臺灣博碩士論文加值系統

洪造成之淹水災害日益嚴重，而都市高度發展，人口大量聚居使得保全對象大增，故都市地區淹水災害防治成為施政上重要之任務。
本研究旨在開發即時模擬都市地區排水系統之物理演算模式，透過即時接收之雨量與潮位資料，可當下反應都市內淹水之情形，作為提供淹水預警發布之參考。研究中使用美國環保署所開發的SWMM模式，藉以模擬下水道及河川網路之水情現況；都市地表使用李與林(2011)開發之街道逕流模式進行模擬，其採用線性隱式差分配合雙掃法求解de Saint-Venant方程式；都市外逕流使用Lee and Chang(2005)開發之運動波-地貌瞬時單位歷線模式及運動波平面漫地流模式(Chow et al., 1988)求得。本研究將上述所提及之演算模式連結，探討潮位邊界對都市下水道排水造成之影響。然而物理模式於即時演算時需大量之計算時間，且有數值發散之風險。因此本研究另使用營建署「雨水下水道淹水預警先期規劃」(李等, 2011)提出之設計條件及現況條件兩種預警方法，針對全台各行政區及研究應用區域擬定雨量警戒值。
用宜蘭縣羅東鎮為模式應用之集水區，由模擬結果得知，冬山河河口潮位變化對羅東鎮下水道排水所造成之影響甚微；然而為有效提升羅東鎮下水道之排水能力，研究中針對其易淹水地帶研擬減緩淹水方案，分別為管渠修改、導流分洪及滯蓄調節措施等；由模擬結果顯示，羅東鎮排水系統經方案修改後，有效改善各瓶頸人孔段之溢流情況，故此本研究研擬之減緩淹水方案，應可作為日後羅東鎮減洪防災之參考；最後研究採用迅洪指標理論及模式分析結果，建立瓶頸人孔迅洪警戒值，作為颱洪時期雨量警戒值之參考。

Due to the disaster of flooding caused by typhoon has been increasingly serious, and many cities have been highly developed with a great growing population that require protections; thus, the flooding and disaster prevention for urban areas has become an important issue on policy.
The purpose of this study developed a real-time simulation model for the drainage system in urban areas by receiving real-time rainfall and tidal data, which can react upon the flooding situation in cities as to provide reference for broadcast of flooding warning. This study used SWMM model developed by the U.S. Environmental Protection Agency to simulate the water situation of sewer system and river system, and employed street model (Lee and Lin, 2011) to simulate urban surface which adopted the Preissmann implicit finite-difference scheme with the double-sweep method to solve de Saint-Venant equations.A modified kinematic-wave based on geomorphic instantaneous unit hydrograph model (Lee and Chang, 2005)and kinematic-wave V-shaped overland flow model(Chow et al. , 1988) was used to simulate runoff processes. The above models were combined to explore the effect of drainage of urban sewer system caused by tidal boundary. Nevertheless, such physical models take times as real-time formulations were calculated at the risk of the numerical divergences. Therefore, this study particularly used warning methods of design condition and current condition (Lee et al. 2011) for setting warning values of rainfall for every district of Taiwan and the study area.
This study selectedLotong Township as watershed of applied model. The results showed that the tidal variation of the Dongshan River estuary had a slight effect upon sewer system of Lotong Township. However, this study specifically developed three schemes - revise pipe, diversion flow and detention pond - for most flooding regions to effectively promote drain ability of sewer system in Lotong Township. In addition, the results indicated that the situation of overflow of every chocking manhole has been effectively improved after adjusting sewer system of Lotong Township through the schemes. As a result, the scheme of inundation reduction can provide an example for flooding and disaster prevention for Lotong Township. Consequently, this study combined the results with flash flood guidance theory to establish FFG of chocking manholes as a preference of rainfall warning value in case of flooding disaster caused by Typhoon.

摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
表錄 v
圖錄 vi
第一章導論 1
1.1 研究目的 1
1.2 前人研究 1
1.2.1都市淹水模擬之相關研究 1
1.2.2下水道演算模式之相關研究 2
1.2.3即時下水道系統淹水預警之相關研究 3
1.2.4減緩淹水之相關研究 3
1.3 研究方法 4
第二章雨水下水道演算模式 5
2.1 雨水下水道逕流模式概述 5
2.2 RUNOFF模組 5
2.3 EXTRAN模組 6
2.3.1人孔節點 7
2.3.2輸水管線 7
2.3.3滯洪設施 8
2.3.4 模組限制及設置之穩定性 9
第三章即時演算架構與雨量警戒方法 10
3.1 候選雨量站與設計條件預警 10
3.2模式演算架構 10
3.2.1模擬範圍劃分 11
3.2.2即時模式演算流程 11
3.3 現況條件雨量警戒值 12
3.3.1迅洪指標理論 12
3.3.2瓶頸人孔現況條件預警方法 12
第四章模式應用與結果分析 13
4.1 研究區域概述 13
4.2 模式建置 13
4.2.1雨水下水道模式建置 13
4.2.2街道逕流模式建置 15
4.2.3都市外降雨逕流模式與下游河川網路建置 15
4.3 模式測試與驗證 16
4.3.1質量守恆測試 16
4.3.2邊界條件之影響 16
4.3.3水位紀錄驗證 17
4.4 減緩淹水方案研擬 17
4.4.1管渠修改 18
4.4.2導流分洪 18
4.4.3滯蓄調節措施設置 19
4.4.4颱洪場次模擬 20
4.5 瓶頸人孔迅洪指標分析 20
4.6 即時演算模式之連續性驗證 21
第五章結論與建議 22
5.1 結論 22
5.2 建議 23
參考文獻 24
附錄A 街道逕流模式理論* 75
附錄B 都市外降雨逕流演算模式概述 80

表1 雨量站資料 28
表2 羅東鎮都市集水區地文因子 28
表3 雨水下水道管渠糙度係數 28
表4 各區域之演算誤差比較 29
表5 新北城雨量站Horner公式參數 29
表6 管渠增設擴建方案D1-D2測試結果 30
表7 管渠增設擴建方案C1-C2測試結果 30
表8 導流分洪方案B12-2-2 – A3測試結果 31
表9 導流分洪方案B6-1 – D5-2測試結果 31
表10 滯蓄調節措施設置方案測試結果 32
表11 梅姬颱風減緩淹水百分比 33
表12 各降雨延時下瓶頸人孔滿管之迅洪指標值 33

