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領域專題
領域專題2024-12-31
因應氣候變遷與國土規劃集水區逕流調適韌性策略之先期研究
— 國立成功大學羅偉誠特聘教授與團隊研究成果
氣候變遷對全球水環境造成一定程度之影響，儼然已成為全球社會挑戰與永續發展目標之重要議題。臺灣近年來產業發展、都市擴張及開發的快速，在氣候變遷與極端水文現象下，城鄉發展除地形、地貌所造成的逕流行為改變外，降雨量攀升所造成的威脅亦不可忽視。此番地文、水文變動所潛存的逕流跨域流動可能性，除導致逕流演算、洪水模擬的難度提升外，需考量逕流承受能力的國土規劃更有其困難的程度。為因應氣候變遷對水環境與都市間的影響，採取城鄉發展與設計應考量災害風險、重視及加強社會韌性等行動，即為刻不容緩且必要的作為。
都市的擴張及開發在氣候變遷與極端水文現象下，城鄉發展除地形、地貌所造成的逕流行為改變外，降雨量攀升所造成的威脅亦不可忽視。此番地文、水文變動所潛存的逕流跨域流動可能性，除導致逕流演算、洪水模擬的難度提升外，需考量逕流承受能力的國土規劃更有其困難的程度。因此，建置能精確、快速反應且能提供即時淹水演算與提供淹水預警等服務的淹排水模擬模式有其之必要性，故本研究主要目標為規劃發展整合目前國家所發布之各式地理圖資(土地使用、都市計畫、路網、排水設備、…等)建置近於真實現況地表格網，並將整體程序建構為一自動或半自動不規則格網生成程序，以快速提供反應土地使用現況並提供給能即時進行地表逕流演算的演算法使用。
預計可提供未來空間規劃者一實用、快速、便利之逕流分析量化模式，在土地使用規劃後可檢視土地使用的配置對逕流之影響，使水利、都市計畫、國土規劃與災害管理得以強化連結性與整合性，減少各自為政進行減洪規劃所耗費的資源，在因應氣候變遷及國土規劃能發揮最大之成效。
一、跨流域逕流分析及逕流調適韌性分析：
都市地表逕流與降雨之時空分布及地面水流動現象有關，因此在進行都市地表逕流模擬時，需考慮研究範圍內之水文、地文條件。本計畫分析研究範圍內之地形地貌，佈置演算格網，格區間選擇適當之水流方程式演算地面水流，以擬似二維流觀念建置淹水演算模式演算核心，進一步應用於都會區域範圍之降雨逕流演算。演算範圍之相鄰格區間應用擬似二維流理論之水流連續方程式及適當之流量律連接，以分析格區水位及格區間之流量。
本計畫之地文性淹水排水模式演算採用依地文條件建置之非結構性格網，需依據現況土地利用、國土計畫功能分區或都市計畫施行後之土地使用分區，進行臺南都會區域空間減洪水理演算模式演算格網之佈置及演算相關參數之設定。圖1為以上述原則劃分臺南市範圍自八掌溪流域至二仁溪流域演算網格，演算範圍面積約2,446.62平方公里，共劃分為30,500個演算網格。
圖1、本水理模式之演算格網及範圍
本研究以近年所發生較大的颱洪事件，民國107年0823豪雨與民國108年0813豪雨事件作為演算案例，以颱風豪雨事件演算結果與鹽水溪
流域測站實測水位紀錄資料比較其納許效率係數NSE值(Nash-Sutcliffeefficiencycoefficient)驗證淹水模式之準確性。
為分析減洪演算情境在不同降雨情境下逕流及淹水情形之影響，本研究使用研究區域內各雨量站24小時延時之10年重現期之降雨情境，以及氣象署定義之大豪雨(24小時350mm定量降雨)等兩情境進行模擬，並均以臺南沿海重現期10年之潮位歷程做為模式演算之下游邊界條件。
