曾文水庫防洪運轉作業資訊化初步研究

吳哲雄 徐安然 周乃昉 鄭子璉
曾文水庫管理中心 曾文水庫管理中心 成功大學水利系 成功大學水利系
主任 運轉課課長 副教授 研究助理

摘要

  曾文水庫管理中心從歷年防洪運轉作業經驗中,認為在現有基礎上宜加強掌握即時、正確的集水區降雨量暨洪水進入水庫之過程,以增加防洪運轉應變時間,並據以採行適切的防洪運轉策略,確保大壩安全。

  本研究依據曾文水庫防洪運轉之現況課題,建立整體的電腦輔助分析計算系統。範圍涵蓋水庫集水區內降雨量之觀測與分析,預估洪水即時進水量,並據以分析最佳放水量決策,以期透過調節曾文水庫放水量,適度減低曾文溪下游河道之洪水。本資訊系統目前先採用既有可行之分析方法與計算模式,建立分析架構雛型,後續研究再在分析方法與計算系統上予以精進,以提高預估或分析之準確度,及配合現場即時觀測資訊,進行分析模式之即時修正。

  本研究已完成之防洪運轉決策資訊系統,可配合颱風或暴雨之防洪運轉即時操作,在降雨初期由中央氣象局提供整場暴雨預測之總降雨量,再透過本資訊系統的即時預估未來各時段可能之降雨及水庫進水量,參照觀測及推算之整體降雨逕流過程,演算最佳放水策略及下游河道選定控制點之逕流過程,增加防洪運轉應變時間,提供即時操作更多之決策資訊,以利採行適切的防洪運轉策略,確保大壩安全,降低下游洪水平原發生洪災之風險。

關鍵字:防洪運轉、即時操作、決策支援系統

一、前言

1.1 問題背景

  曾文水庫管理中心從歷年防洪運轉作業經驗中,發現在現有基礎上應加強掌握即時、正確的集水區降雨量暨洪水進入水庫之過程,以增加防洪運轉應變時間,並據以採行適切的防洪運轉策略,確保大壩安全,另宜透過調節放水,以儘量降低下游河川洪水位。此諸防洪運轉所需資訊與執行作業包括:

1. 水庫集水區內的正確降雨量

  賀伯颱風期間,曾文水庫進水量超過集水區觀測降雨量達兩成之多,發生偏差的可能原因有:降雨空間分佈的不均勻性、儀器誤差、故障、外在因素導致失常、觀測誤差或分析模式誤差等因素;而雨量站之密度與位置也會直接影響面積雨量之推估,及水庫進水量估算。

2. 暴雨後流入水庫的進水量

  曾文水庫現行的防洪運轉規則係依據水庫即時水位及進水量決定放水量,並允許操作人員在發生颱風或豪雨時,每卅分鐘得以最大1,000秒立方公尺的增量彈性放水。為增加應變餘裕,操作人員會依據經驗,預估降雨後數小時內各時段下水庫的可能進水量,以決定適當的運轉策略,故宜增進水庫進水量預估之準確性。

3. 曾文水庫下游河道洪水流況

  瞭解下游河道洪水之移動,有助於掌握洪水警報系統之發佈時效;而水庫放水後,下游河道之流況變化,亦為研擬防洪運轉策略時所需參考資訊。因此宜預估水庫放水量到達下游鄉鎮旁河道控制點之時刻及洪水位。

4. 能兼顧大壩安全及適度減低下游河道洪水位之水庫放水策略

  曾文水庫之現行防洪運轉規則僅針對曾文大壩之安全性而制定。然而曾文溪下游河道所行經鄉鎮中,較低窪地區之居民屢屢聲稱曾文水庫洩洪加重其浸水受災程度,故未來曾文水庫之防洪運轉宜兼顧大壩安全及適度減低下游河道之洪水位。

