臺灣博碩士論文加值系統

本研究嘗試整合HEC-RAS與FLO-2D兩個模式應用於淹水模擬，並以高雄典寶溪區域排水為研究案例，該集水區地勢低緩且受潮位影響，漫地流積水宣洩本已不易，若豪雨帶來大量之山區逕流或相鄰海域之颱風暴潮上溯，常因外水高漲內水宣洩困難而淹沒成災。因此，當颱風事件發生時需藉由可靠的淹水模式，分析下游平緩地區之淹水範圍及深度，以供低窪地區警戒參考。
本研究方法整合修正三角形單位歷線、水理模式和淹水模式，分析洪氾區之淹水情形。由於渠流區塊與漫地流區塊交界面有水流交換問題存在，為了解決此內外水平衡問題，本研究分別使用HEC-RAS模擬渠流水位及FLO-2D模擬漫地流水位，再比較兩個模擬水位推求漫地流出流歷線，將出流歷線考慮入FLO-2D淹水模式並模擬流域的淹水範圍及深度。首先探討不同空間解析度對淹水模擬結果之影響，在考慮演算時間及模擬精度下，60公尺×60公尺空間解析度具有最佳模擬結果，再與地文性區域淹排水模式模擬結果比對，顯示整合HEC-RAS與FLO-2D有合理淹水範圍及模擬結果。本研究分別採用民國97年卡玫基颱風、民國98年莫拉克颱風及民國99年凡那比颱風之淹水情形作為驗證事件。根據現勘調查結果與模擬結果比對，顯示本研究所整合HEC-RAS與FLO-2D可合理地模擬出此區域之淹水情形及範圍。

This study aims to integrate HEC-RAS and FLO-2D models for inundation simulation and assess their performances. The study area focuses on the regional drainage of Dianbao River in Kaohsiung whose low-relief catchment is easily affected by tide level and is hard to drain overland flow properly. In the event that large mountain runoff or storm surge resulting from intense rainfall happens, the catchment often suffers from serious inundation due to the rise of external floodwater and the blocked drainage of internal floodwater. Thus, by analyzing the inundation depth and extent of downstream flat region, a reliable inundation model can act as an early warning system and future reference for the lowland responsing to typhoon events.
This study integrated Triangular Unit Hydrograph, hydraulic model and inundation model to analyze the flood conditions in the inundation areas. To solve the exchange problem between channel and overland flow, this study compared different water levels simulated by HEC-RAS and FLO-2D to obtain the water level hydrograph. By introducing water level hydrograph into FLO-2D, we calculated the inundation extent and depth. Various spatial resolutions were investigated in this study to assess the effect on inundation simulations. In consideration of simulation time and its accuracy, our result indicated that 60m × 60m grid resolution has the best optimal simulation result. The result of the comparison of two simulated inundation maps between FLO-2D model and physiographic inundation-drainage model is that the integration of HEC-RAS and FLO-2D has reasonable inundation extent and simulation results Typhoon Kalmaegi in 2008, Morakot in 2010 and Fanapi in 2011 are further chosen as validation events. According to the comparison between the simulated inundation map and the field survey, we could find out that the integration of HEC-RAS and FLO-2D can reasonably simulate the inundation extent and depth in this area.

摘要 I
Abstract III
誌謝 V
目錄 VII
表目錄 IX
圖目錄 XI
第一章 緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 本文組織架構 8
第二章 研究區域概述與資料收集 10
2-1 地文概述 10
2-2 水文概述 16
2-3 歷年治理規劃及實施計畫成果 17
2-4 河道基本資料收集 19
2-5 歷年淹水災害調查 26
2-6 水文模組概念及範圍 32
第三章 水文模組介紹 33
