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研究生:楊文震
研究生(外文):Yang,WenChen
論文名稱:強降雨都市雨水下水道預警防災研究-以苗栗市地區為例
論文名稱(外文):Research on the early warning of disaster prevention for urban rainfall sewerage system under heavy rain–an example at Miao-Li city.
指導教授:王承德
指導教授(外文):Wang,ChengDer
口試委員:蔡東霖王偉哲王承德
口試委員(外文):Tsai,tungLinWang,WeiJerWang,ChengDer
口試日期:2011-06-14
學位類別:碩士
校院名稱:國立聯合大學
系所名稱:土木與防災工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:150
中文關鍵詞:強降雨雨水下水道水理模擬人孔溢流淹水潛勢區域預警防災
外文關鍵詞:SWMMArcGIS
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本研究採用ArcGIS軟體分析苗栗市地形與地貌並完成雨水下水道幹線集水區域之劃設,使用合理化公式推算出集水區的逕流量,再利用暴雨經理模式(Storm Water Management Model,簡稱SWMM)之水理模型進行水力演算,可模擬出強降雨發生期間苗栗市不同降雨強度下之幹線管渠水位的變化以及人孔溢流之情形。
使用ArcGIS劃設集水區時需配合苗栗市數值地形模型(Digital Terrain Model,簡稱DTM)、正射影像圖(Digital Orthophoto Map,簡稱DOM)、以及都市計畫圖等…資料輔助完成。水理模擬技術採用SWMM,模擬前需先完成水理試算表以推求集水區資料及逕流量數值,再將其輸入SWMM模式之幹線水理模型中,即可演算出各幹線人孔是否會產生溢流。藉由苗栗市歷史淹水事件紀錄之實測降雨強度進行SWMM水理模型演算驗證,將演算結果會產生溢流人孔之位置及淹水潛勢區域與歷史紀錄淹水範圍進行比對驗證,發現兩者範圍相符並確認本研究之雨水下水道預警模式可提供苗栗市當達到強降雨時之有效預警防災的功效。
This research analyzes the terrain and landform of Miao-Li city by utilizing ArcGIS to delimit the watershed of rainfall sewerage skeleton line. Using the rational formula to estimate the surface runoff discharge of watershed, the hydraulic model of Storm Water Management Model (SWMM) is established to proceed the hydraulic routing. As a result, the SWMM model could simulate and get the variation of sewerage conduit water level, and also the situation of sewer junction overflow during different rainfall intensity under heavy rain.
When we apply ArcGIS, the Digital Terrain Model (DTM),the Digital Orthophoto Map (DOM), and the urban planning map of Miao-Li city are generated to draw the watershed of rainfall sewerage skeleton line. The SWMM is simulated to estimate the hydraulic trial spreadsheet in order to get the data of watershed and runoff discharge. Then,inputting these data into SWMM, the sewer junction would overflow or not can be performed.In addition, to verify the simulated results, the event record of rainfall intensity in Miao-Li city is illustrated. It is found that the locations of overflowed sewer junction, the potential flooding areas, and the historical records of flooding regions matching the present results. Hence, this research could offer the early warning of disaster prevention of rainfall sewerage system for Miao-Li city under heavy rain.