24小時延時之10年重現期之模擬結果如下圖2所示，其中下營區交流道附近、新市區交流道附近及仁德區有較明顯之淹水情形；下游沿海部分如安南區、七股區及學甲區亦有較高之淹水深度。又大豪雨情境之模擬結果如下圖3所示，其中下營區交流道、新市區交流道及仁德區亦有明顯淹水事件，惟整體淹水深度及範圍均小於10年重現期模擬結果。
圖2、24小時延時10年重現期最大淹水深度
圖3、大豪雨情境最大淹水深度
以上模擬結果可顯示淹水災害熱點，並提供主管機關進行相對應之對策分析，於本次計畫而言，即可提供政府於都市計畫過程中評估區域開發所可能面臨之災害，並對其提出相對應之對策，例如選定特定區域作為滯洪池，或增加綠色基盤及保水措施，減少都會區之淹水災害。
二、氣候變遷下逕流分擔落實於國土規劃機制建立之研究：
為因應氣候變遷之衝擊，未來土地開發之逕流必須透過出流管制與逕流分擔計畫進行調適，其中逕流分擔計畫與國土計畫有密切之關係。本研究所倡議之水理分析技術可成為逕流分擔計畫與國土計畫相互連結之技術分析工具。然而，未來水理分析技術要能落實運用，必須掌握逕流分擔計畫與國土計畫在規劃與審議程序中互相連結之處，並找出未來如何連結之方案。
本研究透過文獻回顧與深度訪談，找出逕流分擔計畫與縣市國土計畫程序中相關連之處，並找出四項因子，分別是縣市國土計畫的流程「規劃階段資料蒐集」、「規劃階段整體規劃空間計畫」、「規劃階段細部規劃」、「審議階段」，各因子有兩項水準，是將逕流分擔計畫內容納入縣市國土計畫的方式，進行不同水準之組合，產生16組方案，再考量適宜性，包含成效性及可執行性之前提下進行直交分析，共篩選出10組方案進行專家問卷分析。共發放14份問卷，受測者包含水利及空間規劃之專家學者、機關主管、顧問公司主管。針對兩個準則「整合逕流分擔計畫於國土計畫流程之程度」、「未來國土計畫規劃與審議難易度」，請受測者依照其專業判斷依據重要性從0到10分進行評分，再基於兩準則下，請受測這依照其專業判斷對十組方案進行一到十的方案先後排序。
透過專家問卷進行基礎統計分析與聯合分析，準則一（整合逕流分擔計畫於國土計畫流程之程度）加權百分比為53%，準則二（未來國土計畫規劃與審議難易度）加權百分比為47％。將兩個準則求得之權重，分別乘上十組方案兩個準則下的效用值進行加總，評比出最佳方案為第十組方案，其方案組合為「規劃階段資料蒐集部分，蒐集與運用逕流分擔計畫資料，並進行工作會議、規劃階段的整體規劃中空間計畫，召開機關協商會議、規劃階段的細部規劃，召開機關協調會議、在審議階段，審議會組成應該包含水利單位、專家」。
研究結果顯示，為有效整合逕流分擔計畫至縣市國土計畫中，應於國土計畫流程的四個階段建立連結機制：
舉行工作會議：空間規劃部門召集國土計畫團隊、河川主管機關、水利規劃團隊共同討論，以促進資料理解與運用，並凝聚共識。
召開機關協商會議：由縣市政府空間規劃部門召集水利部門，共同研擬策略，並將逕流分擔內容連結至空間計畫。
召開工作會議：空間規劃與水利團隊合作，將國土計畫目標具體化為行動方案和措施，如逕流抑制或暫存方案、農田在地滯洪方案等，確保地方層面能夠實現。
圖4、逕流分擔計畫連結縣市國土計畫程序
