臺灣博碩士論文加值系統

臺灣地處副熱帶季風區，颱風與梅雨季節的豪大雨會導致洪水、山崩及土石流等天然災害發生，造成生命、財產等重大損失。對於國內治河防洪方面之成效，使得原位於洪患區內土地之利用獲得安全保障，大幅提昇土地之經濟效益。各項防洪措施，事實上皆只有一定之保護程度，當實際面臨超過所謂「設計洪水量」時，仍有可能發生淹水災害。
本研究主要考慮都市淹水流況可透過數值模擬，利用有限差分法建立二維變量流模式，使用結構性網格模擬流域系統的可行性。再利用數值地形資料（DTM）與地理資訊系統（GIS）提高數值模擬結果輸出、入資料的正確性，正確模擬出模式所需資料。
最後將初步模擬台北三重地區淹水範圍，求得淹水水深資料及範圍，利用GIS系統加以套疊處理，提供都市防洪資訊，再配合淹水潛勢資料可作為防災計畫與應變措施訂定之依據，來測試模式對三重地區的適用性。

Owing to geographic location of Taiwan being on subtropical monsoon zone, so typhoons and storms occur frequently. Typhoons and storms during summer and fall always cause several flooding, flood damages, and human lives loss in Taiwan. The major factors that cause flooding, landslide, and debris-flow in Taiwan are typhoons and storms of monsoon rain season. The function of hydraulic structure has its limit, it must cooperate with urban flood improvement action to mitigate flood damages. The urban flood improvement action must improve the locations of flood area, flood depth, flood duration, and calculate flood damages in the floodplain when heavy rainfall happens and effective mitigately the flood disaster loss.
We present a two-dimensional unsteady flow model bases on the TVD finite difference method with structured grids in basin system. The Digital Terrain Model (DTM) and Geographic Information System (GIS) are employed to treat the input and output data for the model.
The final global of this project is to simulate Sanchong area and provide the most important information, including the inundation range and depth for Sanchong. As an important aid to the flood improvement action review and evaluation for warming policy, and prepare step of decision. Then, we test the suitability of this model on Sanchong area, and present the result and discuss.

中文摘要………………………………………………I
英文摘要………………………………………………II
目錄………………………………………………… III
圖表目錄………………………………………………VI
符號說明………………………………………………XII

第1章 導論……………………………………………1
1.1研究背景與目的…………………………………………1
1.2文獻回顧………………………………………………2
1.3 研究區域與方法…………………………………………7
1.4 本文內容…………………………………………………8

第2章 理論基礎……………………………………10
2.1 基本控制方程式………………………………………10
2.2水平二維變量流方程式………………………………12
2.2.1 邊界條件…………………………………………13
2.2.2 淺水波方程組……………………………………14
2.3 淹水流動方程組………………………………………16

第3章 數值計算方法…………………………………18
3.1數值模式之介紹………………………………………18
3.2數值模式原理…………………………………………19
3.2.1 二維控制方程式數值離散格式…………………19
3.2.2 數值穩定條件與底床坡度………………………23
3.3 乾、濕模式處理…………………………………………24

第4章 數值計算結果與討論…………………………26
4.1 模式之驗證……………………………………………26
4.1.1 模擬潰壩波越過三角障礙物…………………27
4.1.2 綜合分析………………………………………30
4.2 應用案例………………………………………………31
4.2.1 河川潰堤問題……………………………………31
4.2.2 河川溢堤問題……………………………………34
4.2.3 結果分析與討論…………………………………37
4.3 實際地形模擬初步測試………………………………39
4.3.1 地理資訊系統……………………………………39
4.3.2 DTM資料來源…………………………………40
4.3.3 模擬地形資料處理………………………………41
4.3.4 實際地形模擬……………………………………43
4.3.5 模擬結果與GIS軟體套疊………………………46
4.3.6 結果分析與討論…………………………………47

第5章 結論與建議……………………………………50
5.1 結論……………………………………………………50
5.2 建議……………………………………………………53