1.2 研究目的

  建立曾文水庫洪水進水量預估與防洪運轉策略評估的即時分析系統,將與防洪運轉有關的資訊及作業紀錄電腦化,有效分析與系統化展示與防洪運轉有關之必要資訊,使操作人員經電腦快速掌握防洪運轉全盤狀況,提升運轉成效、提高運轉安全性、可靠度與彈性。此發展之整合計算系統在平時可供管理人員或新進人員學習與熟悉曾文水庫之防洪運轉作業。

  建議提高曾文水庫集水區內雨量觀測準確性及精確度之改善措施,提高面積雨量之估計精度,並改善降雨量之分析計算,使操作人員能快速獲得集水區內之平均降雨量。

  提高水庫洪水進水量預估精度,並提供未來數個時段內之可能洪水進水量。在預測之水庫進水量下,建議最佳的防洪運轉策略,並預估最佳運轉策略之水庫最高蓄水過程,以達成安全有效之防洪運轉。

  瞭解水庫放水量到達曾文溪下游主要鄉鎮村落之時間及河川水位上漲情形,以作為適時警報廣播之參考。

二、曾文水庫防洪運轉作業資訊化

  依據曾文水庫防洪運轉現況課題可分離為三部份獨立進行之電腦化作業項目,水庫進水量推算及預估、水庫最佳放水策略分析及下游河道水位或流量預估,因此在配合現地操作的程序,應將系統分別依上述三個項目分別進行獨立計算模式分析及撰寫,其後並整合為一完整之「曾文水庫防洪運轉資訊系統」。

1. 水庫進水量推算及預估

  在水庫進水量推算及預估研究部分,分析水庫即時進水量需建立一完整之降雨逕流模式進行演算,並配合電傳雨量站可能發生故障之情形,事先將電傳雨量站可能所需的徐昇加權因子全部分析完成,以提高即時操作的效能。

(1) 所有可能組合徐昇加權因子分析計算

  在即時防洪運轉操作中,為提昇系統整體執行效率,應先將徐昇加權因子的各種可能組合解先行分析計算,以降低系統在此方面的運算時間,並建立徐昇加權因子之資料庫,供即時分析計算時隨時提供系統查詢各種可能組合解的情形。

  目前曾文水庫集水區內現有 9 個電傳雨量站,可立即將每小時該電傳雨量站所量測的降雨量傳回曾文水庫管理中心供即時分析,考慮各電傳雨量站可能因故障或斷訊造成徐昇加權因子變動共計有 512 種可能情形,扣除 9 個電傳雨量站全數故障無任何資訊分析平均降雨外,尚有 511 種情形需進行計算及建立資料庫。

(2) 增修曾文水庫管理中心目前使用之分析模組

  目前曾文水庫管理中心利用 Microsoft Excel 進行即時操作時之平均降雨量估算,惟現用分析模組僅能計算所有電傳雨量站皆可正常通連之情形,無法依現況考慮各電傳雨量站可能因故障或斷訊所採用不同之徐昇加權因子,因此必須增加必要的計算程序以配合即時操作各電傳雨量站之現況。

(3) 水庫進水量分析

  水庫進水量包括進水總量及進水歷程。進水總量直接影響水庫可蓄洪容積,其資訊可在水庫防洪運轉時,供調整放水總量參考。進水歷程之變化,與調整水庫放水時機有密切關係。進行即時防洪運轉所需之完整進水量歷程,涵蓋暴雨期間及暴雨結束後之退水過程,惟對未來可能降雨量難以正確預測,在有即時雨量之測報資訊下,可靠估計量為降雨後數小時內之進水量。

  在進水總體積的分析上,將直接就質量守恆觀點,參採中央氣象局或其它氣象單位對總降雨量之預測值,分析雨後水庫之可能總進水體積。在推測水庫進水量歷線上,將先建立一集水區降雨-逕流模式,再就此模式進行分析演算,修正型水筒模式可掌握集水區短延時暴雨洪水之流出趨勢及連續性,惟氣象單位推估總降雨量之預測值多有高估之現象,在本年度現場操作人員應配合過去經驗逐時修正總降雨量之預測值,並可提高水庫預估進水量之精度。

