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2019/07/05 臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台電子報029期 1266 點閱人次
封面故事

淹水模式調校,大幅提升氣候變遷淹水模擬效能
作者:陳倫存 專案佐理研究員、許至璁 副研究員、蕭逸華 專案佐理研究員

過去本計畫為進行氣候變遷情境淹水模擬,使用經濟部水利署提供之主河道單一流域SOBEK淹水模組,該模組具有一定的參考價值,可惜模擬較不完整,且僅限單一流域範圍。為改善不足,本計畫現階段改採經濟部水利署提供之最新版SOBEK淹水模組;此模組除主河道外,亦包含人孔、雨水下水道、區域排水路等區域排水系統,能執行較完整的都市防洪系統淹水模擬。

  唯在過去極端降雨之淹水事件下,常發現集水區間可能產生「越域淹水」等問題,且在地方治水的實務上,均是以行政區為操作單元。故本計畫將各集水區單元,以行政區界整併為主要模擬單元,如臺南市包含了八掌溪、急水溪、將軍溪、曾文溪、鹽水溪及二仁溪等六大集水區(圖1)。
然而,眾多集水區整併為單個模擬單元,會遇到高程或下水道高程等資料銜接問題,故整體模組資料與模擬效能尚須檢核。

圖1 臺南市涵蓋集水區與越域淹水方向示意圖

SOBEK淹水模式之調校項目如下:
1. 基礎資料的完整性

 
 
 
 
 
 
 
 

2. 模式資料檢核與修正
(1) 空間資料之座標系統檢核:
各項空間資料必須引用一致的座標系統。目前以97座標系統為主。
(2) 一、二維耦合:
由高精度二維DEM可清楚看出河道走向。依過去經驗得知,此部分與一維河道時常有所偏移(圖2),此時須手動修正一維河道以符合二維DEM。

 

圖2 一維河道幾何與二維DEM等高線

 

(3) 河道斷面行水空間修正:
主要須配合影像、實景,由人工判斷其左右堤岸點以得到正確之行水空間(圖3)。

 


圖3 行水空間修正

 

(4) 各項高程資料銜接時,相對高程的合理性:
高程資料包含河道大斷面高程資料、二維DEM高程資料、下水道管徑高程資料及各水工結構物高程資料等,都可利用鄰近資料之相對高程差異來做資料檢核。若資料有明顯誤差時,可以DEM為基準將其初步修正於合理範圍。
(5) 集水區面積檢核:
SOBEK模式可配合降雨–逕流模組計算集水區產生的逕流量,除了降雨–逕流模組中的參數需要率定之外,集水區面積的設定也要正確,方能獲得正確的逕流量。因此模式建置後必須檢核集水區總面積是否正確。

3. 模式計算準確性及效能調校
  模式精準度及效能主要仍受模擬解析度影響,使用高解析度之數值地型空間資料模擬,雖能得到較為精準之模擬結果,卻也需更長的模擬時間。此時可利用模式分區方式,並依據區域重要性搭配不同解析度的數值地型空間資料,如於都會區使用較精細網格、郊區使用較粗網格等方法,取得模擬效能與模擬精準度的平衡。至於模式最適化的普遍標準,除了計算效能外,亦可查看模擬過程中產生的質量誤差。如圖4顯示模擬過程中產生的質量誤差,左圖的質量誤差幾乎趨進於零,具有良好的質量守恆性,是模式正確的條件之一;右圖則顯示極大的誤差量,表示模型中存在不合理之處,造成收斂性不佳,使質量誤差快速累積,此時則需重新檢核與調校模式,確保質量守恆性,才能獲得準確的模擬結果。


圖4 SOBEK模擬過程中產生的質量誤差,橫軸為模擬時間;縱軸為質量誤差(單位1000 m3)

 

調校結果驗證
  以臺南市為例,在依照以上項目進行SOBEK淹水模式調校過後,應用2017年海棠颱風事件資料進行驗證,驗證水位站之水位資料,以海佃四站與朝皇宮站之成果呈現(圖5),皆顯示符合觀測資料之趨勢。由此可得知調校後之模組有相當的準確性,故可利用此模組進行氣候變遷下相關淹水模擬,相關成果可參見TCCIP電子報第22期「封面故事」

 
 
 
 
 

圖5 模式驗證水位資料圖,藍色線為觀測水位、橘色線為模擬水位

參考資料
1. 防災產官學公共資訊交流平台之建置服務與管理營運,科技部,2019。
2. 淹水預警功能之測試與運作 (2/2),經濟部水利署水利規劃試驗所,2018。
3. 淹水預警功能之測試與運作 (1/2),經濟部水利署水利規劃試驗所,2017。
4. TCCIP電子報第22期:氣候變遷動力降尺度資料應用於淹水模擬案例探討-樣本數對評估結果
之影響(2018),臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台。

 

知識小櫥窗
Q : 越域淹水是什麼?
土地利用形態的改變與道路的路堤及路渠效應均可能改變排水路集水區邊界(分水嶺),因而發生越域水流而增加地表逕流量,也會有超過原有排水系統之排水能力的情形。因相鄰集水區間分水嶺高度不足導致之越域淹水。

參考資料:
經濟部水利署(2008),沿海低地平原排水系統之暴潮與越域水流研究(2/2)
Q : SOBEK淹水模式
荷蘭WL|Delft Hydraulics公司研發的一套整合河川、區域排水路與都市雨水下水道排水系統等之模式。其中包含降雨逕流、明渠流、下水道、水質、輸砂、漫地流與即時控制等模組。SOBEK淹水模式應用上包含河川、都市下水道系統及淹水模擬等計算,模擬結果可提供防洪及水資源管理者進行相關管理、決策及分析等參考。

參考資料:
Deltares: Delft, The Netherlands (2015), Delft Hydraulics SOBEK User Manual(suitable for SOBEK 2.14)
TCCIP最新消息
感謝各位蒞臨「ICEO & SI 2019」TCCIP攤位

「ICEO & SI 地球觀測及社會衝擊國際研討會2019(International Conference on Earth Observations and Societal Impacts)」於108年6月23-26日假國立成功大學 國際會議廳舉行。TCCIP於會議期間設置攤位,展示、推廣本計畫的歷年研究成果,宣傳TCCIP長期耕耘的科研成果與科研知識。

圖:TCCIP於「ICEO & SI 地球觀測及社會衝擊國際研討會2019」攤位活動剪影

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