水利署於民國 93 至 95 年間規劃「洪水預報格網」，透過模 組化、分散展示應用等設計，並整合氣象、水文軟體，建立自動化執行之洪水預報系統 DRAINS。 民國 96 年至 98 年辦理「水文模式與分散式洪水預報系統整合應用計畫」，在原有的基礎上， 強化原有水文模式之功能及整合納入其他水文模式，以完成功能擴充。民國 99 至 100 年辦理 「機率式洪水預報系統之研發」，除了利用多個水文模式建立系集化洪水演算機制並增加溢堤 河段及淹水警戒區之功能。民國 101 年至 102 年更推動「系集降雨預報應用於洪水預報之研 究」，引進氣象單位系集降雨預報成果進行系集河川洪水位預報，根據系集水位演算結果估算 河川水位超過警戒水位的機率，以供河川主管機關參考。DRAINS 可分為降雨、逕流、河川 及水庫等水文過程，各過程所採用的模式及資料如表 2-12 所示。 表2-12 DRAINS採用之模式/外部產品 水文過程 模式/外部產品名稱 產品來源 降雨量 氣象局整合氣象雷達與測站定量降雨預報 (QPESUMS) 中央氣象局 氣候法降雨預報(CLIMATE) 水利署 臺灣颱風洪水研究中心定量降雨系集預報實驗 (TTFRI) 颱洪中心 氣象局WRF作業區域模式(CWBWRF) 中央氣象局 氣象局WRF系及區域模式預報系統(WEPS) 中央氣象局 氣象局系集颱風定量降雨預報(ETQPF) 中央氣象局 降雨逕流 地貌型逕流模式 河川 NewC河川模式 水庫 各水庫洪水時期放流量預報模式 潮位 中央氣象局天文預報潮位 中央氣象局 (資料來源：「系集洪水預報系統資訊整合及加值應用」，經濟部水利署，民國 103 年)
二、臺灣洪水預報早期預警系統(Taiwan Flood Early Warning System, FEWS_TAIWAN)
FEWS_TAIWAN 是經濟部水利署與荷蘭 Deltares 共同開發之系統，利用 Delft-FEWS 為 核心，針對台灣水文及地文條件進行客製化的水利模式作業平台，從民國 94 年開始陸續完成 鳳山溪、頭前溪、中港溪及後龍溪等四條中央管河川，並且持續更新維護使用至今，
表2-13 FEWS_TAIWAN採用之模式/外部產品 水文過程 模式/外部產品名稱 產品來源 降雨量 氣象局整合氣象雷達與測站定量降雨預報 (QPESUMS) 中央氣象局 氣候法降雨預報(CLIMATE) 水利署 氣象局WRF作業區域模式(CWBWRF) 中央氣象局 氣象局WRF系及區域模式預報系統(WEPS) 中央氣象局 氣象局系集颱風定量降雨預報(ETQPF) 中央氣象局 降雨逕流 SOBEK model 河川 SOBEKmodel 水庫 各水庫洪水時期放流量預報模式 潮位 中央氣象局天文預報潮位 中央氣象局 (資料來源：「系集洪水預報系統資訊整合及加值應用」，經濟部水利署，民國 103 年)
三、淡水河即時洪水預報系統模式(Real Time Flash Flood Forecasting Model，REFOR)
淡水河流域為全台灣最早開始發展預報系統的地區，最早可追溯到民國 66 年，為配合台 北地區防洪計畫而建置，當時主要功能為即時接收流域內雨量及水位等觀測資為主，河川水 位預測為輔。而後民國 82 年台灣省水利局委託日本河川情報中心進行洪水預報系統更新改善 規劃，包含軟體及硬體更新，並建議採用河川變量流模式進行河道模擬。民國 85 至 87 年委 託台灣大學研發「淡水河整體洪水預報系統」，並於民國 89 年開始使用，但因該模式須以人 工方式逐步操作，因此便利性略顯不足，因此民國 91 年再次委託台灣大學完成「基隆河洪水 預報系統」，並改善「淡水河整體洪水預報系統」。民國 92 年第十河川局以前述兩套系統為基 礎，自行開發「淡水河即時洪水預報系統模式(REFOR)」，並於民國 93 年開始使用至今，REFOR 模式包含河口潮位預測、雨量預測、降雨逕流模擬及河川變量流模擬，且能將成果圖表化， 使得洪水預報工作更有效率，REFOR 模式各水文過程所採用的模式及資料如表 2-14 所示。 表2-14 REFOR採用之模式/外部產品 水文過程 模式/外部產品名稱 產品來源 降雨量 氣象局整合氣象雷達與測站定量降雨預報 (QPESUMS) 中央氣象局 氣候法降雨預報(CLIMATE) 水利署 台灣颱風洪水研究中心定量降雨系集預報實驗 (TTFRI) 颱洪中心 氣象局系集颱風定量降雨預報(ETQPF) 中央氣象局 降雨逕流 水筒模式 河川 NewC河川模式