2. 水庫最佳放水策略分析

  曾文水庫之防洪運轉係依據「台灣省曾文水庫運用規則」之規定進行放水,運轉過程中根據洪水資訊進行之即時操作,在有部份進水量可合理預估之情況下,本研究將應用線性規劃之連續線性近似法,求得包括下游河道洪水演算之即時最佳防洪運轉策略,此策略將可保証水庫之安全蓄水,及適度減少下游河道洪峰流量。

  為期適當減少下游河道洪峰流量,放水策略分析必須納入下游河道之洪水演算。為簡化最佳運轉策略之分析,同時不失其正確性,並提高計算時效,現階段可合理納入防洪運轉分析者為曾文溪自曾文水庫至走馬瀨間之河段,其防洪控制水位即可選定在走馬瀨。為保証計算時效,此段洪水演算採 Muskingum 法計算,其演算係數將取河道變量流洪水演算之計算成果進行檢定。

3. 水庫放水後下游河道水位或流量預估

  蒐集曾文水庫下游曾文溪河道之河槽縱橫斷面,及歷年觀測之洪水流量歷線。先以變量流洪水演算模式,自水庫至西港大橋或河口,進行河道洪水流況之變量流演算,在檢定歷年之洪水流況後,以經檢定之模式,針對下游河道在不同基流量下,評估水庫放水後,洪水流至曾文溪下游河道旁主要鄉鎮之洪流到達時間及流況。鑑於本計畫工作項目中並不包括估算下游河道及支流集水區之降雨-逕流過程,故下游河道之側流量,將暫以適當的假設值代入分析。

  曾文溪主河道上之水位或流量觀測站,含電傳站,有曾文溪橋、走馬瀨橋、北勢洲橋、麻善大橋、西港大橋等,在決定適當的洪水參考控制點後,將上述洪水演算成果圖表化,以利估計曾文水庫放水量流至下游河道每一控制點之時間、流量及洪水位。

三、集水區雨量平均雨量即時分析

  在本研究中考慮曾文水庫集水區可在即時操作中,擷取每小時各雨量站的即時資訊,配合採用精度較佳的徐昇多邊形法來進行分析計算得到較佳的集水區面積雨量。研究中,修正並發展徐昇網自動分析模式,可即時或離線時計算出每個雨量站加權因子以配合本研究的即時分析系統,除了有助於平時之規劃分析及設計外,亦可在防洪運轉系統中,當遙測雨量站故障時,也可迅速得到新的徐昇多邊形及雨量站加權因子來估算區域平均降雨量,有助於防洪運轉系統即時推估集水區平均降雨之應用。

  曾文水庫集水區內共設有九個電傳雨量觀測站,包括曾文、水山、樂野、里佳、表湖、馬頭山、龍美、三角南山及大棟山。由於雨量位置的正確性影響徐昇加權因子的估算,故所有電傳雨量站位置座標均經 GPS 衛星定位修正,其修正的結果位置與原記錄位置相差的距離經換算後列如表 1 。鑑於儀器不同可能造成不同的量測結果,且尚未經過平差修正,因此此項修正結果僅適於參考用或可用在已知原來測站座標不正確的測站中。

四、洪水進水量預估

4.1 降雨逕流模式

  本研究中採用時間稽延型水筒模式,經模擬驗證後,針對單一場降雨之模擬已有相當精確之模擬效果,但水筒參數之收斂值並無一致性,對將來集水區降雨-逕流之模擬亦相當不便。為求得日後可作為曾文集水區流域水筒模式的參數之建議值,因此將數場降雨聯合成一連續之降雨,以減低各暴雨事件中因水筒模式參數具不同收斂值而有相異之結果。

