許銘熙臺灣大學：生物環境系統工程學研究所陳志鴻Chen, Chih-HungChih-HungChen2007-11-272018-06-292007-11-272018-06-292005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/56045由於國內經濟的迅速成長，人口急遽增加，使得近年來各地區都市化的現象日益顯著；因之，有關洪水災害的問題亦日趨重要，尤其當雨季來臨，特別是颱風帶來之豪雨及夏季午後之暴雨，若所挾帶之降雨強度超過現有水利設施之設計容量時，而會造成淹水水患。 本研究主要目的，為利用荷蘭近年研發的SOBEK模式進行台中都會區之淹水模擬，並以發生於民國九十年桃芝颱風和納莉颱風對台中都會區所造成的洪災進行檢定驗證，研究過程中並蒐集研究區域各項地文、水文資料，與歷史颱風事件所造成的淹水範圍等相關資料進行分析。模式中包含了一維渠流模式和二維漫地流模式兩部分：一維渠流模式可以模擬暴雨期間天然河川主、支流之水深與流量及雨水下水道流況與人孔溢流量；二維漫地流模式則可模擬暴雨期間地表漫地流流況與洪泛淹水情形。 完成檢定驗證後的模式首先應用於建立台中都會區的淹水潛勢圖，再用以評估台中都會區雨水下水道系統對於淹水的改善程度，並且以台北縣三重蘆洲的模擬結果作為雨水下水道效能的驗證。研究成果將可提供都市區進行淹水研究時，在缺乏雨水下水道相關資料情況下，作為淹水模擬研判之參考。Because of the growth of economics and population, the phenomenon of urbanization in Taiwan becomes more significant.　The storms caused by typhoons take place in summer or autumn seasons that existing hydraulic facilities often cannot meet the demand and urban inundation results. The SOBEK model developed by the WL|Delft Inc, the Netherlands, is selected for simulation inundation potentials in this study . The model is calibrated and verificated based on the typhoons Toraji and Nari in 2001, respectively . The inundation-related information, including the geographic and hydrological data, historical flood area records, of the Taichung City and its surrounding drainage basins were collected for detailed analysis. The inundation model includes the one-dimensional channel flow model and the two-dimensional overland flow model . The former calculates the water depth and the discharge in natural streams and the surcharges and the discharge in sewer system while the storm takes place . The latter is used to simulate the overland flow pattern and the inundation depth in the study area . After the processes of calibration and verification the model is used to establish the inundation potential map in Taichun City , and then to evaluate the effect of sewer system distributions in the drainage areas of the Taichung City . Finally , the simulations of Sanchung City and Luchou City were used to verificate the results .