臺灣博碩士論文加值系統

區域分析為在未設測站地區進行水文分析與規劃的重要工具，可有效解決未量測區域無水文觀測資料可用的困境。在小型集水區的水文設計，短延時設計雨量為極重要的資訊。由於雨量站網之密度有限，小型集水區在規劃設計時經常缺乏雨量資料可用，因此本研究進行短延時(小於九十分鐘)降雨強度的區域化分析，並建立全台灣的區域化公式提供已設測站與未設測站地區之工程規劃與設計的應用。
本研究選用水利署及台電公司所轄之自記雨量測站共144站，以主要影響短延時降雨空間、時間與變化特性之因子，利用兩種群集分析法(兩階段群集分析、自組織映射網路)進行短延時降雨均一區之劃分，其中並對於降雨空間因子、不同群集分析方法之群集結果做探討。空間因子方面，經緯度有助於增加測站群集於空間分布上之區域性，高程則有助於山脈區與沿海平原區降雨特性之區分，顯示地形特性為短延時降雨均一區劃分之重要變量，故皆採用之；群集分析法方面，兩階段群集分析結果之雨量測站群集比自組織映射網路具有較佳區域性關係，故採用之；結果選用降雨空間、時間與變化特性之因子進行兩階段群集分析，將台灣地區劃分為四大水文均一區。
最後，本研究有鑒於使用上之便利性，故選擇常用之區域無因次降雨強度公式，分別建立各均一區之區域化無因次降雨強度公式，並與莊(2006)建立之區域公式比較，發現本研究之公式具較佳之推估效果，且具有較合理之分區結果，故可利用本研究之區域公式提供未設測站地區之運用，解決其推估降雨強度不便之處。

Regional analysis is an important tool of hydrologic planning and design in ungauged areas. Small watersheds are usually ungauged and short-duration need design rainfall of short rainfall duration. Therefore, it is essential to investigate regionalization of the short-duration rainfall intensity formula for gauged and ungauged areas.
This study is to develop a regional rainfall intensity formula for short durations that are herein defined as rainfall duration less than and equal to 90 minutes. 144 recording raingauges provide the data in this work. Two cluster analysis methods (two-stage clustering and self-organizing map) were adopted for homogeneous classification based on 11 variables of rainfall and topographic characteristics. Results show that longitude and latitude can improve the spatial pattern of homogeneous regions. Elevation is an effective variable to discriminate the rainfall characteristic between mountain and plain, indicating topographic characteristics is an important variable for homogeneous classification. Comparison of two cluster methods shows that the two-stage clustering has better results for homogeneous classification than self-organizing map, although both methods result in similar clusters. Consequently, four homogeneous regions are delineated.
Regional short-duration rainfall intensity formula pertaining to four homogeneous regions are developed using the dimensionless intensity-duration-frequency (IDF) formula. Those proposed regional IDF formula are compared with previous study. The comparison demonstrated that the regional IDF formula in this study has more accurate in estimating short-duration design rainfall.

摘 要 I
Abstract II
誌 謝 III
目 錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與方法 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 本文組織 4
第二章 基本理論 7
