2007-08-012024-05-17https://scholars.lib.ntu.edu.tw/handle/123456789/684143摘要：水利署鑒於防洪預警與應變作業需要，於2004-2006年期間委託台大水工所規劃「洪水預報格網」，擬透過模組化、分散演算、分散展示應用的設計，整合和改進過去研發的氣象、水文軟體，建立易於維護、自動化執行的洪水預報作業系統軟體。2007-2009年的「水文模式與分散式洪水預報系統整合應用計畫」，是在既有的基礎上，持續建置與改進。三年計畫的整體工作項目分為五項：(1)增進預報系統應用功能－新增資料品質控管，水庫洩洪決策支援功能，強化演算模組和統計分析工具模組，並將參數檢定模組改為以XML定義執行程序、遠端演算；(2)強化現有水文模式功能－開發逕流模式與河川模式參數檢定優選模式，河川模式的資料同化和逕流模式的回饋功能；(3)整合納入其他水文模式－輔助水利署其他計畫的模式開發者，撰寫格式轉譯程式和通用轉譯程式，設計新類型模式的輸入、輸出資料的XML標準檔案格式，以便納入系統運作；(4)改善分散式系統作業機制－將模組輸出入指標和執行流程指標XML化，提高中介層軟硬體作業效能，增加系統自動化運作功能等；以及(5)推廣系統應用－於計畫執行的三年期限內，開發烏溪、八掌溪、蘭陽溪和大甲溪等流域的洪水預報系統，並透過教育訓練輔助水利署各河川局與水資源局應用，達到支援防洪應變的效益。 　　2007年的計畫工作項目條列於第一章；計畫的各項新建和改善功能，除了工作成果納入「分散式洪水預報系統」作業外，本報告第二章到第九章中說明工作內容與方法，並於第十章彙整、以表列方式呈現計畫工作成果。摘錄第二章到第九章的主要成果如下： 　　第二章：基於2006年已完成，利用「可延伸標示語言」XML (eXtensible Markup Language)制定水文模式間資料交換的標準格式檔案和通用轉譯封套(General Adapter Wrapper)；本年度以XML定義洪水預報工作執行程序(workflow)的綱目(schema)，並據以設計可彈性串接不同水文模式的洪水預報工作執行程序腳本。配合改進的系統功能方面，包括利用.net在Broker Server開發完成workflow XML組成程式，完成計算資源端解讀與執行XML描述內容，完成自動化執行洪水預報的腳本與系統功能，並於2007年汛期當中實際應用。 　　第三章：基於2006年開發的可跨臨界流演算的NewC法河川模式，本年度增加橋樑河川水工構造物模組，完成淡水河流域各橋樑的基本屬性建檔以及模式測試作業。此外，研發利用觀測水位更新狀態變數之河川模組，「更新」洪水預報各水文模式的狀態變數時，輸入觀測水位紀錄，模式即自動啟動，利用有效的水位觀測紀錄分段修正側入流量，降低側入流誤差的影響，改進下次預報的河川狀態變數；執行「預報」時，不輸入觀測水位紀錄，河川模式即不會修正側入流量。 　　第四章：完成烏溪流域基本資料蒐集；利用GIS工具劃分烏溪流域子集水區，建立各子集水區和QPESUMS系統降雨網格的映射關係檔案，以及地貌型逕流模式參數；以NewC河川模式建置烏溪流域河川模組的各屬性資料檔案；利用2007年10月5-6日的柯羅莎颱風事件觀測資料，初步檢定逕流和河川參數。系統建置部份包括：建立即時水文氣象資料庫，自動化擷取即時資料功能，編撰洪水預報的「工作執行程序腳本」，增設烏溪流域洪水預報成果展示元件等。 　　第五章：設計開發淡水河流域石門與翡翠兩水庫聯合洩洪的決策支援計算與展示模組。模組功能包括兩個水庫分別按照規線操作原則，先以完整的基本洪水預報程序計算一組洩洪量後，再分別以兩種減少、兩種增加洩洪量的方式，計算24次水庫上游河川與水庫的聯合演算模組，以及下游河川模組的額外運算，共計算25組聯合洩洪組合。完成後，可再將水庫洩洪相關水文資料下載至使用者端，參考不同洩洪量組合對於各水位站水位的影響，使用者再手動建立洩洪方案，評估方案對應的河川水位。系統建置部份包括：制定本地端Access資料庫綱目、改變中介服務層資料庫綱目、增設專屬的多頁面CIA展示元件，制定專屬的XML工作執行程序腳本，增加本地端手動建立洩洪方案的輸入、輸出、演算和展示機制等。 　　第六章：針對水位觀測資料和小時降雨量，開發即時水文資料品質檢覈模組。水位檢覈採用水位和水位時變率的合理數值，制定「軟性」和「硬性」標準，建立自動化檢覈、標示資料的條件建立水位品質檢覈模組。小時降雨量採用克利金內插法，計算各雨量站未經檢覈的即時小時降雨量的信心區間，再以經過中央氣象局檢覈過的正確小時降雨量比對，決定正確檢覈率，調整參數最佳化所有測站的平均正確檢覈率，同時計算個別測站的正確判斷率，提供使用者判斷即時資料品質參考。 　　第七章，開發氣候法颱風降雨趨勢推估誤差的分析與展示模組。並將誤差按照兩項主要誤差來源作誤差原因分析，包括：氣象單位預報的路徑與強度誤差，和氣候模式本身預報能力的誤差。系統建置部份，完成氣候法颱風降雨趨勢推估的誤差分析模組及展示介面，並於2007年多次颱風事件時應用。 　　第八章，協助將成功大學蔡長泰教授團隊研發之「地文性排水淹水模式」嵌入分散式洪水預報系統，自動化執行演算。系統建置部份包括：撰寫將該模包裝為「模組」的前轉接、後轉接程式，XML的通用轉譯封套與工作執行程序腳本，自動化擷取模式需要的水文氣象資料，改寫資料庫綱目容納模式輸入、輸出資料，另外製作二維淹水模擬展示畫面。<br> Abstract: 　　During the 2004-2006, Water Resources Agency commissioned The Hydrotech Research Institute of National Taiwan University to develop “Flood Forecasting Grid” to satisfy the operation needs for flood early warning and mitigation. The key elements of the system include modulization, distributed computing, distributed application design. The system is also expected to integrate and improve the algorithms of the meteor- and hydrology software for easy maintenance and auto-execution. Based on these established results, the 2007-2009 “Integration and application of hydrologic models and