4.2 不均勻分布降雨對水庫進水歷線特性檢討

  集水區內上下游地區之不均勻降雨狀況,會造成在相同降雨量下,不同暴雨事件之洪峰進入水庫之時刻不同。因此以集塊模式模擬曾文水庫集水區之降雨-逕流過程,對於降雨分佈不均勻的暴雨事件,在進水量歷線的模擬上似有不足之處。以歷年豪雨分析可知,一般情形下集水區上游地區由於地勢高且位於迎風面,經常有地形雨發生之情況,因此相較於下游地區會有較高的降雨量。賀伯颱風及道格颱風屬於典型降雨重心在集水區上游的暴雨型態,上游地區降雨量較下游地區大很多,以總降雨量而言,兩場暴雨之上游地區總雨量均比下游地區高出100公釐以上。

  表 2 為歷年豪雨事件集水區上下游地區降雨分佈情形,除少數特殊降雨型態外,一般豪雨事件之降雨空間分佈符合地形因素影響,屬於上游地區降雨大於下游地區的情形。若遇總降雨量較大且上下游地區降雨分佈極不均勻情形,上下游地區雨量差可達150公釐以上。而降雨分佈較均勻的暴雨事件,則上下游地區雨量差約在 50 公釐以下,但仍屬上游地區降雨量略大。少數特殊降雨型態如艾妮絲颱風即屬降雨重心在下游地區之大型豪雨,下游地區雨量比上游地區高出 150 公釐以上。

  由歷年豪雨分析可知,曾文水庫集水區降雨空間分佈受地形影響很大,大致屬於上游地區降雨量大於下游地區的情形,但仍需考慮個別暴雨事件之降雨型態。因此以單一水筒模式模擬曾文水庫集水區廣大範圍之降雨-逕流過程,在降雨分佈不均勻的情況下,對進水量歷線的模擬似有不足之處。若欲詳細瞭解降雨的空間變異性對水庫進水量的影響,建議再做分佈型水筒模式,對曾文水庫集水區之降雨-逕流過程作進一步分析。

4.3 水庫洪水進水量之退水分析

  欲推測水庫進水量歷線,則需先建立一集水區降雨-逕流模式。修正型水筒模式可掌握集水區洪水之流出趨勢及連續性,以水筒模式作退水分析,首要推求出下層水筒參數,即維持枯水期基流量的地下水層。下層水筒參數僅與集水區地文特性有關,並不受降雨特性影響,故需由暴雨前期的流雨量資料推估。下層水筒參數與其起始蓄水量間有高度相關性,而影響下層水筒參數之集水區地文特性亦會隨土地利用、植生覆蓋等條件變化。因此以暴雨發生年之一月一日起至暴雨發生前一日的雨量與流量資料作連續型水筒模式的參數檢定,推求出代表當年曾文水庫集水區地文特性的下層水筒參數及符合暴雨臨前水文條件的合理起始蓄水量。連續型水筒模式推求之始蓄水量與以往的試誤法相較有時間上連續的優點,更可求得整體最佳值,避免了試誤法因起始參數選取不佳而落入局部解的缺點。

五、防洪運轉即時策略分析

5.1 防洪運轉目標及限制條件

  防洪運轉目標以下游河道控制點洪峰量的消減為目的,其表示法如下形式:

式中,

c = 下游河道控制點洪水流量。

  而對於限制式的處理,則針對水庫演算與河道演算兩部份,首先將水庫演算部份寫成限制式,包括水庫物理限制條件、防洪作業等限制條件及期末目標蓄水量等。若這些限制式中,有變數相乘或是非線性,對這些限制式則採用線性連續趨近法加以處理,使其成為線性化之限制式型態。

  再者對馬斯金更河道演算法作處理。首先對其方程式作公式推導,並且將方程式之偏微分項作線性化差分,將之寫成線性化方程式,然後再套入線性規劃程式當中,分別將其河道演算程序步驟寫成限制式作處理,整合這兩種系統於本模式當中,最後藉由線性規劃程式而求得整體最佳水庫放水策略。