依照專家問卷聯合分析後結果，評比出最佳方案，為詳細討論其實際程序操作，本研究以臺南市鹽水溪流域作為研究地區。建議於臺南市國土計畫規劃階段資料蒐集部分，應該蒐集鹽水溪流域逕流分擔評估報告內容，由臺南市都發局召開工作會議，邀集研擬臺南市國土計畫之工程顧問公司、鹽水溪流域主管機關第六河川分署、研擬鹽水溪流域逕流分評估報告之水利規劃團隊，進行逕流分擔相關計畫資料內容與使用確認，並進一步探討上述逕流分擔內容運用於國土計畫之構想。在整體規劃階段，建議應由臺南市都發局邀請鹽水溪主管水利機關河川第六分署進行機關協商，將鹽水溪逕流分擔評估報告內容納入作為臺南市國土計畫空間發展計畫內容一環。在細部規劃階段也建議召開機關協調會議，由臺南市都發局邀請鹽水溪主管水利機關河川第六分署、逕流分擔設施相關土地權屬單位與事業主管機關，應依照逕流分擔計畫內容提出實施區位及其措施，協調推動分工計畫，達到共識。最後在審議階段，方案係建議在審議會組成應有水利專家、機關代表，臺南市國土計畫審議會組成，目前已經有一位水利專家和一位機關代表，但查閱會議記綠，無對於逕流分擔議題提出審查意見，期待未來能對此加強意見提供。
三、考量地形、土地利用與都市計畫分區的降雨逕流演算格網生成研究：
不規則格網主要係以人工方式進行地表使用現況進行數繪而得，所製之不規則格網向量對於地表描述能力最為精確，但製程繁瑣且耗費時日，成本極高，繪製人員需對水文水理認識有一定要求，故較難以普及應用，為降低不規則格網繪製門檻，以內政部統計處利用街道巷弄、門牌地址或經緯度等對位功能及區劃效果，所建置通用性長久固定之最小統計區基礎圖資為基礎發展「自動化不規則格網生成程序」(如圖5)，透過電腦自動化演算減化繁縟之繪製程序，大幅降低繪製與維護成本，可加速不規則格網的製作，並利於普及與應用。
圖5、不規則格網半自動化產製流程
隨著都市擴張和氣候變遷，城鄉發展面臨的降雨量增加與極端水文現象帶來的挑戰日益嚴峻，尤其在逕流行為和洪水模擬方面，這些變化使逕流承受能力的國土規劃變得更加困難，要求管理單位在出流管制和逕流分擔等方面迅速反應。傳統模擬模式難以適應新的需求，因為它們需考慮多變的地表特徵，包括自然與人工構造物的影響，本研究目標是建構一個能快速反應土地使用狀況，並即時進行地表逕流模擬的系統，整合各類地理圖資，開發不規則格網生成程序，降低繪製技術門檻，本研究將考量不規則格網在呈現地形地貌的優勢，並依據政府公開的地理圖資進行模擬，以達到即時化和精確化的淹水預警服務。
透過10年重現期距、500mm定量降雨情境(圖6)及2018年8月23日台南歷史淹水災害事件(圖7)在人工格網與自動化格網兩者的模擬結果比較顯示，除河道邊槽設定在自動化格網部分未有考量實際行水限制外，自動化不規則格網大致已具備掌握區域淹水範圍與趨勢之能力，證明不規則格網產製程序可大規模產製並應用於淹水模擬，相信在後續的開發修改後，可以降低本研究模式人工格網的入門門檻，並在此基礎之上厚實加深。
(A)10年重現期淹水範圍與深度
(B)500mm定量降雨情境
圖6、人工格網與自動化格網比較-10年與500mm定量降雨情境
圖7、人工格網與自動化格網比較-2018年0823淹水事件