2.1 資料標準化變換 7
2.2 主成份分析 9
2.3 兩階段群集分析 14
2.4 自組織映射圖網路 18
2.4.1 網路架構 18
2.4.2 網路特點與重要概念 19
2.4.3 學習過程與演算步驟 22
2.4.3.1 網路學習過程 22
2.4.3.2 網路演算步驟 24
第三章 研究區域與選用變量 25
3.1 研究區域概況 25
3.2 變量選取與資料蒐集 25
3.3 短延時降雨強度空間分析 35
第四章 短延時降雨特性群集分析與探討 41
4.1 短延時降雨特性群集分析步驟 41
4.2 主成分分析 43
4.2.1 變量組合一之主成分分析結果 44
4.2.2 變量組合二之主成分分析結果 45
4.2.3 變量組合三之主成分分析結果 45
4.3 兩階段群集分析結果 49
4.3.1 未經主成分分析之標準化 49
4.3.2 經主成分分析之標準化 54
4.4 自組織映射網路分析結果 60
4.4.1 未經主成分分析之標準化 60
4.4.2 經主成分分析之標準化 63
4.5 結果與討論 67
第五章 區域降雨強度公式之建立 71
5.1 無因次強度公式與參數選定 71
5.1.1 無因次雨量強度公式簡介 71
5.1.2 區域公式之參數選定 72
5.2 區域化短延時雨量強度公式 74
5.2.1 區域公式之建立 74
5.2.2 區域公式之比較與探討 79
第六章 結論與建議 83
6.1 結論 83
6.2 建議 84
參考文獻 85

1.行政院農業委員會水土保持局，1997，「水土保持法相關法規，水土保持技術規範」。
2.王如意、易任，1982，「應用水文學」，國立編譯館。
3.王俊明，2006，「以自組織映射網路整合群集分析及識別分析」，國立臺灣大學土木工程學研究所博士論文。
4.王彥翔，2003，「自組特徵映射與學習向量化類神經網路於河川流量之預測」，國立臺灣大學生物及環境工程學研究所碩士論文。
5.石棟鑫，2001，「臺灣地區颱風雨降雨型態之分析研究」，國立中央大學土木工程學系碩士論文。
6.何俊儀，2004，「臺灣中部地區梅雨季豪雨發生之綜觀特徵與中尺度過程探討」，國立臺灣大學大氣科學研究所碩士論文。
7.易任，1990，「主成分分析與群集分析應用於雨量空間分布之研究」，國科會專題報告研究計畫成果。
8.易任，1993，「臺灣全區降雨時空分布之研究:主成份分析與群集分析」，行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告。
9.林國峰、王俊明、高士傑，2004，「區域性設計雨型之建立及應用」，國立臺灣大學「台大工程」學刊，第92期，第1–9頁。
10.張斐章、張麗秋、黃浩倫，2003，「類神經網路：理論與實務」，台北，東華圖書有限公司。
11.莊麗蓉，2006，「區域化短延時無因次降雨強度公式」，國立成功大學水利及海洋工程學系碩士論文。
12.許銘熙、李清勝、陳宣宏、林李耀，2004，「敏督利颱風及七二水災降雨分析」，土木水利，第31卷，第4期，第3–12頁。
13.許銘熙、鄭克聲、易任、林國峰，1993，「臺灣地區降雨與延時特性分析」，第八十二屆農業工程研討會，第401-413頁。
14.陳人敬，2003，「臺灣南部年最大24小時與一日暴雨比值之探討」，國立成功大學水利及海洋工程學系碩士論文。
15.陳泰然、楊進賢，1988，「臺灣梅雨期豪雨分布的時空特徵」，大氣科學，第16卷，第151-162頁。
16.陳嘉榮，2000，「區域雨量分析與降雨－逕流預報之研究」，國立成功大學水利及海洋工程學系博士論文。
17.陳嘉榮，1993，「區域降雨強度-延時-頻率關係之研究」，國立成功大學水利及海洋工程學系碩士論文。
18.游保杉、陳嘉榮，1996，「台灣北部區域降雨強度公式之研究」，財團法人中興顧問社。
19.游保杉、陳嘉榮，1992，「嘉南地區區域降雨強度公式之研究」，中國土木水利工程學刊，第 4卷, 第 4期, 第297-306頁。
20.黃俊英，1995，「多變量分析」，華泰書局，台北。
21.黃彥豪，2003，「利用自組織映射網路於區域雨型分類之研究」，國立臺灣大學土木工程學研究所碩士論文。
22.葉怡誠，「類神經網路模式應用與實作」，台北，儒林圖書有限公司，2003
23.賴栗葦、姜善鑫，2003，「臺灣地區之降雨變遷研究」，中華水土保持學報，第34卷，第2期，第161-170頁。
24.羅積玉，1980，「多元統計分析方法與應用」，科技圖書股份有限公司，台北。
25.Anderberg, M. (1973) “Cluster analysis for applications.” New York: Academic Press.
26.Aron, G., Wall, A. D.J., White, E.L. and Dunn, C.N. (1987) “Regional rainfall intensity-duration-frequency curves for Pennsylvania.” Water Resources Bulletin, 23(3), 479– 486.
27.Baghirathan, V. R. and Shaw, E. M. (1978) “Rainfall depth-duration-frequency studies for Sri Lanka.” Journal of Hydrology, 37(3), 223–239.
28.Bell, F. C. (1969) “Generalized rainfall-duration-frequency relationships.” Journal of the Hydraulics Division, 95(1), 311–327.