  進行水庫防洪運轉時,需考慮水庫物理條件及水庫防洪作業對水庫及下游河道的影響程度,進而才能決定水庫放水策略。

5.2 最佳防洪運轉策略分析

  以 LINDO SYSTEMS 公司發展的 LINGO 套裝軟體為分析工具,此一套裝軟體為一線性規劃程式,並且整體架構中採用 LINGO 語言撰寫整合的分析模式,將馬斯金更方程式放入線性規劃程式中,與水庫操作演算合併分析。

  水庫防洪目標式的設定是以降低下游河川某特定控制點之洪峰流量為分析目標。整個操作放水過程中,均將水庫入流之洪峰平均消減,並採適量放水,此適量之放水便是由水庫放水操作限制所決定的。

六、曾文溪河道變量流洪水演算

  洪流演算可分為兩大類,一為水文演算 (hydrologic routing) ;另一為水力演算 (hydraulic routing) 。水文演算有 Puls 氏法、係數法、 Muskingum 法等等。水力演算雖然涉及較多及較複雜之數學方程式,然其較水文演算更能逼真地表示洪流運動之特性。水力演算利用迪聖凡南 (de Saint Venant) 方程式以求解,由於解析解非常難求,因此常利用數值解法,一般以特性曲線法及有限差分法較為常見。本研究以有限差分法中之線性完全隱式法發展而得洪流演算模式。

七、曾文水庫防洪運轉資訊系統

  在本研究中電腦化作業項目依研究內容分離為三部份獨立進行,水庫進水量推算及預估、水庫最佳放水策略分析及下游河道水位或流量預估,惟此三個模擬分析模式均由各研究人員獨立進行,各模式分析求得資料彼此無法直接進行演算分析,因此需配合所有運算分析部分進行整合系統之發展,俾使所有計算程序得以順利分析完成。

7.1 即時計算分析整合系統

  即時計算分析整合系統分成數個部分,圖 1 為系統架構之示意圖,虛線部分是系統未來可擴充的項目。在系統內包含徐昇網自動分析演算及徐昇加權因子資料庫等線外分析執行的部分,在輸出入介面管理包含資料輸入、管理及展示部分,在即時分析演算包含進水歷線的推估、防洪運轉策略分析及下游河道變量流演算。

  即時計算分析整合各雨量站降雨量輸入計算管理、最佳放水策略分析及下游河道洪水分析等三大主要運算子系統,另外配合實際需求及曾文水庫管理中心現行操作表格,建立平均降雨量、圖表分析輸出等綜合性的輸出管理子系統。各場颱風或暴雨以專案管理方式處理,可讓曾文水庫防洪運轉資訊系統能針對歷史與即時資料的存取,在平時可處理歷史資料便於人員的訓練,俾使即時運轉時能順利進行分析。

7.2 計算系統人機介面

  在本研究中發展環境採用 Win32 環境相容之作業系統,透過 Win32 環境所提供的圖形介面環境將使操作介面在開放上所需的時間更短,並且對於操作人員在執行分析運算時可從視覺上直接瞭解,而在短時間內可進行決策及判斷。

  在開發系統模組採用之工具為 Visual BASIC 5.0 中文專業版及 Visual Fortran 5.0 專業版搭配使用, Visual BASIC 在圖形介面上開發較為容易,透過 Visual BASIC 的視覺導向設計可在使用者介面開發上更為便捷,而 Visual BASIC 為事件驅動的語言,可依據使用者的不同點選情況下進行分析。 Visual Fortran 語言在數值分析上較簡便及快速,在數值計算上便於發展系統。

7.3 分析成果展示電腦化及現地防洪運轉作業

  透過電腦快速分析所得到的結果,可快速於電腦上展示。以往均利用報表進行分析,除增加人工謄寫成本外,另需透過人工進行圖表繪製,在防洪運轉操作較無法對現有水庫蓄水量、進水量及下游河道水位有明確的瞭解,透過電腦迅速的展示可將所有可參考的資訊透過圖形、表格表示,對於運轉操作人員在水庫現況的瞭解較為迅速。