謝 誌 I 摘 要 Ⅱ Abstract Ⅲ 目 錄 Ⅳ 表 錄 Ⅵ 圖 錄 Ⅷ 第一章 緒論 1 1-1 研究目的 1 1-2 前人研究 2 第二章 雨水下水道系統 4 2-1 雨水下水道系統的設計 4 2-1-1 管件設計與流速限制 4 2-1-2 管件的管徑大小 5 2-2 台灣各城市雨水下水道管件特性 5 第三章 研究區域概況 7 3-1 地理位置及地形 7 3-2 水系及水文概況 7 3-3 水位及降雨監測系統 8 第四章 演算模式及資料輸入 10 4-1 淹水模式理論 10 4-1-1 一維渠流模式 10 4-1-2 二維漫地流模式 12 4-2 研究區域資料蒐集與建置 13 4-2-1 地形高程 14 4-2-2 河道及相關水利設施資料 14 4-2-3 下水道資料 14 4-2-4 水文資料 15 第五章 模式的檢定、驗證與應用 17 5-1 模式檢定 17 5-1-1 SOBEK模式敏感度分析 17 5-1-2 SOBEK模式檢定 19 5-2 模式驗證 20 5-2-1 納莉颱風事件驗證 20 5-3 模式應用 22 第六章 雨水下水道效用評估 23 6-1 雨水下水道評估方法 23 6-1-1 雨水下水道密度 24 6-1-2 不同土地利用淹水面積比率 24 6-1-3 不同土地利用淹水體積比率 25 6-2 台中都會區雨水下水道效能之評估 25 6-2-1 雨水下水道密度大小和淹水面積的關係 25 6-2-2 台中都會區雨水下水道改善淹水面積之效能 26 6-2-3 台中都會區雨水下水道改善淹水體積之效能 27 6-2-4 台中都會區雨水下水道對流域排水量之影響 28 6-3 三重蘆洲地區雨水下水道效能之評估 29 6-3-1 三重蘆洲區域概述 29 6-3-2 三重蘆洲雨量、地形及抽水站資料 30 6-3-3 三重蘆洲地區雨水下水道改善淹水面積之效能 30 6-3-4 三重蘆洲地區雨水下水道改善淹水體積之效能 31 6-4 結果與討論 32 第七章 結論與建議 34 7-1 結論 34 7-2 建議 35 參考文獻 36 附錄A SOBEK模式 39 表2-1 台灣地區各城市雨水下水道的各管徑長度和比例 51 表2-2 台中都會區三分區雨水下水道的各管徑長度和比例 51 表4-1 研究區域淹水模擬各分區建置之排水路 51 表4-2 研究區域各重現期一日暴雨量 52 表4-3 台中站設計雨型 52 表4-4 研究區域各重現期一日暴雨逐時雨量 53 表4-5 各分區河川下游邊界中條件 54 表5-1 一般地表曼寧糙度值建議使用範圍 54 表5-2 各土地利用型態地表曼寧糙度值之敏感度分析 55 表5-3 不同曼寧參數值之模擬淹水面積比較表 55 表5-4 不同曼寧參數值模擬桃芝颱風淹水格網比較表(和調查資料比較) 55 表6-1 筏子溪分區淹水模擬結果面積統計(重現期距5yr) 56 表6-2 筏子溪分區淹水模擬結果面積統計(重現期距10yr) 56 表6-3 筏子溪分區淹水模擬結果面積統計(重現期距25yr) 56 表6-4 筏子溪分區淹水模擬結果面積統計(重現期距50yr) 57 表6-5 筏子溪分區淹水模擬結果面積統計(重現期距100yr) 57 表6-6 筏子溪分區淹水模擬結果面積統計(重現期距200yr) 57 表6-7 旱溪分區淹水模擬結果面積統計(重現期距5yr) 58 表6-8 旱溪分區淹水模擬結果面積統計(重現期距10yr) 58 表6-9 旱溪分區淹水模擬結果面積統計(重現期距25yr) 58 表6-10 旱溪分區淹水模擬結果面積統計(重現期距50yr) 59 表6-11 旱溪分區淹水模擬結果面積統計(重現期距100yr) 59 表6-12 旱溪分區淹水模擬結果面積統計(重現期距200yr) 59 表6-13 大里溪分區淹水模擬結果面積統計(重現期距5yr) 60 表6-14 大里溪分區淹水模擬結果面積統計(重現期距10yr) 60 表6-15 大里溪分區淹水模擬結果面積統計(重現期距25yr) 60 表6-16 大里溪分區淹水模擬結果面積統計(重現期距50yr) 61 表6-17 大里溪分區淹水模擬結果面積統計(重現期距100yr) 61 表6-18 大里溪分區淹水模擬結果面積統計(重現期距200yr) 61 表6-19 全區淹水模擬結果面積統計(重現期距5yr) 62 表6-20 全區淹水模擬結果面積統計(重現期距10yr) 62 表6-21 全區淹水模擬結果面積統計(重現期距25yr) 62 表6-22 全分區淹水模擬結果面積統計(重現期距50yr) 63 表6-23 