圖1 RUNOFF模組漫地流示意圖(James et al., 2003) 34
圖2 次集水區分區示意圖(James et al., 2003) 34
圖3 EXTRAN模組管路連結示意圖(James et al., 2003) 34
圖4 行政區即時雨量資料回傳順位 35
圖5 模式模擬範圍區分示意圖 35
圖6 即時物理演算模式流程圖 36
圖7 某特定降雨延時內之累積降雨量與尖峰流量之關係(Georgakakos, 2006) 37
圖8 滿管水位前各降雨延時之累積降雨深度 37
圖9 降雨延時與累積降雨深度之關係圖 37
圖10 宜蘭縣羅東鎮地理位置圖 38
圖11 羅東鎮各下水道排水分區及下游區排 39
圖12 下水道管渠側視圖 39
圖13 北成圳與五結圳排水分區下水道系統 40
圖14 竹林圳排水分區下水道系統 40
圖15 十六分圳排水分區下水道系統 41
圖16 冬螺圳排水分區下水道系統 41
圖17 羅東鎮街道圖 42
圖18 北成圳及五結圳排水分區之街道網路圖 43
圖19 竹林圳排水分區之街道網路圖 43
圖20 十六分圳排水分區之街道 44
圖21 冬螺圳排水分區之街道網路圖 44
圖22 流域上游集水區、支流集水區和側入流域之分區 45
圖23 羅東鎮排水圳路與冬山河河川網路 45
圖24 十六分圳入流量與出流量 46
圖25 冬山河上游段入流量與出流量 46
圖26 打那岸排水入流量及出流量 47
圖27 冬山河中游段入流量及出流量 47
圖28 冬山河下游段入流量及總出流量 47
圖29 DR56斷面於各下游邊界條件之水位歷線 48
圖30 BR82斷面於各下游邊界條件之水位歷線 48
圖31 FR1斷面於各下游邊界條件之水位歷線 48
圖32 ER1斷面於各下游邊界條件之水位歷線 49
圖33 DR1斷面於各下游邊界條件之水位歷線 49
圖34 BR1斷面於各下游邊界條件之水位歷線 49
圖35 模式驗證降雨事件場次 50
圖36 B11-3人孔於蘇利颱風紀錄模式模擬驗證結果 51
圖37 B11-3人孔於20130512至20130513降雨場次紀錄模式模擬驗證結果 51
圖38 B11-3人孔於20110309至20110310降雨場次紀錄模式模擬驗證結果 52
圖39 E-15人孔於蘇利颱風紀錄模式模擬驗證結果 52
圖40 E15人孔於20130604至20130605降雨場次紀錄模式模擬驗證結果 53
圖41 羅東鎮於梅姬颱風時實際與模擬淹水區域比較圖 53
圖42 B6-1 人孔溢流及街道水深歷線 54
圖43 B12-2-2 人孔溢流及街道水深歷線 54
圖44 各分區之重要瓶頸人孔段分布 55
圖45 B區街道B6-1 – B6及B12-2-2 – B14-1水深歷線 56
圖46 D區街道D1 – D2水深歷線 56
圖47 F區街道F1 – F2及F2 – F3水深歷線 56
圖48 D1跟D3人孔管渠修改前後溢流示意圖 57
圖49 經管渠修改前後之D1-D2管渠流量及D1人孔溢流量 58
圖50 經管渠修改前後之D2-D3管渠流量及D2人孔溢流量 58
圖51 經管渠修改前後之D3-D4管渠流量及D3人孔溢流量 59
圖52 經管渠修改前後之D1及D3人孔溢流量 59
圖53 B6-1人孔至D5-2人孔之分洪管渠位置 60
圖54 B12-2-2人孔至A3人孔之分洪管渠位置 60
圖55 設置分洪管渠前後之B6-1 – B6管渠流量 61
圖56 設置分洪管渠前後之B12-2-2 – B12-2管渠流量 61
圖57 設置分洪管渠前後之B6-1人孔溢流量及水位變化 62
圖58 設置分洪管渠前後之B12-2-2人孔溢流量及水位變化 62
圖59 B12-2-2與B12-2人孔水位歷線及流量歷線與溢流歷線比較 63
圖60 B12-2-2、B12-2及B12-3人孔水位歷線與逆流之流量歷線 63
圖61 設置分洪管渠前後之D5-2 – D5管渠流量 64
圖62 設置分洪管渠前後之A3 – A4管渠流量 64
圖63 F排水分區滯洪池相關措施配置 65
圖64 滯洪設施相關資料及管渠高程設置示意圖 65
圖65 SP1及SP2滯洪池水位歷線 66
圖66 SP1滯洪池入流量及出流量 66
圖67 SP2滯洪池入流量及出流量 66
圖68 滯洪池設置前後之F1人孔溢流量及水位變化 67
圖69 滯洪池設置前後之F2人孔溢流量及水位變化 67
圖70 滯洪池設置前後之F1– F2管渠流量 68
圖71 滯洪池設置前後之F2– F3管渠流量 68
圖72 梅姬颱風與新北城雨量站降雨強度-延時-頻率曲線 69
圖73 方案改善前後梅姬颱風造成之人孔溢流歷線對照圖 69
圖74 迅洪指標分析之雨型樣本降雨組體圖 70
圖75 竹林排水分區B6-1人孔迅洪指標分析 71
圖76 竹林排水分區B12-2-2人孔迅洪指標分析 71
圖77 北成排水分區C1人孔迅洪指標分析 71
圖78 十六分排水分區D1人孔迅洪指標分析 72
圖79 冬螺排水分區F1人孔迅洪指標分析 72
圖80 冬螺排水分區F2人孔迅洪指標分析 72
圖81 即時演算模式之水位連續性 73
圖82 即時演算模式之流量連續性 73
圖83 2013年5月23日降雨場次組體圖 74
圖84 即時演算之水位歷線 74
圖85 即時演算之流量歷線 74

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