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研究生:林吉堃
研究生(外文):Chi-Kun Lin
論文名稱:都會區快速淹水模擬模式之研發與應用
論文名稱(外文):Development and Application of Rapid Flood Inundation Simulation Model in Urban Areas
指導教授:張倉榮張倉榮引用關係
口試委員:許銘熙高宏名王嘉和
口試日期:2018-07-30
學位類別:碩士
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:2018
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:82
中文關鍵詞:細胞自動機二維快速漫地流模式交互演算都會區快速淹水模式
相關次數:
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近年來發生極端降雨事件的頻率增加,使得都會區淹水災害事件頻傳,藉由淹水模擬結果提供防洪防災工作之參考,可有效降低災害帶來的生命財產損失。現今都會區淹水模式發展已逐漸成熟,其多以求解淺水波方程式之二維傳統漫地流模式耦合一維雨水下水道模式並以雙向交互演算進行兩者之銜接,其可合理模擬都會區之淹水情況。然而,現今都會區淹水模式因其二維傳統漫地流模式的計算時間較長而導致其仍無法大量運用於即時預報,目前多運用於事前模擬。
本研究以細胞自動機(Cellular automata)之理論發展二維快速漫地流模式,利用簡易之水體傳輸規則來近似動量方程式,並將其與一維雨水下水道模式耦合,此兩模式間為雙向交互演算,以此建構都會區快速淹水模式。至於目前以淺水波方程式求解地表水體運動的都會區淹水模式,則統稱為都會區傳統淹水模式。
本研究以臺北市文山區木柵次分區為研究區域,透過兩場短延時強降雨事件進行都會區快速淹水模式與都會區傳統淹水模式之比較。結果顯示,都會區快速淹水模式能得到與都會區傳統淹水模式非常相近的結果,且運算速度上其模擬時間只需要都會區傳統淹水模式的15%,顯示本研究所發展之都會區快速淹水模式能取代都會區傳統淹水模式。
In recent years, urban flooding caused by heavy intensity rainfalls has occurred more frequently, since the frequency of extreme rainfall events is increasing. The loss of life and properties could be effectively reduced by urban flooding simulation, which provides reference for flood and disaster prevention. Nowadays, the urban flood inundation models have gradually matured. Most of them couple the one-dimensional (1D) sewer flow model (SFM) and the two-dimensional (2D) overland flow model (OFM) to simulate dynamic flow interactions between storm sewers and overland surface. They can reasonably simulate the flooding of urban areas. However, urban flood inundation model nowadays is often used for pre-simulating instead of real-time forecasting due to long simulation time for two-dimensional overland model.
In this study, we first utilize the concept of cellular automata to propose a two-dimensional rapid overland flow model with a simple water transition rule instead of solving the momentum equation. The proposed two-dimensional rapid overland flow model is then coupled with the one-dimensional (1D) sewer flow model to simulate the dynamic flow interactions between storm sewers and overland surface, and thus constructing our rapid urban flood inundation model. As for urban flood inundation model that solves the shallow water equations is herein called the traditional urban flood inundation model.
In this study, the Muzha sub-catchment area of Wenshan District, Taipei City is selected as the research area. Two short duration heavy intensity rainfall events are used to compare the proposed rapid urban flood inundation model and the traditional urban flood inundation model. The comparison results show that the proposed model can provide considerably good simulated results to those of the traditional model. Besides, the simulation time of the proposed model is only 15% of the traditional model. It is evident that the proposed model can be a useful alternative of the traditional model.
摘要 I
Abstract II
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 1
1.3 研究目的 12
1.4 研究流程 13
第二章 研究方法 16
2.1 一維雨水下水道模式 16
2.2 二維快速漫地流模式 22
2.3 二維傳統漫地流模式 31
2.4 模式銜接 34
2.5 淹水模式評估方法 37
2.5.1 準確度 38
2.5.2 敏感度 39
第三章 研究區域建置與淹水事件 41
3.1 研究區域概述 41
3.2 資料蒐集 43
3.3 淹水模式建置 48
3.4 歷史淹水事件 48
3.4.1 降雨資料 50
3.4.2 淹水調查範圍 51
3.4.3 下水道水位 53
第四章 淹水模式檢定驗證與模式比較 54
4.1 淹水範圍定義 54
4.2 淹水模式檢定 55
4.3 淹水模式驗證 57
4.4 淹水模式比較 59
第五章 結論與建議 69
5.1 結論 69
5.2 建議 71
參考文獻 72
附錄A 都會區快速淹水模式模擬結果 78
附錄B 都會區快速淹水模式檢定評估 82
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