全區淹水模擬結果面積統計(重現期距100yr) 63 表6-24 全區淹水模擬結果面積統計(重現期距200yr) 63 表6-25 筏子溪分區各case之下水道體積和下水道密度 64 表6-26 旱溪分區各case之下水道體積和下水道密度 64 表6-27 大里溪分區各case之下水道體積和下水道密度 64 表6-28 全區不同土地利用面積統計 65 表6-29 旱溪分區不同土地利用面積統計 65 表6-30 旱溪各土地利用淹水面積比率(重現期距5yr) 65 表6-31 旱溪各土地利用淹水面積比率(重現期距10yr) 66 表6-32 旱溪各土地利用淹水面積比率(重現期距25yr) 66 表6-33 旱溪各土地利用淹水面積比率(重現期距50yr) 66 表6-34 旱溪各土地利用淹水面積比率(重現期距100yr) 67 表6-35 旱溪各土地利用淹水面積比率(重現期距200yr) 67 表6-36 旱溪各土地利用淹水體積比率(重現期距5yr) 67 表6-37 旱溪各土地利用淹水體積比率(重現期距10yr) 68 表6-38 旱溪各土地利用淹水體積比率(重現期距25yr) 68 表6-39 旱溪各土地利用淹水體積比率(重現期距50yr) 68 表6-40 旱溪各土地利用淹水體積比率(重現期距100yr) 69 表6-41 旱溪各土地利用淹水體積比率(重現期距200yr) 69 表6-42 旱溪雨水下水道對旱溪下游排水體積增加比例 69 表6-43 台北縣市各重現期一日暴雨雨量 70 表6-44 三重蘆洲地區抽水站相關資料表 70 表6-45 三重蘆洲地區抽水站系統資料表 70 表6-46 三重蘆洲地區不同土地利用面積統計 71 表6-47 三重蘆洲地區各土地利用淹水面積比率(重現期距5yr) 71 表6-48 三重蘆洲地區各土地利用淹水面積比率(重現期距10yr) 71 表6-49 三重蘆洲地區各土地利用淹水面積比率(重現期距25yr) 72 表6-50 三重蘆洲地區各土地利用淹水面積比率(重現期距50yr) 72 表6-51 三重蘆洲地區各土地利用淹水面積比率(重現期距100yr) 72 表6-52 三重蘆洲地區各土地利用淹水面積比率(重現期距200yr) 73 表6-53 三重蘆洲地區各土地利用淹水體積比率(重現期距5yr) 73 表6-54 三重蘆洲地區各土地利用淹水體積比率(重現期距10yr) 73 表6-55 三重蘆洲地區各土地利用淹水體積比率(重現期距25yr) 74 表6-56 三重蘆洲地區各土地利用淹水體積比率(重現期距50yr) 74 表6-57 三重蘆洲地區各土地利用淹水體積比率(重現期距100yr) 74 表6-58 三重蘆洲地區各土地利用淹水體積比率(重現期距200yr) 75 表6-58 各重現期面積比率迴歸方程式面積遞減率 75 表6-58 各重現期體積比率迴歸方程式面積遞減率 75 圖2-1 下水道系統簡易示意圖 76 圖2-2 台中市下水道系統管徑長度分佈圖 76 圖2-3 台北市下水道系統管徑長度分佈圖 77 圖2-4 中和市下水道系統管徑長度分佈圖 77 圖2-5 三重市下水道系統管徑長度分佈圖 78 圖2-6 筏子溪下水道系統管徑長度分佈圖 78 圖2-7 旱溪下水道系統管徑長度分佈圖 79 圖2-8 大里溪下水道系統管徑長度分佈圖 79 圖3-1 區域數值地形高程、行政區界及交通幹線 80 圖3-2 區域土地利用情形 80 圖3-3 研究區域水系分佈圖 81 圖3-4 研究區域數值高程地形、水系、水位站與雨量站分佈 81 圖3-5 研究區域烏溪及大里溪沿岸堤防分布 82 圖4-1 研究區域數值地表高程 82 圖4-2 研究區域下水道人孔分佈 83 圖4-3 台中都會區24小時延時颱風雨無因次設計雨型 83 圖5-1 民國90年桃芝颱風降雨組體圖 84 圖5-2 民國90年桃芝颱風溪南橋站水位歷線 84 圖5-3 不同曼寧糙度對旱溪下游出流量影響之敏感度分析 85 圖5-4 民國90年桃芝颱風調查淹水範圍 85 圖5-5 模式檢定結果與實測資料比較 86 圖5-6 民國90年桃芝颱風事件SOBEK模式淹水模擬結果 .87 圖5-7 民國90年納莉颱風降雨組體圖 87 圖5-8 民國90年納莉颱風事件調查淹水範圍 88 圖5-9 民國90年納莉颱風溪南橋站水位歷線 88 圖5-10 民國90年納莉颱風SOBEK模式淹水模擬結果 89 圖5-11 SOBEK模式T=5yr淹水模擬結果 89 圖5-12 SOBEK模式T=10yr淹水模擬結果 90 圖5-13 SOBEK模式T=25yr淹水模擬結果 90 圖5-14 SOBEK模式T=50yr淹水模擬結果 91 圖5-15 