參考文獻…………………………………………………56


圖表目錄

表4.1 地理資訊系統技術之發展與況………………………………62
表4.2 曼寧N值範圍說明………………………………………………63
圖1.1 淡水河流域DTM數值地形………………………………………64
圖1.2 ArcMap圖形輸出介面………………………………………64
圖1.3 都會區淹水模擬GIS套疊示意圖………………………………65
圖1.4 台北三重地區示圖……………………………………………65
圖2.1 座標系統示圖…………………………………………………66
圖3.1 模擬實際地形淹水流況變圖…………………………………67
圖3.2 淹水潛勢分析示圖……………………………………………67
圖3.3 利用GIS軟體套疊淹水潛勢分析示意圖………………………68
圖3.4 乾、溼交界狀態示圖…………………………………………68
圖4.1 模擬潰壩波越過三角障礙物實驗模式測點示意圖…………69
圖4.2 模擬結果與Hiver et al.實驗數據於G4測點40秒內，水位與時間變化歷程之比較圖………………………………………………69
圖4.3 模擬結果與Hiver et al.實驗數據於G10測點40秒內，水位與時間變化歷程之比較圖……………………………………………70
圖4.4 模擬結果與Hiver et al.實驗數據於G11測點40秒內，水位與時間變化歷程之比較圖……………………………………………70
圖4.5 模擬結果與Hiver et al.實驗數據於G13測點40秒內，水位與時間變化歷程之比較圖……………………………………………71
圖4.6 模擬結果與Hiver et al.實驗數據於G20測點40秒內，水位與時間變化歷程之比較圖……………………………………………71
圖4.7 模擬潰壩波越過三角障礙物，在t=2秒時水深變化圖( MUSCL限制式) ………………………………………………………………72
圖4.8 模擬潰壩波越過三角障礙物，在t=5秒時水深變化圖( MUSCL限制式) ………………………………………………………………72
圖4.9 模擬潰壩波越過三角障礙物，在t=10秒時水深變化圖 ( MUSCL限制式) …………………………………………………………73
圖4.10 模擬潰壩波越過三角障礙物，在t=20秒時水深變化圖( MUSCL限制式) …………………………………………………………73
圖4.11 模擬潰壩波越過三角障礙物，在t=30秒時水深變化圖( MUSCL限制式) …………………………………………………………74
圖4.12 模擬潰壩波越過三角障礙物，在t=40秒時水深變化圖( MUSCL限制式) …………………………………………………………74
圖4.13 模擬潰壩波越過三角障礙物流場示意圖……………………75
圖4.14 模擬潰壩波越過三角障礙物，在時間t=10秒時水深與底床變化圖…………………………………………………………………75
圖4.15模擬潰壩波越過三角障礙物，在時間t=20秒時水深與底床變化圖…………………………………………………………………76
圖4.16 模擬潰壩波越過三角障礙物，在時間t=40秒時水深與底床變化圖…………………………………………………………………76
圖4.17 河川潰堤模擬區域示意圖……………………………………77
圖4.18 河川潰堤模擬區域三維示意圖………………………………77
圖4.19 河川潰堤模擬渠道側視圖……………………………………78
圖4.20 模擬河川潰堤t=1000秒時，水位變化圖……………………78
圖4.21 模擬河川潰堤t=1600秒時，水位變化圖……………………79
圖4.22 模擬河川潰堤t=1700秒時，水位變化圖……………………79
圖4.23 模擬河川潰堤t=2400秒時，水位變化圖……………………80
圖4.24 模擬河川潰堤t=3600秒時，水位變化圖……………………80
圖4.25 模擬河川潰堤t=6200秒時，水位變化圖……………………81
圖4.26 模擬河川潰堤t=8800秒時，水位變化圖……………………81
圖4.27 模擬河川潰堤t=10800秒時，速度向量變化圖……………82
圖4.28 模擬河川潰堤t=5000秒時，速度向量變化…………………82
圖4.29 本案例之入流水位歷線與Hager（1985）所提出之經驗公式比較圖…………………………………………………………………83
圖4.30 模擬河川潰堤之缺口水位歷線………………………………83
圖4.31 模擬河川潰之出流水位歷線…………………………………84
圖4.32 河川溢堤模擬區域示意圖……………………………………84
圖4.33 河川溢堤模擬區域三維示意圖………………………………85
圖4.34 河川溢堤模擬渠道側視圖……………………………………85
圖4.35 模擬河川溢堤t=1400秒時，水位變化圖……………………86
圖4.36 模擬河川溢堤t=1800秒時，水位變化圖……………………86
圖4.37 模擬河川溢堤t=3200秒時，水位變化圖……………………87
圖4.38 模擬河川溢堤t=3600秒時，水位變化圖……………………87
圖4.39 模擬河川溢堤t=4600秒時，水位變化圖……………………88
圖4.40 模擬河川溢堤t=5300秒時，水位變化圖……………………88
圖4.41 模擬河川溢堤t=8400秒時，水位變化圖……………………89
圖4.42 模擬河川溢堤t=10800秒時，水位變化圖…………………89
圖4.43 模擬河川溢堤t=6000秒時，速度向量變化圖………………90
圖4.44 模擬河川溢堤之座標（50,50）水位歷線…………………90
圖4.45 模擬河川溢堤之出流水位歷線………………………………91
圖4.46 淡水河流域GIS土地使用查詢系統…………………………91
圖4.47 台北市街道與建築物GIS系統分佈圖層……………………92
圖4.48 三重實際地形模擬地區示意圖………………………………92
圖4.49 台北橋水位歷線與本案例設計入流水位歷線比較圖………93
圖4.50 模擬實際地形時間1800秒時，水位變化圖…………………93
圖4.51 模擬實際地形時間3800秒時，水位變化圖…………………94
圖4.52 模擬實際地形時間4800秒時，水位變化圖…………………94
圖4.53 模擬實際地形時間6500秒時，水位變化圖…………………95
圖4.54 模擬實際地形時間7200秒時，水位變化圖…………………95
圖4.55 模擬實際地形時間10800秒時，水位變化圖………………96
圖4.56 艾利颱風三重地區淹水範圍…………………………………96
圖4.57 模擬實際地形時間5500秒時，速度向量分佈圖……………97
圖4.58 模擬實際地形在缺口的水位歷線變化圖……………………97
圖4.59 模擬實際地形在河川出流的水位歷線變化圖………………98
圖4.60 三重地區GIS基本相片圖……………………………………98
圖4.61 模擬三重實際地形時間1秒時，與GIS套疊圖………………99
圖4.62 模擬三重實際地形時間1800秒時，與GIS套疊圖…………99
圖4.63 模擬三重實際地形時間3800秒時，與GIS套疊圖…………100
圖4.64 模擬三重實際地形時間4800秒時，與GIS套疊圖…………100
圖4.65 模擬三重實際地形時間6500秒時，與GIS套疊圖…………101
圖4.66 模擬三重實際地形時間7200秒時，與GIS套疊圖…………101
圖4.67 模擬三重實際地形時間10800秒時，與GIS套疊圖………102

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