氣候變遷對防洪設施保護標準的影響
作者：連琮勛 國立臺灣大學生物環境系統工程學系 研究助理
劉俊志 國家災害防救科技中心 助理研究員
鄭克聲 國立臺灣大學生物環境系統工程學系 教授
臺灣地區雨量豐沛且集中，每年5到10月間常有梅雨、颱風雨和對流雨等暴雨事件發生，暴雨事件帶來的大量降雨若透過現有的河川堤防或都市下水道等防洪措施還是無法適當阻隔或及時排除就會有淹水相關災害發生(如圖1之納莉風災的暴雨造成中央研究院文哲所短暫淹水的景象)。而在氣候變遷的影響下，可能驅使未來出現極端降雨事件，導致現有的防洪設施無法承受時，因此可預先利用本文所介紹的水文頻率分析方法，重新視在氣候變遷影響之下現行的防洪設施保護標準是否有需要做出適當的調整。
圖1、降雨型態經歷快速的改變，使得極端降雨事件越來越常見。圖為2001年納莉颱風之暴雨造成中央研究院中國文哲研究所淹水的景象。(摘自中央研究院院史網)
水文頻率分析是什麼? 要如何進行水文頻率分析?
頻率的概念為某個現象在一段期間內的發生次數，頻率分析則是利用統計方法來估算一個特定事件會再次發生的平均間隔時間(即重現期)。而水利界提到的水文頻率分析，則是利用一段期間內(如文章後面提到的歷史基期、氣候變遷情境下之近未來、世紀中、世紀末時期)足夠的水文資料，例如降雨量、流量等(即為進行水文頻率分析的所需水文變量)分析其統計特性，進而得到不同重現期所對應之水文量(若使用降雨資料進行水文頻率分析，所得出的水文量稱為設計雨量值)。所以在新聞報導裡看到的重現期，指的是「若觀測到特定降雨量或流量，其下次可能再出現的平均間隔時間」。
水文頻率分析的應用為何? 對我們的生活有影響嗎?
水文頻率分析最常見的應用就是在防洪設施上，例如河川堤防、區域排水、都市下水道等等。防洪設計是否完善通常與該地區之都市化程度有關；防洪顧名思義就是防治洪水，洪水的威脅有外水與內水兩種。而降雨事件所降下的雨可能落在河川堤防之外(故稱外水)，跟著河水流到集水區下游或大海裡，也可能落在都會區之內(故稱內水)，必須透過都市下水道等排水系統排除；這些防洪設施的設計標準都是以水文頻率分析後所得出之設計雨量為主，經濟部水利署在2006年出版的《河川治理及環境營造規劃參考手冊》裡有訂定這些防洪設施的保護標準(如表1所示)；不過隨著使用需求及年代遷移，各地方政府也訂定了適合當地現況的規範，如臺北市都市雨水下水道的防洪設施保護標準為能排除重現期5年、降雨延時2小時的設計雨量157.6 mm(轉換成降雨強度為78.8 mm/hr；童裕翔等人，2019)。
表1、經濟部水利署訂定之現行防洪設施保護標準(河川治理及環境營造規劃參考手冊，2006)。
現行的區域排水防洪設施是以重現期10年之設計雨量作為保護標準(如表1)，在氣候變遷影響之下，現在發生之極端降雨在未來或許會變成常態。若未來之暴雨事件雨量超過重現期10年之設計雨量，就有可能發生堤防外之外水在短時間內衝高，內水無法順利排除的狀況，導致淹水災害，日常生活受到影響!
氣候變遷對防洪設施保護標準的影響
防洪設施保護標準是使用水文頻率分析之方式，計算一段期間內之雨量資料於特定重現期、降雨延時對應之設計雨量，而在氣候變遷情境之下的雨量若產生變化，將會對防洪設施保護標準規範裡的設計雨量造成影響。「臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台計畫」開放多組氣候變遷推估資料供研究單位申請使用，其中高解析度(5kmX5km)網格化雨量資料(翁叔平、楊承道，2018)，包含歷史觀測雨量以及多種全球氣候模式(GCM)於氣候變遷情境下推估之過去與未來模擬雨量資料，可估算歷史和氣候變遷情境下之未來設計雨量，即可評估氣候變遷情境下之防洪設施保護標準設計雨量與歷史設計雨量的差異，思考防洪設施保護標準是否有調整的必要；在《臺灣氣候變遷科學報告2018》裡，已發生之時期定義為「基期」，未來推估期則分為「近未來」、「世紀中」、「世紀末」(《臺灣氣候變遷科學報告2018》律定「基期」為1976-2005年，「近未來」為2016-2035年、「世紀中」為2036-2065年、「世紀末」為2075-2099年)，這些時期定義的時段隨著現有時間的推移而有所變動。
本文以氣候變遷情境RCP8.5情境下、世紀中時期(2036-2065年)的33個全球氣候模式(GCM)的全臺網格日雨量模擬值為參考資料，使用水文頻率分析估算上述資料之全臺網格點設計雨量值(設定重現期為100年、降雨延時為1日)，繪製33個GCM的設計雨量等值線圖(如圖2所示，最右下之色塊條為設計雨量值對應之顏色，各GCM之等值線圖除了參考等值線上的數值外也參考網格的顏色來顯示設計雨量的高低程度)；而世紀中時期有28個模式之全臺網格設計雨量平均值，比基期時期(1976-2005年)觀測值估算之全臺網格設計雨量(如圖3所示)平均值高(33個GCM模式之全臺網格設計雨量改變率平均值，有5個模式為減少0.1%~減少7%；28個模式為增加1.7%~增加156%，改變率是以同網格世紀中設計雨量和基期設計雨量進行比較)，由此假設在氣候變遷最烈情境下，防洪設施保護標準之設計雨量有一定程度的提升，故未來在建設防洪設施時應考慮氣候變遷的影響。
圖2、33個GCM模式於氣候變遷RCP8.5情境、世紀中時期 (2036-2065年)之設計雨量等值線圖 (重現期為100年，降雨延時為1日)。
圖3、歷史基期 (1976-2005年)觀測值之設計雨量等值線圖 (重現期為100年，降雨延時為1日)。
參考文獻
1. 經濟部水利署水利規劃試驗所 (2006)，河川治理及環境營造規劃參考手冊。
2. 翁叔平、楊承道 (2018)，「臺灣地區日降雨網格化資料庫 (1960~2015) 之建置與驗證」，臺灣水利，66(4)，第33-52頁。
3. 鄭克聲、連琮勛 (2015)，「具離群值資料之水文頻率分析」，農業工程學報，61(3)，第29-41頁。
4. 童裕翔、劉俊志、鄭兆尊、陳正達、連琮勛 (2019)，「氣候變遷之日雨量以及時雨量頻率分析」，國家災害防救科技中心技術報告，NCDR 108-T21。
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