3-1 降雨逕流分析理論介紹 33
3-1-1 重現期流量推估 35
3-2 水理模式理論介紹 40
3-2-1 變量流河道演算 44
3-2-2 歷年颱洪暴雨之驗證 47
3-2-3 變量流河道演算成果 49
3-3 淹水模式理論介紹 53
3-3-1 淹水模式建置 56
第四章 模式整合之應用 61
4-1 內外水平衡 61
4-2 淹水模式之應用與分析 68
4-2-1 不同空間解析度對淹水模擬之影響 68
4-2-2 歷年颱洪暴雨之驗證 73
4-2-3 不同淹水模式模擬結果比對 75
4-2-4 不同重現期距降雨之模擬成果 79
第五章 結論與建議 82
5-1 結論 82
5-2 建議 82
參考文獻 84
附錄 89
A.過往典寶溪流域水文分析之成果 89

1.交通部運輸研究所港灣技術研究中心，2011，「河道水位與橋墩沖刷推估模式之建立研究」。
2.江明晃，2006，「台中市區數值地形解析對淹水模擬結果之比較」，國立台灣大學生物環境系統工程學系碩士論文。
3.吳馥光，2003，「沿海低地之豪雨暴潮淹水現象之研究」，國立成功大學水利及海洋工程學系碩士論文。
4.李光敦，2007，水文學，五南圖書公司。
5.李光敦、何曜顯，2004，「納莉颱風期間基隆河水位之數值模擬與分析」，台灣水利52(2)，頁1-8。
6.林昭遠、陳禹成、莊智瑋，2009，「應用植生指標萃取淹水區位曼寧粗糙係數之研究」，水土保持學報41(2)，頁181-196。
7.許銘熙、鄧慰先、李明旭、柳文成，1994，「八掌溪流域地表淹水預報模式之研究(一)」，行政院國家科學委員會。
8.許銘熙、鄧慰先、李明旭、柳文成，1994，「八掌溪流域地表淹水預報模式之研究(一)」，行政院國家科學委員會。
9.郭俊超，2003，「鹽水溪上游土地改變影響及非工程減洪方法評估」，國立成功大學水利及海洋工程學系碩士論文。
10.陳伸安，2006，「二維水理棲地模式運用於南崁溪生態規劃之研究」，國立中央大學土木工程學系碩士論文。
11.陳昀瑛，2011，「動態淹水預警之降雨門檻值的研究」，國立台北科技大學土木與防災研究所碩士論文。
12.陳金諾，2006，「洪水對河道沖淤及棲地影響之研究」，國立成功大學水利及海洋工程學系博士論文。
13.陳為宇，2003，「三角形單位歷線之修正與探討」，中原大學土木工程學系碩士論文。
14.陳瑞宗，2003，「結合HEC-RAS模擬與GIS模擬洪災之研究-以筏子溪為例」，國立中興大學水土保持學系碩士論文。
15.陳萱蓉、夏禹九，2000，「農業非點源汙染模式應用於河川保護帶配置上之探討」，水土保持學報31(1)，頁1-12。
16.湯嘉芸、謝平城、林俐玲，2007，「FLO-2D與HEC-GeoRAS應用於敏督利颱風造成南湖溪淹水之模擬」，水土保持學報39(1)，頁87-96。
17.黃志偉，2003，「平原地區排水路集水區之研究」，國立成功大學水利及海洋工程學系碩士論文。
18.黃奕璋，2007，「極端降雨事件分散式集水區逕流模式」，國立中央大學水文與海洋科學研究所碩士論文。
19.楊錦釧，1988，「非穩定流飄砂輸送之模式」，行政院國家科學委員會專題研究計劃報告。
20.經濟部水利署，2003，「台灣地區雨量測站降雨強度-延時Horner公式分析」。
21.經濟部水利署，2009，「98年重大水旱災勘查服務團計畫」，財團法人成大研究發展基金會。
22.經濟部水利署，2011，「沿海低地排水系統淹水預警模式之研究-二仁溪以南至林邊溪(1/2)」，財團法人成大研究發展基金會。
23.經濟部水利署，2011，「氣候變遷對水旱災災害防救衝擊評估研究計畫(2/2)」，財團法人成大研究發展基金會。
24.經濟部水利署水利規劃試驗所，2003，「台灣地區重要河川單位歷線模式應用研究-鹽水溪流域」，經濟部水利署。
25.經濟部水利署水利規劃試驗所，2006，「河川治理及環境營造規劃參考手冊」，經濟部水利署。
26.經濟部水利署水利規劃試驗所，2006，「區域排水整治及環境營造規劃參考手冊」，經濟部水利署。
27.經濟部水利署水利規劃試驗所，2008，「高雄地區典寶溪排水系統整治及環境營造規劃報告」，經濟部水利署。
28.經濟部水利署水利規劃試驗所，2009，「典寶溪排水治理計畫」，經濟部水利署。
29.經濟部水利署水利規劃試驗所，2009，「流域數值地形系統淹水模組開發及建置之研究-以大里溪流域為例(1/3)」，國立台灣海洋大學。
30.經濟部水利署水利規劃試驗所，2010，「流域數值地形系統淹水模組開發及建置之研究-以大里溪流域為例(2/2)」，國立台灣海洋大學。
31.經濟部水利署水利規劃試驗所，2011，「台灣地區主要河川流域水文與水理設計分析系統平台建立(1/3)」，國立台灣海洋大學。
32.經濟部水利署水利規劃試驗所，2011，「典寶溪排水都會區空間規劃之研究」，巨廷工程顧問股份有限公司。
33.葉宗泰，2003，「石門水庫集水區降雨逕流模擬」，國立中央大學土木工程研究所碩士論文。
34.劉原銘，2010，「雙溪及磺溪之淹水災害的影響因素研究」，淡江大學水資源及環境工程學系碩士論文。
35.蔡長泰，1981，「沖積河川變量流之模擬」，國立成功大學土木工程學系博士論文。
36.蔡長泰、顏沛華、呂育勳、陳聰智、莊仕城，1988，「濁水溪潰堤演算模式之初步研究」，行政院國家科學委員會防災科技研究報告75-37號。
37.蕭芥欽，2008，「豆子埔溪集水區淹水潛勢之研究」，逢甲大學水利工程與資源保育學系碩士論文。
38.謝平城，1997，明渠水力學，曉園出版社有限公司。
39.顏清連、許銘熙、陳昶憲、賴進松，1986，「淡水河系洪水演算模式(四)堤防潰決洪流模式之建立」，行政院國家科學委員會防災科技研究報告75-19號。
40.顏瑞龍，2007，「東港溪流域淹水模擬與消洪策略分析」，國立屏東科技大學土木工程系碩士論文。
41.蘇明道、李光敦、呂建華，2000，「淹水模式基本數值地理資訊系統之建立(一)」，防災專案計畫成果研討會論文集第一冊，頁11-1-16。
42.Butt, M. J.,Umar, M. and Qamar, R. (2013), “Landslide dam and subsequent dam-break flood estimation using HEC-RAS model in Northern Pakistan, Natural Hazard, 65(1), 241-254.
