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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王嘉和
研究生(外文):Chia-Ho Wang
論文名稱:新一代都會區地表與雨水下水道水流互動之淹水模擬
論文名稱(外文):A New Approach to Model Dynamic Flow Interactions between Storm Sewer System and Overland Surface in Urban Areas
指導教授:張倉榮張倉榮引用關係
口試委員:許銘熙葉克家郭志禹陳宣宏
口試日期:2015-05-30
學位類別:博士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:生物環境系統工程學研究所
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:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:71
中文關鍵詞:分離演算交互演算屋頂排水漫地流雨水下水道
外文關鍵詞:Coupled 1D/2D flood modelDynamic flow interactionOverland flowRoof drainageStorm sewer flow
相關次數:
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本研究開發了一種新的二維淹水模式結合一維雨水下水道模式之特殊交互演算模式,其模式可以依據不同的土地覆蓋情況給予不同的一維雨水下水道與二維地表漫地流結合方法。當降雨落在道路、廣場、人行道時,降雨在進入雨水下水道系統前會以地表漫地流形式流入集流器,降雨所形成的地表漫地流過程在二維淹水模式中直接模擬,當地表漫地流經集流器進入雨水下水道系統,被視為進入一維下水道模式;而當降雨落在綠地,則直接以二維淹水模式模擬二維地表漫地流;若降雨下在建築物屋頂時,於模式中直接將雨水從屋頂排入雨水下水道之中,因此,於建築物區域二維網格只作為一維雨水下水道模式之水文區域畫分,此時建築物區域不進行二維淹水模式演算。
當雨水下水道系統流量超過其容量時,會於人孔產生溢流現象,從一維雨水下水道模式以一點源流量輸入二維淹水模式之中,當人孔溢流量進入二維淹水模式時,會因其二維地表高程、水位差而產生二維漫地流,當此水流流經一個未滿管之下水道系統時,會再次返回雨水下水道系統中,並進行下一時間之一維雨水下水道演算。
本研究利用此新模式進行與其他五種都會區淹水模式進行比較,並以4場淹水事件進行模擬與分析,根據模擬結果發現此新模式所模擬的4場淹水事件均較接近實際淹水調查記錄,因為此模式於都會區有較符合實際物理機制的表現。


In this study, we developed a novel approach to simulate dynamic flow interactions between storm sewers and overland surface for different land covers in urban areas. The proposed approach couples the one-dimensional (1D) sewer flow model (SFM) and the two-dimensional (2D) overland flow model (OFM) with different techniques depending on the land cover type of the study areas. For roads, pavements, plazas, and so forth where rainfall becomes surface runoff before entering the sewer system, the rainfall-runoff process is simulated directly in the 2D OFM, and the runoff is drained to the sewer network via inlets, which are regarded as inputs to the 1D SFM. For green areas where rainfall falls into the permeable ground surface and the generated direct runoff traverses terrain, the deduction rate is applied to the rainfall for reflecting the soil infiltration in the 2D OFM. For flat building roofs with drainage facilities allowing rainfall to drain directly from the roof to sewer networks, the rainfall runoff process is simulated using the hydrological module in the 1D SFM where no rainfall is applied to these areas in the 2D OFM. The 1D SFM is used for hydraulic simulations in the sewer network. Where the flow in the drainage network exceeds its capacity, a surcharge occurs and water may spill onto the ground surface if the pressure head in a manhole exceeds the ground elevation. The overflow discharge from the sewer system is calculated by the 1D SFM and considered a point source in the 2D OFM. The overland flow will return into the sewer network when it reaches an inlet that connects to an un-surcharged manhole. In this case, the inlet is considered as a point sink in the 2D OFM and an inflow to a manhole in the 1D SFM. The proposed approach was compared to other five urban flood modelling techniques with four rainfall events that had previously recorded inundation areas. The merits and drawbacks of each modelling technique were compared and discussed. Based on the simulated results, the proposed approach was found to simulate floodings closer to the survey records than other approaches because the physical rainfall runoff phenomena in urban environment were better reflected.

摘要 I
Abstract II
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究目的 7
第二章 研究方法 9
2.1 一維雨水下水道模式 9
2.2 二維地表漫地流模式 18
2.3 模式銜接 21
第三章 研究區建置與淹水事件 25
3.1 研究區概述 25
3.2 資料蒐集 28
3.3 淹水事件 33
3.3.1短延時降雨淹水事件 33
3.3.2長延時颱風淹水事件 38
第四章 淹水模式說明與分析 42
4.1 淹水模式 42
4.1.1 單純二維地表淹水模式 42
4.1.2 二維地表淹水模式與降雨扣減之演算模式 43
4.1.3 一維雨水下水道系統與二維地表淹水模式之分離演算模式 44
4.1.4 二維地表淹水模式與一維雨水下水道系統之半交互演算模式 45
4.1.5 二維地表淹水模式結合一維雨水下水道模式之交互演算 47
4.1.6 二維地表淹水模式結合一維雨水下水道模式之特殊交互演算 49
4.2 淹水評估方法 50
4.2.1 準確度(Accuracy;ACC) 51
4.2.2 敏感度(Sensitivity (True Positive Rate; TPR)) 52
4.2.3 精確度(Precision (Positive predictive value; PPV)) 52
4.3 淹水事件分析 53
4.3.1準確度比較 58
4.3.2 敏感度與精確度比較 59
第五章 結論與建議 62
5.1 結論 62
5.2 建議 64
參考文獻 65


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