淹水境況模擬工作之展望

一、前言

颱風豪雨淹水災害發生後，由於淹水災情調查困難及資料缺乏，以致於難以了解實際淹水情況，故本文分別以二維淹水模式（歷史事件）及二維淹水分散計算系統（即時模擬）進行淹水境況模擬分析，以了解淹水歷程及範圍。透過淹水境況模擬分析，能讓政府及民眾了解淹水災害發生之境況，據以擬訂災害防救對策，方可提升防救災成效。

本文以二維淹水模式進行民國99年梅姬颱風之淹水境況模擬，採用國家災害防救科技中心（以下簡稱本中心）氣象組提供之雨量資料，應用GIS技術建立淹水境況模擬之水文資料，以進行整場事件之淹水境況模擬。本文另以二維淹水分散計算系統即時進行民國101年天秤颱風之淹水境況模擬，透過二維淹水分散計算系統，完成模式即時計算所需雨量及山區逕流資料自動化處理，不同流域間分工執行之控制流程，以進行淹水事件之24小時淹水境況模擬。

二、以二維淹水模式進行歷史事件之淹水境況模擬

淹水境況模擬流程如圖1所示，本文以民國99年10月梅姬颱風為例，主要研究內容如下：

2.1  蒐集淹水災情

淹水災情包括淹水範圍及災因等。民國99年10月梅姬颱風造成宜蘭地區嚴重之淹水災情，本文蒐集經濟部水利署梅姬颱風淹水範圍調查情形如圖2所示，淹水災因分析如下：

1. 降雨量過大，已超過區域排水及雨水下水道保護標準。
2. 受得子口溪、宜蘭河、冬山河等主要河川水位高漲影響，內水無法即時排出。
3. 都市下排水道無法負荷山區洪水匯出。
4. 地勢低窪洪水無法匯出。
5. 蘇澳溪於過溪橋上游處左岸溢堤洪水灌入蘇澳市區。
6. 蘇北里北側山坡土石滑落阻礙洪水匯出。

圖1  淹水境況模擬流程

圖2  梅姬颱風宜蘭地區淹水概況圖 (資料來源：經濟部水利署)

2.2  建立淹水境況模擬資料

淹水境況模擬資料包括地文及水文條件等。

1. 地文資料

係由DTM數值地形高程平均而得之200公尺× 200公尺數值模擬網格（故每一模擬網格含括25個40公尺× 40公尺之DTM數值地形網格）可代表模擬區域之實際地形。另由內政部地政司的台灣省國土利用現況調查數化資料來決定不同土地利用狀況之曼寧糙度n值。宜蘭縣數值地形圖如圖3所示。

2. 水文資料

本文以本中心氣象組提供之雨量資料，應用GIS技術進行雨量站徐昇氏分配，以建立淹水境況模擬區之雨量及山區逕流資料，並蒐集中央氣象局蘇澳潮位站觀測資料，以做為二維淹水境況模擬之邊界條件。梅姬颱風累積雨量如圖4所示，宜蘭淹水模擬區徐昇氏劃分如圖5所示。

 

圖3  宜蘭縣數值地形圖

圖4  梅姬颱風累積雨量圖

       

圖5  宜蘭淹水模擬區徐昇氏劃分圖

 

3. 淹水境況模擬結果校驗

民國99年梅姬颱風之淹水境況模擬時間為99年10月21日2時至99年10月24日0時，淹水境況模擬區以宜蘭縣為對象，最大淹水深度及調查淹水範圍如圖6所示，逐時淹水深度則如圖7所示。由淹水境況模擬結果可知，淹水模擬範圍與調查結果接近，淹水深度部份則無調查資料可供比較。透過淹水境況模擬分析，能讓政府及民眾了解淹水災害發生之境況，據以擬訂災害防救對策，方可提升防救災成效。

 

圖6  宜蘭縣淹水境況模擬及比較(民國99年梅姬颱風)




