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。

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