台灣沿海潮位站網分類評估與海岸災害決策系統建立(2/4)

一、摘要
        海岸禦潮防災是水利署的施政目標之一,為執行「防災國家型科技計畫」中的重要工作「沿海地區暴潮之淹水潛勢分析」,本計畫目標係建立一套海岸災害決策系統,作為水利署從事海岸災害預警、救災搶險的決策參考。本計畫為四年期計畫,今年為計畫執行第二年度,本年度工作重點在於建置颱風期間海岸水位監測系統之雛形,在今年完成下列工作項目:
  1.河川局所屬潮位站資料整理與分析:延續第一年工作方向,持續整理蒐集水利署河川局管轄內所屬之潮位站背景資料,並分析潮位資料,做為未來防災禦潮應用之基本參考資料。
  2.海岸水位推估數值模式的建立、驗證與作業化:引用水利署「建立波潮流與海岸變遷模式」發展之暴潮與波浪數值模式,修改使其能進行作業化運作,並以實測資料驗證其正確性。
  3.颱風暴潮資料蒐集與分析(包含河川局所屬測站)以及颱風暴潮統計模式的建立:延續第一年成果,完整分析近十一年來台灣沿海颱風暴潮特性,建立颱風暴潮統計推估模式,未來可根據颱風距離、強度等資訊推估颱風暴潮。
  4.颱風期間海岸水位監測系統雛形的建置:結合觀測、數值模式、統計模式與網頁技術,建置一套海岸水位監測系統,可隨時掌握環島海氣象資訊,警報期間並可推估未來三小時海岸水位,目前此套系統已上線運作。
  5.台灣西部沿岸潮位特性分類評估:延續第一年研究,本年度利用數值模式進行台灣西部海岸潮位特性分類,分析結果顯示台灣西部海岸可分為九個潮位均勻區,此結果可作為未來潮位站建置或調整的參考。

二、目的
        有鑒於海岸保護的重要性,近年來經濟部水利署已完成台灣環島近海水文觀測網的建置,可以即時觀測追蹤災害期間最新的海氣象狀況(近海水文網基本站建置計畫,水利署,民國87年至民國92年)。而為了推估沒有設站處的海象狀況,水利署也完成了數值模式的建置與驗證(建立波潮流與海岸變遷模式,水利署水利規劃試驗所,民國88年至民國92年)。為更增進防減災效能,本計畫在上述基礎上,針對「防災國家型科技計畫」第二期(91~95)規劃中的重要工作「沿海地區暴潮之淹水潛勢分析」提出務實做法。
        綜合上述,本計畫建置目的係依據水利署「禦潮防災」施政目標,建立一套海岸災害決策系統;擬以四年的時間,逐步完成沿海潮位站評估與海岸災害決策系統。為達到即時海岸災害資訊整合與掌控目的,進而提供災害預警、救災搶險參考,本計畫整體目標為:(1)結合數值模式與現場觀測資料來推估海岸水位、(2)颱風期間海岸水位監測資訊系統之建置、(3)海岸災害決策系統之建置、(4)潮位站網分類評估之研析。

三、委辦計畫內容
本計畫在今年度計畫內容可分述如下:
  1.颱風期間海岸水位監測系統:為達成水利署「禦潮防災」之施政目標,本計畫擬整合「近海水文網基本站之建置」計畫與「建立波潮流與海岸變遷模式」計畫,發展一可作業化之颱風期間海岸水位監測系統。為能提供水利署即時監測颱風期間的海岸水位,此系統將整合現場即時觀測資料、數值模式結果與統計模式分析資料,透過網際網路傳輸方式,提供管理單位空間與屬性資料的展示。
  2.海岸水位推估數值模式之建立與驗證:欲強化海岸災害決策系統功能不僅需要即時正確的海氣象資料作為基礎,尚須數值模式推算始能克盡全力。本計畫採用水利署委辦之「建立波潮流與海岸變遷模式」計畫所開發之數值模式,進行颱風期間波浪與暴潮偏差之模擬與驗證,本項工作結果為提供上述「颱風期間海岸水位監測系統」之參考。
  3.颱風暴潮相關資料之蒐集與分析:關於暴潮之推估,除數值推估模式之外,統計模式的結也可以提供參考,本年度延續第一年度之工作方向,持續蒐集並分析台灣中、南與東部三區潮位站於颱風期間之暴潮偏差,此颱風暴潮分析結果預計用來建立暴潮統計模式。
  4.河川局所屬潮位站資料整理與分析:為使暴潮資料更豐富,增加暴潮統計模式之可信度,本計畫蒐集並分析水利署所屬河川局潮位站之歷史潮位資料,從事潮位資料品管與暴潮分析,同時也蒐集站史等背景資料,提供未來應用參考。
  5.利用數值模式模擬資料進行台灣西部沿岸潮位特性分類之分析:本計畫於第一年度利用現有潮位站資料進行潮位特性分類評估,獲得初步的分析結果,為加強分析結果的可性度,本年度進一步利用數值模式模擬未設潮位站處之潮汐變化情形,利用統計分類方法進行潮汐特性分類分析,其結果可提供作為潮位站網等級分類依據。