SOBEK模式T=100yr淹水模擬結果 91 圖5-16 SOBEK模式T=200yr淹水模擬結果 92 圖6-1 SOBEK模式淹水T=5yr模擬結果(無下水道) 92 圖6-2 SOBEK模式淹水T=10yr模擬結果(無下水道) 93 圖6-3 SOBEK模式淹水T=25yr模擬結果(無下水道) 93 圖6-4 SOBEK模式淹水T=50yr模擬結果(無下水道) 94 圖6-5 SOBEK模式淹水T=100yr模擬結果(無下水道) 94 圖6-6 SOBEK模式淹水T=200yr模擬結果(無下水道) 95 圖6-7 旱溪下水道分佈密集區域示意圖 95 圖6-8 旱溪下水道密度和淹水面積減輕比率圖(5年重現期) 96 圖6-9 旱溪下水道密度和淹水面積減輕比率圖(10年重現期) 96 圖6-10 旱溪下水道密度和淹水面積減輕比率圖(25年重現期) 97 圖6-11 旱溪下水道密度和淹水面積減輕比率圖(50年重現期) 97 圖6-12 旱溪下水道密度和淹水面積減輕比率圖(100年重現期) 98 圖6-13 旱溪下水道密度和淹水面積減輕比率圖(200年重現期) 98 圖6-14 旱溪全部下水道在不同重現期對淹水面積比率圖 99 圖6-15 旱溪下水道密度和淹水體積減輕比率圖(5年重現期) 99 圖6-16 旱溪下水道密度和淹水體積減輕比率圖(10年重現期) 100 圖6-17 旱溪下水道密度和淹水體積減輕比率圖(25年重現期) 100 圖6-18 旱溪下水道密度和淹水體積減輕比率圖(50年重現期) 101 圖6-19 旱溪下水道密度和淹水體積減輕比率圖(100年重現期) 101 圖6-20 旱溪下水道密度和淹水體積減輕比率圖(200年重現期) 102 圖6-21 旱溪全部下水道在不同重現期對淹水體積的比率圖 102 圖6-22 淡水河流域24小時延時颱風雨無因次設計雨型 103 圖6-23 SOBEK模式三重蘆洲下水道系統分佈示意圖 103 圖6-24 三重蘆洲下水道密度和淹水面積比率圖(5年重現期) 104 圖6-25 三重蘆洲下水道密度和淹水面積比率圖(10年重現期) 104 圖6-26 三重蘆洲下水道密度和淹水面積比率圖(25年重現期) 105 圖6-27 三重蘆洲下水道密度和淹水面積比率圖(50年重現期) 105 圖6-28 三重蘆洲下水道密度和淹水面積比率圖(100年重現期) 106 圖6-29 三重蘆洲下水道密度和淹水面積比率圖(200年重現期) 106 圖6-30 三重蘆洲下水道密度和淹水體積比率圖(5年重現期) 107 圖6-31 三重蘆洲下水道密度和淹水體積比率圖(10年重現期) 107 圖6-32 三重蘆洲下水道密度和淹水體積比率圖(25年重現期) 108 圖6-33 三重蘆洲下水道密度和淹水體積比率圖(50年重現期) 108 圖6-34 三重蘆洲下水道密度和淹水體積比率圖(100年重現期) 109 圖6-35 三重蘆洲下水道密度和淹水體積比率圖(200年重現期) 109 圖6-36 建築用地雨水下水道密度和淹水面積比率圖(5年重現期) 110 圖6-37 建築用地雨水下水道密度和淹水面積比率圖(10年重現期) 110 圖6-38 建築用地雨水下水道密度和淹水面積比率圖(25年重現期) 111 圖6-39 建築用地雨水下水道密度和淹水面積比率圖(50年重現期) 111 圖6-40 建築用地雨水下水道密度和淹水面積比率圖(100年重現期) 112 圖6-41 建築用地雨水下水道密度和淹水面積比率圖(200年重現期) 112 圖6-42 建築用地雨水下水道密度和淹水體積比率圖(5年重現期) 113 圖6-43 建築用地雨水下水道密度和淹水體積比率圖(10年重現期) 113 圖6-44 建築用地雨水下水道密度和淹水體積比率圖(25年重現期) 114 圖6-45 建築用地雨水下水道密度和淹水體積比率圖(50年重現期) 114 圖6-46 建築用地雨水下水道密度和淹水體積比率圖(100年重現期) 115 圖6-47 建築用地雨水下水道密度和淹水體積比率圖(200年重現期) 115 圖6-48 各重現期T和面積比遞減率 之關係 116 圖6-49 各重現期T和體積比遞減率 之關係 1166073725 bytesapplication/pdfen-US淹水演算模式雨水下水道模式檢定模式驗證inundation simulation modelsewer systemmodel calibrationmodel verification[SDGs]SDG11thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/56045/1/ntu-94-R92622023-1.pdf