摘要 I
Abstract ⅡI
誌謝 ⅢI
目錄 ⅣI
表目錄 Ⅷ
圖目錄 ⅩI
第一章 緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-1-1 研究動機 1
1-1-2 研究目的 21
1-2 研究方法與步驟 2
1-2-1 研究方法 2
1-2-2 研究步驟 3
1-3 文獻回顧 9
1-4 章節組織 11
第二章 研究區域環境概述 12
2-1 地理環境 12
2-1-1 概述 12
2-1-2 地質環境 14
2-2 水文環境 17
2-2-1 概述 17
2-2-2區域排水現況及分析 18
2-2-3降雨量 24
2-3 研究範圍 27
2-3-1概述 27
2-3-2研究對象 28
第三章 雨水下水道水理模擬 33
3-1 SWMM模式 33
3-1-1 地表逕流數值 34
3-1-2 SWMM輸水管線模組 34
3-2集水區劃設 35
3-2-1劃設原則 35
3-2-2劃設成果 37
3-3合理化公式 41
3-3-1公式引用 41
3-3-2逕流係數 41
3-3-3降雨強度 43
3-4水理試算表 43
3-5水理模型建置 44
3-5-1模型繪製 44
3-5-1-1模型繪製範例 45
3-5-1-2模型繪製實況 46
3-5-2模型建置成果 49
3-5-3水理資料輸入模型 51
3-5-3-1模型人孔資料輸入 51
3-5-3-2模型管段資料輸入 52
3-6 SWMM數值模擬 52
3-6-1 演算模式 52
3-6-2 模式特性 54
3-6-3 演算條件 54
第四章 SWMM模擬演算結果 56
4-1 歷史淹水事件驗證 56
4-1-1 雨量資料選用 56
4-1-2 驗證降雨強度 60
4-1-3 南排水分區淹水地區驗證 60
4-1-3-1 水理試算表 61
4-1-3-2 水力演算各管段水位 62
4-1-3-3 歷史淹水事件與演算結果比對 63
4-1-4 西排水分區淹水地區驗證 64
4-1-4-1 96年6月7日豪雨淹水驗證 65
4-1-4-1-1 水理試算表 65
4-1-4-1-2 水力演算各管段水位 66
4-1-4-2 97年7月18日卡玫基颱風淹水驗證 68
4-1-4-2-1 水理試算表 68
4-1-4-2-2 水力演算各管段水位 69
4-1-4-3 歷史淹水事件與演算結果比對 71
4-2南排水分區幹線模擬成果 72
4-2-1 各幹線水理試算表 72
4-2-1-1 A幹線(A1-2~A5管段)水理試算表 72
4-2-1-2 B幹線(B2-1~B3管段)水理試算表 73
4-2-1-3 C幹線之1(B2~C3管段)水理試算表 74
4-2-1-4 C幹線之2(C2-4~C4管段)水理試算表 75
4-2-2 水力演算各管段水位 76
4-2-2-1 A幹線(A1-2~A5管段)管段水位 77
4-2-2-2 B幹線(B2-1~B3管段)管段水位 78
4-2-2-3 C幹線之1(B2~C3管段)管段水位 79
4-2-2-4 C幹線之2(C2-4~C4管段)管段水位 80
4-2-3 模擬結果管段及溢流人孔分析 81
4-2-3-1 模擬雨水幹線逕流量分析 81
4-2-3-2 模擬幹線溢流人孔分析 82
4-3 西排水分區幹線模擬成果 84
4-3-1 O幹線水理試算表 84
4-3-1-1 縣府行政集水區水理試算表 84
4-3-1-2 外圍集水區水理試算表 87
4-3-2 O幹線水力演算各管段水位 92
4-3-2-1 縣府行政區四處系統管段水位 92
4-3-2-2 外圍區九處系統管段水位 96
4-3-3 模擬結果管段及溢流人孔分析 105
4-3-3-1 模擬雨水幹線逕流量分析 105
4-3-3-2 模擬雨水幹線溢流人孔分析 107
第五章 都市雨水下水道預警展示 109
5-1 SWMM與ArcGIS結合運用 109
5-2 立體三度空間(3D)圖層 113
5-3 溢流人孔與淹水潛勢警戒圖展示 116
5-3-1 苗栗市南排水分區淹水警戒展示 116
5-3-2 苗栗市西排水分區淹水警戒展示 120
第六章 結論與建議 124
6-1 結論 124
6-2 建議 125
參考文獻 127
附錄一 130
作者簡歷 133

1.蔡文雄,2009,「整合雨水下水道即時水理模擬與WebGIS 展示技術於都市內水預警之應用-以台北市第四排水分區為例」,中原大學土木工程學系碩士論文。
2.胡瞻淇,2008,「都市雨水下水道結合滯洪池排水操作之研究」,中華大學土木與工程資訊學系碩士論文。
3.林文雄,2008,遙測影像技術應用於崩塌地潛勢之評估─以苗栗縣泰安鄉坡地為例,國立聯合大學土木與防災工程學系碩士論文。.
