Applications of SOBEK Inundation Model in Comprehensive Flood Control Measures in the Costal Regions of Southern Yun-Lin County

以往辦理重要區域排水改善工程規劃時，通常會以一維水理模式來進行排水路水理檢討及利用一維淹水模式進行淹水情形之模擬，然而這些模式對於低窪地區或平坦地區之模擬成果卻顯有高估之虞。近年來由於二維淹水模式及地理資訊系統的發展，不但可以解決一維模式之高估情形而且更使得模擬成果能夠真確的反映事實之成果。 本研究藉由探討現有區域排水問題之癥結並透過國內外綜合治水之對策比較，再利用綜合治水對策改善方案及二維淹水模式應用於雲林南部沿海地區來進行淹水模擬，期能以之結果與經驗作為往後排水治理或集水區開發辦理水害防治之參考。 由於國內有關SOBEK模式應用案例有限，可供模式參數設定參考之經驗較少。在應用SOBEK模式前須針對模式參數進行檢定，本研究以地表漫地流糙度作為模式主要參數，並以土地利用分類篩選出研究區域中兩大土地利用類－農作及養殖，利用不同調整方式及評估指標選出合理參數，在此一敏感度分析之成果中可以看出當曼寧糙度達到某一數值時，其淹水之面積將不再有所變化，此係因此時幾乎已無流速來運送洪水，這種物理意義與物理現象亦甚為合理。 本研究利用綜合治水對策改善方案及SOBEK二維淹水模式進行雲林南部沿海地區淹水模擬。由於研究區域地勢平坦低窪，又受感潮影響，排水路整治雖然效果不佳，此為一種現況亦是機械抽排水或滯洪設施佈置前所需之收集系統。改善效果從現況10年重現期淹水面積1,440公頃，藉由排水整治減少淹水面積可達43公頃，若再輔以機械抽排水及滯洪池等項設施，將可繼續再減少淹水面積分別為117公頃及40公頃。本案例若不在上游徵收私有土地作為滯洪池設施選項之方案，則增設抽水機組是另一種較好的選擇，但需考慮後續維護管理所需之人力經費。 本研究僅針對幾種常見之工程性綜合治水對策進行模擬分析，且綜合治水對策因地制宜，尚有許多工程性及非工程性之綜合治水對策尚未或無法納入考量，日後可成為研究方向。This study use SOBEK model to find out the more suitable strategies for the southern costal region in the Yun－Lin County by discussing the problems of regional drainages in Taiwan and the comparisons of Comprehensive Flood Control Measures in several countries. Owing to Applications of SOBEK model in Taiwan are few, there are less experiences for calibration of model parameters. The ground surface roughness is chosen as the main parameter of model and the study sift two kinds of land－use classifications to calibrate and to evaluate the sensitivities of the model parameters while as the uncertainty tests. The improvement of drainages seems to be less effective due to the flat and low－lying geography of the area and the influence of the tidal effects, it must be the collection systems of the pumping station or the detention pools for the furthermore strategies. The effect of the structural Comprehensive Flood Control Measures in this case are