29.Cattell, R.B. (1966) “The scree test for the number of factors.” Multivariate Behavioral Research, 1, 245-276.
30.Christopher, M. T., David, W. W. Jr., Dennis, J. (2004) “Development of regional rainfall intensity-duration-frequency estimates for the state of Michigan.” Journal of Hydrologic Engineering, ASCE, 10(6), 437–449.
31.Christopher, M. T., David, W. W. Jr, Dennis, J. (2005) “Regional rainfall frequency analysis for the state of Michigan,” Journal of Hydrologic Engineering, ASCE, 10(6), 437–449.
32.Dinpashoh, Y., Fakheri-Fard, A., Moghaddam, M., Jahanbakhsh, S., Mirnia, M. (2004) “Selection of variables for the purpose of regionalization of Iran’s precipitation climate using multivariate methods.” Journal of Hydrology, 297,109–123.
33.Hosking, J.R.M., Wallis, J.R. and Wood, E.F. (1985) “An appraisal of the regional flood frequency procedure in the UK Flood Studies Report.” Hydrological Sciences Journal, 30(1), 85–109.
34.Kaiser, H.F. (1958) “The varimax criterion for analytic rotation in factor analysis.” Psychometrika, 23,187–200.
35.Kohonen, T. (1982) “Self-organized formation of topologically correct feature maps.” Biological Cybernetics, 43, 59–69.
36.Kuczera, G. (1982) “Combining site-specific and regional information, an empirical Bayes approach.” Water Resources Research, 18(2), 306–314.
37.Lin, Gwo-Fong and Lu-Hsien Chen (2006) “Identification of homogeneous regions for regional frequency analysis using the self-organizing map.” Journal of Hydrology, 324, 1–9.
38.Laura, A. G., David, W. W. Jr. (2005) “Short duration rainfall frequency analysis in Michigan using scale-invariance assumptions,” Journal of Hydrologic Engineering, 10(6), 450–457.
39.McGuffie, K., Henderson-sellers, A., Holbrook, N., Kothavala, Z., Balachova, O. and Hoekstra, J. (1999) “Assessing simulations of daily temperature and precipitation variability with global climate models for present and enhanced greenhouse climates.” International Journal of Climatology, 19, 1–26.
40.Punj, G. and Stewart, D.W. (1983) “Cluster analysis in marketing research: review and suggestion for application.” Journal of Marketing Research, 5,134–148.
41.Rocky Durrans, S., Jason, Kirby, T. (2004) “Regionalization of extreme precipitation estimates for the Alabama rainfall atlas.” Journal of Hydrology, 295(1-4), 101–107.
42.Raudkivi, A.J. (1979) “An advance introduction to hydrological processes and modeling” Oxford Pergamon Press, New York.
43.Smithers, J.C., Schulze, R.E. (2001) “A methodology for the estimation of short duration design storms in South Africa using a regional approach based on L-moments.” Journal of Hydrology, 241, 42–52.
44.Tasker, G.D. and Moss, M.E. (1979) “Analysis of Arizona flood data network for regional information” Water Resource Research, 15(6), 179196.
45.Wotling, G., Bouvier, Ch., Danloux, J. and Fritsch, J.-M. (2000) “Regionalization of extreme precipitation distribution using the principal components of the topographical environment.” Journal of Hydrology, 233, 86–101.
46.Ward, J.E. (1963) “Hierarchical grouping to optimize an objective function.” Journal of America Statistical Assoc., 59, 236–244.
47.Wiltshire, S.E. (1985) “Grouping basins for regional flood frequency analysis.” Hydrological Sciences Journal, 30(1), 151–159.
48.Yu, Pao-Shan and Chia-Jung Chen (1996) “Regional analysis of rainfall intensity-duration frequency relationship.” Journal of the Chinese Institute of Engineers, 19(4), 523–532.
49.Yu, Pao-Shan and Chia-Jung Chen (1997) “Potential of extending the rainfall intensity-duration-frequency relationship to nonrecording raingauges.” Hydrological Processes, 11(4), 377–390.
50.Yu, Pao-Shan, Tao-Chang Yang and Chin-Sheng Lin (2004) “Regional rainfall intensity formulas based on scaling property of rainfall.” Journal of Hydrology, 295(1-4), 108–123.