the distributed flood forecasting system” project is to further develop the system by completing the following 5 sub-systems. They are: (1) improving the mechanism within the Distributed Flood Forecasting System (DFFS); (2) strengthening the existing hydrologic models; (3) enhancing the functions of the forecasting system; (4) help modularizing alien hydrologic models and integrating them into the system; and (5) spreading the system applications to other watersheds. The main accomplishments for this fiscal year are: 　　For sub-system (1), we design and develop the workflow schema in eXtensible Markup Language, or XML. Combined with the XML General Adapter Wrapper and standard exchange files developed last year, the state updating and flood forecast procedures can be coded into XML scripts in a modular and flexible way. A workflow configuration module is constructed for the Windows based Broker Server to acquire data and parameters from Data Server for workflow script assemblage. A corresponding parsing module is written for Windows based computing facility server. It will translate the XML workflow script into Windows command or Linux commands and execute accordingly at the computing facility. An auto-execution version of this system is developed before and tested during the 2007 flood period. 　　For sub-system (2), we add bridge module to the NewC channel flow model developed in 2006. The parameters of major bridge at Danshui River are established. We develop a stage data assimilation algorithm based on the assumption that uncertainty is mainly from lateral inflow hyetograph. The data assimilation module is tested during 2007 flood period and is shown to provide improved accuracy. 　　For sub-system (3), three modules are developed this year. They are: the decision-support module for jointly flood discharge operation of Shihmen and Feishui reservoirs; the Quality Assurance and Quality Control (QA & QC) modules for real-time river stage data and gauge hourly rainfall observation data, respectively; and the error analysis module to separate the error due to typhoon route forecast from error of Typhoon Climatology Quantitative Precipitation Forecasting model. For sub-system (4), we help Professor C.-T. Tsai of National Cheng-Kung University to modularize their Physiographic Drainage and Inundation Model, acquire real-time atmospheric/hydrology/oceanic as the model input data, develop graphical user interface module for display. The model can now be run automatically. 　　For sub-system (5), we constructed the flood forecasting model parameters for Wushi, including, divide sub-watersheds, runoff routes and link them to channels, prepare the cross-section data and hydraulic structures for channel routing model, etc. A preliminary parameter calibration is carried out using the October 5-6, 2007 typhoon Krosa data.分散式系統洪水預報distributed systemflood forecasting