  「曾文水庫防洪運轉資訊系統」依檔案功能先開啟專案或建立專案後,才執行分析運算,目前初步完成成果及說明分成以下數個項目說明。

1. 輸入各雨量站降雨資料

  檔案開啟後會顯示出目前的專案相關之系統參數及降雨資料檔檔名列表,在降雨資料檔檔名以滑鼠進行雙觸擊,可進入 Microsoft Excel 進行雨量修正或新增,如圖 2 。修改完畢後關閉 Microsoft Excel 即可返回整合系統。

2. 更新徐昇加權因子

  可針對專案內所有的雨量資料檔進行分析,根據已輸入完成之雨量資料分析,若無該電傳雨量站雨量資料則視為該電傳雨量站故障,即從資料庫中選取其所對應的徐昇加權因子組合,在此部份計算採用背景進行,畫面上不會有任何顯示,分析完成後會將各時段各雨量站所對應之徐昇加權因子填入雨量資料檔內的徐昇加權因子表格中,如圖 3

3. 執行水庫進水歷線分析及推估

  在「曾文水庫防洪運轉資訊系統」中按下「分析」鈕,即會立即分析現有雨量資料檔內之平均降雨,分析完成後進行全期降雨歷線及水庫進水歷線的推估,分析完畢後會產生表格式的計算輸出及圖形輸出,圖 4 上半部展示觀測降雨及推估降雨所合成的雨量組體圖,下半部展示水庫進水歷線推估的部分。

4. 執行水庫最佳放水策略分析

  在「曾文水庫防洪運轉資訊系統」中功能表選單「分析」下選擇「防洪運轉策略」,會做線性疊代分析最佳放水策略,分析完成即會展示如圖 5 ,系統展示水庫進水歷線、放水操作歷線及水庫水位歷線。

5. 執行下游河道變量流演算

  在「曾文水庫防洪運轉資訊系統」中,以滑鼠點選所欲分析之下游控制點後,以滑鼠進行雙觸擊,計算分析結果如圖 6 ,操作範例選擇展示曾文水庫大壩、走馬瀨橋、西港大橋之流量歷線,計算結果中曾文水庫大壩結果因視窗縮小至左下角,圖中僅展示走馬瀨橋、西港大橋流量歷線圖。

八、結論與建議

8.1 結論

  1. 本研究偕同曾文水庫管理中心人員利用全球定位系統 (GPS) 重新校正集水區內雨量站之位置座標,可更正確估算集水區平均降雨。
  2. 由歷年豪雨分析可知,曾文水庫集水區降雨之空間分佈受地形影響顯著,多數情況下,上游地區降雨量均大於下游。
  3. 聯合數場降雨同時檢定流出稽延型水筒模式,所得之一組水筒參數可作為曾文水庫集水區的代表性參數。
  4. 本研究可採設定水庫最大容許蓄水位或下流河道最大放水量之限制,並考量所有曾文水庫防洪運轉的放水限制及有關規定,以求得最佳之防洪運轉策略。
  5. 本研究所發展的防洪運轉資訊整合雛形系統,已能有效且合理推算平均降雨量、推估可能之平均降雨量歷線、水庫進水量歷線、水庫防洪運轉策略及下游河道流量歷線,對水庫防洪運轉的決策與操作有極大的助益。
  6. 曾文水庫防洪運轉資訊整合系統能依計算進度逐一展示平均降雨量歷線、水庫進水量歷線、水庫防洪運轉策略及下游河道流量歷線,可使防洪運轉人員迅速掌握現況及未來可能發生之狀況,對防洪運轉操作分析所需時間可較傳統人工分析時間為少。

