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台灣地區主要河川流域水文與水理設計分析系統平台建立-2014/09/09

台灣地區地形陡峻、降雨強度集中,每年侵襲颱風平均約3.6次,豪大雨數十次,平均年損失約128億元以上。由於台灣地區市鎮高度發展,颱洪造成之淹水損失日益嚴重,因此流域河川治理與淹水災害防治之工程規劃,經常列為政府水利施政之重要工作項目。而近年來因全球氣候異常,頻繁引發水文極端現象,全台因颱風豪雨所造成受災範圍與程度均遠較過去劇烈;實有待進一步整合新近地文資訊、水文紀錄資料與河川斷面資料,重新進行分析演算,以獲得可靠之規劃設計資訊。

基於上述問題及需要,水利署水利規劃試驗所民國102年辦理完成「台灣地區主要河川流域水文與水理設計分析系統平台建立」計畫,其研究之目的乃在建置水文與水理設計分析系統平台,以提供規劃設計者詳細地文與水文分析資訊,作為後續防洪保護措施及排水規劃方案之擬定。而為了提供規劃過程中所需之空間資料,並提高系統操作之便捷性,該平台採用開放原始碼地理資訊系統(open source GIS)架構,配合最新數值高程資料進行開發,除了可藉由互動式介面提高工作效率,並可免除商業軟體費用高昂,以及軟體版本維護困難等問題。

平台中亦同時建立系統應用資料庫與網路即時更新功能,可提供使用者直接連結水文紀錄資料庫,針對經濟部水利署河川治理及環境營造規劃參考手冊」中所列之暴雨頻率分析、重現期洪峰流量推估、定量流河道演算、變量流演算等項目,建立計算模組。並提供特定暴雨事件逕流模擬與變量流河道演算功能,以獲得流域內中上游集水區逕流量、中下游河川水位等相關水文水理資訊。

研究中亦參考「河川治理及環境營造規劃參考手冊」以及水利規劃過程重要分析步驟,以建置地文計算功能、水文計算功能、河道水理計算功能,所採用之分析方法如圖1所示。

此研究所建置之「台灣地區主要河川流域水文與水理設計分析系統平台」係以QGIS新版本(1.8.0版 'Lisboa')為整合平台,除了具有一般地理資訊系統基本操作功能外,並提供使用者進行地文、水文與水理分析作業。圖2為系統主畫面,主要功能表包含「水資源資料庫」、「前置設定」、「分析模組」,以及「分析成果輸出」,主要選單功能內容如圖3所示,可簡述如下:

1.『水資源資料庫』主要係提供「水文資料檢視」、「水文資料修正/補遺」及「斷面資料檢視與編輯」功能。

2.『前置設定』則將水文分析過程中較易重複輸入之資料,如控制點地文因子與分析時間,於進行水文分析前先以「地文因子」及「水文事件」功能進行水文分析前置資料計算與資料儲存;而「模式參數」則提供水文模式運算所需之參考表,如SSGM之長、短延時設計雨型降雨百分比、降雨深度-面積折減曲線、Horner公式參數、無因次單位歷線等參數編修及匯入資料庫功能,以提供後續分析模組應用。

3.系統中『分析模組』主要目的為提供相關業務單位能以便捷之方法,進行河川水文與水理分析。因此計畫中參考本署「河川治理及環境營造規劃參考手冊」中所列方法,建置「暴雨頻率分析」、「重現期洪峰流量推估」、「定量流河道演算」等水文分析功能;並提供「暴雨事件逕流模擬」與「變量流河道演算」功能,以進行特定颱洪場次之水文與水理分析;而「降雨強度-延時-頻率分析」,則可提供使用者推求單一雨量站或特定區域之降雨強度-延時-頻率曲線。

『分析成果輸出』主要乃連結『分析模組』之水文與水理模式演算成果,以圖、表方式展示演算成果,並提供報表輸出功能,可自動產生水利署「水文分析圖表範例及作業參考手冊」之主要分析報表,以利於分析報告之製作。 

   
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圖1 水文水理計算系統之計算功能與應用方法 
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圖2 系統主畫面(以卑南溪流域為例)
 
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圖3 水文與水理設計分析系統主要功能

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  • 台灣地區主要河川流域水文與水理設計分析系統平台
  • 水文水理計算系統之計算功能與應用方法
  • 水文與水理設計分析系統主要功能

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