not as expected. If the detention pool don''t collect a privately owned land and not locate in upstream in this case and then, with economic benefit standpoint, adding the pumping stations is a good alternative choice, which need to consider the budget and manpower of maintenance and management in the future. This study only uses some familiar structural Comprehensive Flood Control Measures to carry on analysis and Comprehensive Flood Control Measures is different from situations and hydrology. There are a lot of Comprehensive Flood Control Measures still not bring into as the consideration, and they shall be the constructive directions for the future studies.目錄 摘要 I ABSTRACT II 目錄 III 表目錄 V 圖目錄 VII 符號表 IX 第一章 前言 1 1.1研究動機 1 1.2 研究目的 1 1.3 本文組織 2 第二章 前人研究 3 2.1 淹水區域定義研究 3 2.2 區域排水問題探討 3 2.3 地理資訊系統（GIS）之應用研究 5 2.4 數值地形模型（DTM）之應用研究 5 2.5 降雨－逕流模式研究 6 2.6 淹水模式研究 7 2.7 國內外綜合治水對策比較 9 2.8 綜合治水措施介紹 16 第三章 模式理論與研究方法 22 3.1模式介紹 22 3.2模式理論 22 3.2.1一維渠流模式 22 3.2.2水工結構物 23 3.2.3二維漫地流模式 26 3.2.4一維河道與二維漫地流模式之銜接 26 3.3研究方法 28 3.3.1研究流程 28 3.3.2研究方法 29 第四章 應用案例介紹 33 4.1應用案例區域概述 33 4.1.1人文 34 4.1.2產業經濟 34 4.1.3地質土壤 35 4.1.4地層下陷 36 4.1.5地下水位 37 4.1.6灌溉現況 40 4.2研究區域基本資料蒐集及建置 41 4.2.1降雨量資料 41 4.2.2地形地勢 41 4.2.3現況土地利用 46 4.2.4排水路及相關水利設施 46 4.2.5潮汐 46 4.2.6 模式建置 46 第五章 模式模擬分析 54 5.1模式檢定及驗證 54 5.1.1模式檢定（敏督利颱風） 54 5.1.2模式驗證（民國94年612豪雨事件） 72 5.2實例演算 79 5.2.1現況模擬 79 5.2.2綜合治水運用模擬 85 5.3結果分析 94 5.4討論 98 第六章 結論與建議 99 6.1結論 99 6.2建議 101 參考文獻 102 表目錄 表2.1 治水整體防護標準及各設施單元設計標準 15 表4.1 研究區域內各鄉鎮耕地及養殖魚塭面積統計表 35 表4.2 雲林南部沿海地區頻率分析成果表 42 表4.3 研究區域土地利用概況表 49 表4.4 研究區域內農業用地中土地利用情況表 50 表4.5 研究區域現有抽水機資料 51 表4.6 雲林海域各潮位測站實測潮位分析統計表 52 表5.1一般地表曼寧糙度值建議使用範圍表 54 表5.2 第1至6組各土地利用型態地表曼寧糙度值之敏感度分析 55 表5.3 雲林沿海地區七二水災水利規劃試驗所淹水調查表 58 表5.4 雲林沿海地區七二水災第五河川局淹水調查表 58 表5.5 第1至6組不同地表曼寧糙度組合模擬淹水面積比較 60 表5.6 第1至6組不同地表曼寧糙度（農地及養殖）淹水面積比較 61 表5.7 第7至9組各土地利用型態地表曼寧糙度值之敏感度分析 63 表5.8 第7至9組不同地表曼寧糙度組合模擬淹水面積比較 64 表5.9 