8.2 建議

  1. 建議在暴雨過程中,除目前採用之徐昇網法外,依據實際可運轉之站網,增加以克利金法及高度平衡多邊形法,即時估計曾文水庫集水區內外地區之面積雨量。
  2. 下游地區之降雨狀況,例如山上、大內、南化及楠西等,在目前尚未完成全流域之洪水預報系統下,建議於洪水期間蒐集參考地區之累計降雨量。
  3. 建議在集水區內設立短期試驗性雨量站或於曾文溪流域設置雷達雨量站,除可獲得降雨之時空分布外,亦可幫助了解複雜的降雨特性。
  4. 曾文水庫集水區內之降雨在空間上具有相當的不均勻性,過去研究多採用集塊模式進行水庫進水量預估,無法全面掌握降雨的空間變異性對水庫進水量的影響,建議採用能顧及降雨不均勻性之分佈型降雨-逕流模式進行分析。
  5. 建議在觀測降雨量與預估值之誤差下,就已建立之集水區降雨-逕流模式,檢討進水量的逐時可能變動範圍,及其對逐時進水總量之影響。
  6. 建議概估暴雨後南化水庫進水量、曾文水庫下游曾文溪主河道兩側集水區之流出水量,以合理評估水庫放水後下游河道之洪水流況。未來應加入沿河岸之電傳水位站觀測資訊,以獲得沿河道側向進流量資料,建請於主要支流上均設置二處電傳水位站,以利推估正確流量。為期配合南化水庫之溢洪水量以決定曾文水庫放水量,建請加強南化水庫集水區之即時雨量觀測系統。
  7. 建議針對下游河道在不同基流量下,以變流量演算評估水庫放水量流至曾文溪下游河道旁主要村莊、社區之流達時間及流況。
  8. 建議參考水庫下游曾文溪主河道上之各橋水位或流量觀測站、電傳站高程及警戒水位,以利估計曾文水庫放水量流至下游河道每一控制點之時間、流量、洪水位及洪水量成份之來源地區。
  9. 宜採用即時之降雨及水文觀測資訊,以即時檢定降雨逕流及下流河道洪水演算模式。
  10. 建議預估運轉後水庫蓄水量之變化範圍,以供選擇適當之運轉策略。
  11. 建議分析每一時段水庫可放水量之上、下限值及最佳放水量,以便利運轉決策之制訂,並讓操作人員掌握操作狀況,並對放水量做必要之調整。
  12. 建議針對不同減洪目標,分析防洪運轉過程中水庫最高洪水位及下游河道控制點洪峰流量二者之關係曲線,俾使決策者及操作人員瞭解特定水庫運轉策略之操作餘裕,及執行不同放水策略之影響。
  13. 未來在電腦化作業事項中,宜在曾文水庫防洪運轉資訊系統中加入觀測雨量、水庫水位自動擷取功能;另可自動透過 WWW 回報台灣省水利處水文情報中心所需資訊;另再增加水庫閘門開度分析控制模組,俾使系統自動化作業更趨完整。
  14. 未來宜建立資料查詢系統,將防洪運轉有關之集水區降雨、水庫進水量、防洪運轉最佳放水量、下游河道洪水流況及洪氾區淹水潛勢等資訊納入,操作人員可以適當圖表進行相關分析與查詢。

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  12. 周乃昉,「曾文水庫在緊急情況下運轉操作之探討研究,第二部份:防洪運轉分析及其規則之檢討修訂」,農業工程研究中心,1993。
  13. 周乃昉、徐享崑、林佳珍,「水庫之蓄水機率分佈及供水可靠度」,八十三年度農業工程研討會論文集,臺灣,高雄,pp. 59~69,1994。
  14. 周乃昉、楊森弼,「水庫運轉對下游河道流量影響之研究(一):洪水流量」,國立成功大學水利及海洋工程學系所,NSC 85-2211-E-006-061,1996。
  15. 鄭子璉、周乃昉,「多邊形交集分析在徐昇加權因子計算之探討」,第十屆水利工程研討會論文集,臺灣,台中,第 I39 - I46 頁,民國 88 年 7 月。
  16. 張宏達,「水庫集水區雨量時間分佈之研究」,國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文,民國82年6月。
  17. 蔡長泰,蔡智恆,「洪流演算模式(FRLFI-模式)之建立:(I)理論手冊」,行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告,計畫編號:NSC 83-0410-E006-036,台南 (1994)。
  18. 蔡長泰,蔡智恆等,「曾文溪洪水預報模式之研究(一)、(二)」,國科會科防災科技研究報告,台南 (1993)。