四、實際研究成果
  1.河川局所屬潮位相關資料蒐集:本計畫蒐集並分析整理水利署所屬河川局潮位站資料包括四草大橋、嘉和、塭豐、化仁、三仙及河口等站,原僅擬收集近五年資料,然而除第十河川局河口站外,其餘測站資料均不及五年,本年度已全數收集完成。不僅蒐集這些測站的背景資料,以提升水利署對歷史資料管理與服務功能,並將部分報表儲存之歷史資料整理成數位資料與納入後續的暴潮分析。資料分析過程中發現有部分測站資料(如嘉和、塭豐站),因水位變動異常,使得潮汐資料的可信度降低,不適合進行潮位分析,建議未來應檢討其觀測狀況。
  2.利用數值模式模擬資料,進行台灣西海岸潮位特性分類之分析:本計畫於第一年度完成潮位站網分類評估,為加強分析結果的可性度,本年度進一步利用數值模式模擬未設潮位站處之潮汐變化情形,利用統計分類方法進行各海岸潮汐特性相似性分析,作為潮位站網等級分類之依據。
        結果顯示台灣西部海岸之潮位特性可劃分為九個均勻區,與上一年度分區結果比較,驗證了分區的合理性。根據分區結果以及目前各區內潮位站的概況提出建議:在第四、五與七區比較迫切需建新站的,另第二、三與六 區若可取得中央氣象局資料連線就不需建站,否則就得建新站。
  3.數值模式之模擬與驗證:沿用水利署委辦之「建立波潮流與海岸變遷模式」計畫所開發之數值模式,進行颱風期間波浪與暴潮偏差之模擬與驗證。利用許等人(1999)發展之暴潮模式推估颱風暴潮偏差、利用改良的SWAM計算近岸波浪(Ou.et al , 2002)、並利用POM模式計算天文潮。
        為達到作業化需求,模式在計算方法與網格大小上均做了適度的修改,選取多個現場測站 進行驗證,對本計畫使用模式的正確性獲得初步的確認,並以統計方法進行結果的量化評估, 作為未來繼續改進之參考,以期得到更為準確之推算結果。
  4.颱風暴潮相關資料之蒐集與分析:本年度延續第一年度之工作方向,蒐集分析台灣中、南與東部測站在颱風期間測得之暴潮偏差,並根據不同颱風路徑、不同颱風強度建立統計推估模式,分析結果顯示該模式為指數型式,未來只要得知颱風之強度及距測站的距離,即可求得出現之暴潮偏差,本模式經驗證結果發現以強烈颱風資料所建立的模式獲得的結果較佳。
  5.颱風期間海岸水位監測系統:此系統整合現場即時觀測資料、數值模式結果與統計模式結果,透過網際網路傳輸方式,提供決策者必要的資訊,此系統目前具有功能與特色:(a)自動匯入現場觀測與數值模式結果;(b)展示環島特定位置之當時與未來三小時海岸水位;(c)匯入海堤高度資訊,可查詢各海堤長度、高度等資訊;(d)具有警告功能;(e)匯入空照地圖,可實際查詢海岸鄰近地區地理狀況;(f)自動分析、繪圖、展示與更新的功能;(g)網頁介面,可多人同時操作;(h)顯示來襲颱風基本資訊。

五、應用情形及效益
        海岸災害防治與預警為一整體性及長期持續性的工作,為協助水利署快速、有效地進行減災或救援行動之決策,減輕人民與社會的災害損失及風險,本計畫今年度藉由整合監測技術、數值模式以及動態網頁資料庫技術,發展海岸水位監測系統雛形。未來會在颱風警報發布之後開始啟動作業化運轉,顯示台灣沿海最新海氣象資訊與推估未來三小時海面水位狀況,所得到的結果透過網頁與圖形提供決策者判斷之依據。

六、檢討與建議(含如何納入委辦機關業務工作計畫實施)
        本計畫建置了具實用價值的海岸水位監測系統雛形,成效良好。為了提昇本系統之應用價值,未來應
(1)加入研究海岸災害決策系統。
(2)建立歷史相似颱風造成之海岸災害資料庫,使此系統可以參考歷史案例經驗。
(3)繼續研究數值模式與統計模式,使模式運算能更準確、計算快速、穩定、自動的需求,以使推估結果可以達到作業化海岸水位監測系統在計算快速、穩定性、自動化等方面的需求。
(4)導入地理資訊系統,以查詢人口、交通、救災能量等防救災所需之資訊,使系統具有查詢防救災相關資訊的功能。
(5)其他需協助之相關資訊,如堤防高程資訊與潮位高程資訊等。
(6)組織技術支援團隊,提供海岸水位監測與模式預測時之專業支援。

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