4.林旭信,2005,「下水道系統最佳化操作模擬」,國立台灣大學土木工程學研究所博士論文。
5.賴政佑,2005,「矩形斷面緩坡雨水下水道之水理研究」, 國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文。
6.鄭力嘉,2005,「地理資訊系統於石門水庫集水區降雨逕流分析之應用」,中原大學土木工程學系碩士論文。
7.陳志鴻,2004,「應用淹水模式評估都市與水下水道之效能」,台灣大學生物環境系統工程系碩士論文。
8.葉佳典,2003,「都市低窪地區於暴雨期間滯洪池排水操控模擬之研究」,國立屏東科技大學土木工程學系碩士論文。
9.陳宣宏,2002,「漫地流與雨水下水道水流之交互動態模擬」,國立台灣大學生物環境系統研究所博士論文。
10.林子平,2002,「都市水循環之研究-地表不透水之調查及逕流實測解析」,國立成功大學建築研究所博士論文。
11.林志勇,2001,「市區雨水下水道系統流況與地表水流之數值模擬」,國立台灣大學土木工程學研究所碩士論文。
12.謝哲夫,1996,「暴雨經理模式在台北市與水下水道之應用」,中原大學土木工程學系碩士論文。
13.經濟部水利署,「易淹水地區水患治理計畫第2階段實施計畫苗栗市都市下水道排水系統規劃」報告,2011。
14.行政院農業委員會,水土保持技術規範,2010。
15.內政部營建署,雨水下水道設計指南,2010。
16.周天穎、葉美伶、洪正民、吳政庭,輕輕鬆鬆學ArcGIS 9,儒林圖書,2009。
17.經濟部水利署南勢山雨量站,水利署雨量站資料,2007。
18.溫智超,2005,「都市逕流集流時間及逕流係數之研究-逕流監測及逕流係數檢定」,行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告。
19.陳于高、林玉儂,臥遊大地 數值航測,科學發展390期,2005。
20.李光敦,水文學,五南書局,2005。
21.謝尚賢、郭振泰等,2004,「都市雨水下水道即時控制系統之研究」,行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告。
22.苗栗縣政府,「苗栗市南苗地區排水系統通盤檢討規劃」報告,2004。
23.周天穎,地理資訊系統GIS理論與實務,儒林圖書,2003。
24.台灣省住都局,「苗栗市雨水下水道系統規劃」報告,1979。
25.國立中央大學太空及遙測研究中心,台灣地區DTM圖。
26.經濟部中央地質調查所,五萬分之一台灣地質圖說明書─苗栗。
27.交通部中央氣象局,颱風資料庫。
28.Matthew D. McCutcheon,2010,“Modeling Exfiltrating Storm Sewers Using SWMM.” Master of Science In the Department of Civil and Environmental Engineering of the University of Cincinnat。
29.Edward Brian Houston,2006,“The Use of Stormwater Modeling for Designand Performance Evaluation of Best Management Practices at the Watershed Scale .” Master of Science In Civil and Environmental Engineering Blacksburg, Virginia。
30.Storm Water Management Model User’s Manual Version 5.0,2009.
31.Eric W.Peterson,Carl M. Wicks,“Assessing the importance of conduit geometry and physical parameters in karst systems using the storm water management model(SWMM),”Journal of Hydrology Vol.329,Issue:1-2,September 30,2006,pp.294-305.
32.Campbell,C.Warren:Sullivan,Sean M.,“Simulating time-varying cave flow and water levels using the Storm Water Management Model” Engineering GeologyVol.65,Issue:2-3,August,2002,pp. 133-139.
33.Shiu-Shin Lin, Shan-Hsieh and Jan-Tai Kuo, “Integrating legacy components into a software system for storm sewer simulation, ” Environmental Modelling and Software Vol. 21, Issue: 8, August, 2006, pp. 1129-1140.
34.Choi, Kyung-sook Ball, James E., “Parameter estimation for urban runoff modeling, ” Urban Water Vol. 4, Issue: 1, March, 2002, pp. 31-41.

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