43.Chang, H. H., and Hill, J. C. (1976), “Computer modeling of erodible flood channels and deltas, Journal of Hydraulics Division, 102, 1461-75.
44.Chow, V. T. (1959), Open-Channel Hydraulics, McGraw-Hill, Inc.
45.Crawford, N., H. and Linsley, R., K. (1966), Digital Simulation in Hydrology: Stanford Watershed Model IV, Technical Report No. 39, Department of Civil Engineering, Stanford University, pp.210.
46.Cunge, J.A. (1980), “Unsteady Flow in open channel, Water Resource, 705-762.
47.Fletcher, C. A. J. (1990), Computational Techniques for Fluid Dynamics, Volume I(2nd ed), New York: Springer-Velag.
48.Fry, B. E., Ward, A. and King, K. W. (2012), “The frequency of channel-forming discharge in a tributary of Upper Big Walnut Creek, Ohio, Journal of Soil and Water Conservation , 67(3), 173-182.
49.Hydrologic Engineering Center (2002), HEC-RAS River Analysis System:Hydraulic Reference Manual, California:U. S. Army Corps of Engineers,Davis.
50.Inove, K., Iwasa, Y., and Matsuo, N. (1987), “Numercial analysis of two-dimensional free surface flow by means of finite difference Method and its application to practical problems,ROC-Japan Joint Seminar on Water Resource Engineering.
51.Jin, M. and Fread, M. L. (1997), “Dynamic flood routing with explicit and implicit numberical solution schemes, Journal of Hydraulic Engineering, 123(3), 166-173.
52.Liang, Q., Du, G., Hall, J. W. and Brothwick, A. G. L. (2008), “Flood inundation modeling with an adaptive quadtree grid shallow water equation solver, Journal of Hydraulic Engineering, 134(11), 1603-1610.
53.McCuen, R. H. (1988), Hydrologic Analysis and Design, Prentice Hall, New Jersey.
54.O’Brien, J. S. (2009), FLo-2D Users Manual, Version 2009,Nutrioso:Flo engineering.
55.O’Brien, J. S., Julien, P. J. and Fullerton, W.T. (1993), “Two-dimensional water flood and mudflow simulation, Journal of Hydraulic Engineering, 119(2), 244-261.
56.Ponce, V. M. and Theurer, F. D. (1982), “Accuracy criteria in diffusion routing, Journal of Hydraulic Engineering, 108(6), 747-757
57.Sherman, L. K. (1932), “Streamflow from rainfall by the unit-graph method, Engineering News-Record, 108, 501-505.
58.Soil Conservation Service (1972), National Engineering Handbook,Hydrology,U. S. Department of Agriculture, available from U.S. Government Printing Office, Washington, D. C.
59.US Army Corps of Engineers Hydrologic Engineering Center (2000), Hydrologic System Hec-HMS Technical Reference Manual.
60.Woolhiser, D., A. (1975), Unsteady Flow in Open Channels: Simulation of unsteady overland flow, Water Resources Publications, pp.485~508.
61.Yang, J., Townsend, R. D. and Daneshfar, B. (2006), “Applying the HEC-RAS model and GIS techniques in river network floodplain delineation, Canadian Journal of Civil Engineering, 33(1), 19-28.