圖7  宜蘭縣逐時淹水深度(民國99年梅姬颱風)

三、以二維淹水分散計算系統即時進行淹水事件之淹水境況模擬

本文以二維淹水分散計算系統即時進行民國101年天秤颱風淹水境況模擬，透過二維淹水分散計算系統，完成模式即時計算所需雨量及山區逕流資料自動化處理，不同流域間分工執行之控制流程，以即時進行天秤颱風24小時淹水境況模擬。

1. 二維淹水分散計算系統

二維淹水分散計算系統為一分散式之計算系統，利用分散式之運算架構，提升二維淹水潛勢之計算效能。全台共包含53個模擬區，依其演算時間評估所需硬體後，建立一套主控系統，可以最短時間完成53個模擬區之淹水排程計算。

本文以二維淹水分散計算系統即時進行天秤颱風淹水區域之淹水境況模擬，完成模式即時計算所需雨量資料自動化處理、不同流域間分工執行之控制流程及模式輸出資料展示等。系統自動讀取雨量資料後，依使用者指定之雨量模式(徐昇氏分區或QPESUMS 網格，本文採用徐昇氏分區)進行模擬區網格之分群作業並計算每個分群之雨量歷線，另若模擬區有山區逕流點時，系統依各逕流點逕流面積之權重，自動計算每個逕流點之雨量歷線，最後再將計算完之資料製作成二維模式輸入檔。

2. 淹水境況模擬結果

101年天秤颱風造成屏東縣車城鄉及恆春鎮嚴重之淹水災情，本文蒐集經濟部水利署天秤颱風淹水範圍如圖8所示。

圖9為屏東縣車城鄉及恆春鎮模擬區民國101年8月25日0點往前24小時之徐昇氏分區雨量站歷線，由圖中可知，恆春站(黃色區塊)所測資料，最大1小時降雨量為167.5毫米，超過100年重現期降雨量，已超出該區域排水系統設計容量，24小時累積雨量達622毫米，造成低窪地區積水不退。

本文採用系統模擬區域最大24小時降雨時段之淹水境況模擬結果，進一步結合並以屏東縣車城鄉及恆春鎮為範圍繪製淹水境況模擬圖。天秤颱風屏東縣車城鄉及恆春鎮淹水境況模擬結果如圖10所示，由淹水境況模擬結果可知，淹水模擬範圍與調查結果接近。本文以二維淹水分散計算系統即時進行淹水境況模擬分析，模擬結果可提供相關單位進行淹水災情調查資料比對，以分析淹水致災因子。

 

圖8  天秤颱風淹水範圍(資料來源：經濟部水利署)

圖9  屏東縣車城鄉及恆春鎮模擬區24小時徐昇氏分區雨量站歷線 (民國101年8月24日0點至8月25日0點)

圖10  屏東縣車城鄉及恆春鎮天秤颱風淹水境況模擬結果 (民國101年8月24日0點至8月25日0點)

 

四、結語

1. 颱風豪雨淹水災害發生後，由於淹水災情調查困難及資料缺乏，以致於難以了解實際淹水情況，故本文分別以二維淹水模式(歷史事件)及二維淹水分散計算系統(即時模擬)進行淹水境況模擬，以了解淹水歷程及範圍。
2. 由民國99年梅姬颱風宜蘭縣淹水境況模擬結果可知，二維淹水模擬範圍與調查結果接近，淹水深度部份則無調查資料可供比較。
3. 由民國101年天秤颱風屏東縣車城鄉及恆春鎮淹水境況模擬結果可知，淹水模擬範圍與調查結果接近。本文以二維淹水分散計算系統即時進行淹水境況模擬分析，模擬結果可提供相關單位進行淹水災情調查資料比對，以分析淹水致災因子。
4. 透過淹水境況模擬分析，能讓政府及民眾了解淹水災害發生之境況，據以擬訂災害防救對策，方可提升防救災成效。