第7至9組不同地表曼寧糙度（農地及養殖）淹水面積比較 64 表5.10 第10至12組各土地利用型態地表曼寧糙度值之敏感度分析 66 表5.11 第10至12組不同地表曼寧糙度組合模擬淹水面積比較 67 表5.12 第10至12組不同地表曼寧糙度（農地及養殖）淹水面積比較 67 表5.13 第1至6組不同地表曼寧糙度相對影響度指標比較 69 表5.14 第7至9組不同地表曼寧糙度相對影響度指標比較 70 表5.15 第10至12組不同地表曼寧糙度相對影響度指標比較 70 表5.16 雲林沿海地區民國94年612豪雨淹水調查表 74 表5.17 選用之地表曼寧糙度表 76 表5.18 民國94年612豪雨模擬淹水面積 77 表5.19 現況2年重現期降雨之淹水深度與面積表 80 表5.20 現況5年重現期降雨之淹水深度與面積表 80 表5.21 現況10年重現期降雨之淹水深度與面積表 80 表5.22 現況25年重現期降雨之淹水深度與面積表 81 表5.23 現況50年重現期降雨之淹水深度與面積表 81 表5.24 現況100年重現期降雨之淹水深度與面積表 81 表5.25 排水整治後之淹水深度與面積表 86 表5.26 增設抽水機組位置及抽水規模表 88 表5.27 增設抽水機後之淹水深度與面積表 89 表5.28 增設滯洪池後之淹水深度與面積表 92 表5.29 排水路整治改善效果表 94 表5.30 機械抽排改善效果表 95 表5.31 增設滯洪池改善效果表 96 表5.32 各項工程改善效益表 97 圖目錄 圖2.1 傳統對策處理與降低開發衝擊對策方式差異 12 圖2.2 荷蘭低地治理對策示意圖 13 圖2.3 背水堤工法佈置示意圖 16 圖2.4 閘門及機械抽排佈置示意圖 17 圖2.5 綜合治水對策之概念圖 21 圖3.1 SOBEK模式之一維渠流與二維漫地流耦合演算示意圖 27 圖3.2 本研究之流程圖 28 圖4.1 雲林南部沿海地區排水概況圖 33 圖4.2 研究區域內各鄉鎮戶數、人口數統計圖 34 圖4.3 雲林南部沿海地區地質土壤概況圖 36 圖4.4 雲林地區民國81年至91年累計下陷量等值線圖 38 圖4.5 雲林地區民國92年至93年平均下陷速率等值線圖 39 圖4.6 椬梧（1）站歷年地下水位歷線圖 39 圖4.7 箔子（1）站歷年地下水位歷線圖 40 圖4.8 金湖（1）站歷年地下水位歷線圖 40 圖4.9 雲林南部沿海地區雨量站位置及控制面積圖 43 圖4.10 雲林南部沿海地區歷年平均最大一日暴雨量圖 44 圖4.11 雲林南部沿海地區歷年平均最大二日暴雨量圖 44 圖4.12 雲林南部沿海地區SSGM雨型圖 45 圖4.13 研究區域地面標高及面積分佈情形圖 45 圖4.14 研究區域地形地勢概況圖 47 圖4.15 研究區域土地利用概況圖 48 圖4.16 研究區域土地利用比例圖 49 圖4.17 研究區域內農業用地之土地利用比例圖 50 圖4.18 研究區域現有抽水機相關位置圖 51 圖4.19 研究區域7至10月大潮平均高、低潮位歷線圖 52 圖4.20 研究區域淹水模式圖 53 圖5.1 敏督利颱風北港（2）雨量站7月2日至4日時雨量組體圖 56 圖5.2 民國93年敏督利颱風期間箔子寮潮位觀測紀錄 56 圖5.3 雲林沿海地區七二水災主要淹水範圍圖 57 圖5.4 第1至6組不同地表曼寧糙度淹水面積比較圖 61 圖5.5 第1至6組模擬淹水情況與調查成果比較圖 62 圖5.6 第7至9組不同地表曼寧糙度（農地及養殖）淹水面積比較 65 圖5.7 第7至9組模擬淹水情況與調查成果比較圖 65 圖5.8 第10至12組不同地表曼寧糙度淹水面積比較圖 68 圖5.9 第10至12組模擬淹水情況與調查成果比較圖 68 圖5.10 612豪雨北港（2）雨量站6月12日至16日時雨量組體圖 73 圖5.11 612豪雨期間箔子寮潮位觀測紀錄 73 圖5.12 雲林南部沿海地區民國94年612豪雨主要淹水範圍圖 75 圖5.13 民國94年612豪雨模擬淹水情況與調查成果比較圖 78 圖5.14 各重現期之淹水情形圖 82 圖5.15 現況10年重現期之各排水水位縱斷圖 83 圖5.16 各重現期距各種土地利用淹水面積比較圖 84 圖5.18 增設抽水機組後之淹水情形圖 90 圖5.19 研究區域內公有地分佈圖 91 圖5.20 增設滯洪池後之淹水情形圖 9