誌謝

  本研究承蒙台灣省南區水資源局經費補助(計畫編號 87-28)研究計畫之部分研究成果,謹致謝忱。在水庫防洪運轉資訊系統之研發上,承蒙成大水利系蔡長泰教授、游保杉教授協助辦理執行,在此一併致予誠摯的謝忱。

表 1 雨量站位置座標修正及與原位置相差距離(東經 120 度,北緯 23 度)

站名 原來位置 成功大學修正位置 南區水資源局修正位置
東經
(分-秒)
北緯
(分-秒)
東經
(分-秒)
北緯
(分-秒)
差距
(公尺)
東經
(分-秒)
北緯
(分-秒)
差距
(公尺)
里佳 43-23 23-07 42-43 23-17 1,162.91 43-31 27-43 8,641.90
馬頭山 35-23 20-19 35-43 20-17 563.53 35-49 20-11 769.73
樂野 43-00 28-17 43-30 27-48 1,481.22 43-28 27-48 1,199.63
龍美 38-00 24-00 39-15 24-42 2,477.22 39-10 24-40 2,325.75
曾文 30-00 13-20 29-21 13-21 1,092.44 29-50 13-14 337.26
三角南山 34-00 13-00 34-48 13-45 1,946.48 35-16 13-38 2,437.64
表湖 39-09 15-43 39-23 15-43 392.00 39-51 15-37 1,225.28
大棟山 30-00 18-00 - -

-

31-22 18-35 2,543.75
水山 48-45 28-28 - -

-

49-15 28-17 778.78

表 2 曾文水庫集水區降雨不均勻分佈之歷年豪雨事件分析(單位:公釐)

事件名稱

畢莉颱風

賽洛瑪颱風

薇拉颱風

愛美颱風

范迪颱風

茱迪颱風

發生日期


65/08/09
65/08/11

66/07/25
66/07/27

66/07/31
66/08/02

66/08/21
66/08/24

67/07/31
67/08/02

68/08/24
68/08/26

上游總雨量

388.65

553.74

293.96

310.79

608.16

594.66

下游總雨量

313.64

628.34

182.09

290.93

587.68

441.10

平均雨量

352.32

589.87

239.79

301.17

598.24

520.30

上下游雨量差

75.01

-74.60

111.87

19.86

20.48

153.56

事件名稱

艾妮絲颱風

寶莉颱風

道格颱風

賀伯颱風

安珀颱風

87年豪雨

發生日期


70/08/31
70/09/03

81/08/29
81/08/31

83/08/07
83/08/13

85/07/30
85/08/03

86/08/27
86/09/01

87/06/01
87/06/11

上游總雨量

785.70

639.91

621.68

889.24

204.68

715.22

下游總雨量

942.62

496.93

514.95

721.50

178.95

683.49

平均雨量

861.69

570.67

569.99

808.00

192.22

699.85

上下游雨量差

-156.93

142.98

106.73

167.73

25.73

31.73

圖 1 曾文水庫防洪運轉資訊系統架構

圖 2 新增、更新雨量站降雨量資料

圖 3 更新各時段各站徐昇加權因子

圖 4 降雨逕流模式計算結果展示介面

圖 5 最佳放水策略與水庫水位歷線

圖 6 走馬瀨、西港大橋變量流分析