為能呈現土地利用型態改變所造成的降雨-逕流行為變化，茲以團隊目前取得的台南市國土計畫發展區資訊為呈現比較案例，以本研究模式模擬氣候變遷AR6-ssp585情境2040年NorESM2-MM模式日雨量推估值(ssp585情境至2100年日雨量推估最大值)在國土計畫施行前後地表的降雨-逕流行為變化，模擬結果如圖8所示；茲以2024年新聞媒體常傳生積淹水事件的台南市仁德區為例(圖7黃圈處)進行說明。圖8黃圈處仁德區國土計畫主要開發基地有2處，如圖9所示，兩處開發基地開發前後、在兩種不同格網的淹水推論結果上，就基地環域範圍0.5km及1km內低於基地平均高程範圍，增幅分別介於0.007~0.012m及0.004~0.006之間。實際整體國土計畫造成大台南區的淹水增幅及淹水風險本研究將在計畫成果推進的進程上，進行整體的呈現，而如何權衡國土計畫開發後的淹水增幅及大台南區整體淹水情況的防洪對策，則需在開發行為、工程經濟可負擔極限與面對災害的人類調適行為間做進一步的評估。
(A)人工格網
(B)自動化格網
圖8、人工格網與自動化格網比較-氣候變遷AR6ssp585情境2040年NorESM2-MM模式推論日最大降雨事件
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圖9、台南市仁德區國土計畫主要開發基地
圖10、人工格網與自動化格網推論氣候變遷極端降雨事件下國土計畫開發前後地表淹水深度比較
四、淹水模式建模準確度改善之研究
引用研究區內地形地貌(數值高程、堤防、河道、道路等)建置地文性淹排水模式(簡稱PHD模式)演算網格，搭配歷史颱風豪雨之水文、氣象等觀測資料進行演算，模式演算成果再與研究區內水文站(流量或水位測站)之觀測資料比對，輔助校正模式參數，已能初步反映流域水理現象，建置流程如圖11所示。
圖11、PHD地文性水文水理模式建置流程圖
雖PHDModel參數設定已能反映流域水理現象，但現地卻仍存在不確定性，造成模擬成果與觀測資料相比仍有值或趨勢上的差異之處。此一不確定性的來源可分為地文條件(網格高程)或水文條件(雨量資料)的誤差，前述建置網格時已有考慮測站及週遭地形條件，初步暫不考慮地文條件之影響。為精進PHD模式模擬成果，本研究初步針對PHD模式之水文條件–網格雨量，進行改善淹水模擬建模準確度研究，其原理如圖12所示。
圖12、淹水深度校正模式(連和政，2014)
本研究使用水文條件校正之雨量來源為中央氣象局之劇烈天氣監測系統雨量(簡稱QPESUMS雨量)，QPESUMS雨量資料經PHD模式演算後，以地面淹水感測器實測淹水深度(簡稱實測淹水深度)為比對資料，以實測淹水深度與演算結果之差值ΔH，進行評估兩者是否存在明顯之系統誤差，如是，則進行雨量偏差修正方法之探討，透過修正方程式修正即時雨量預資料，依修正後雨量進行PHD模式演算，優選最佳修正方程式。
QPESUMS雨量校正之範圍依漫地流計算約為上下左右各2格的觀測點(如圖13所示，R_0,0^t為地面淹水感測器觀測點雨量)，各測量點以距離反比為校正權重。修正方程式以實測淹水深度與演算結果之差值為校正核心，並參考與前一小時之QPESUMS雨量差值圖14，建立修正方程式，如下所示：
圖13、QPESUMS雨量校正範圍
圖14、QPESUMS雨量時間差值
依即時淹水感測器觀測資料(或觀測站資料)與演算結果的水位差值，透過修正方程式修正即時雨量預資料，依修正後雨量進行PHD模式演算，優選最佳修正方程式，回饋到水位差值。
本計畫選定2019年8月13日豪雨事件進行分析，以該期間之QPESUM資料為降雨情境，並使用PHD模式模擬逐時淹水深度，再將模擬成果與淹水感測器相互比較，進行雨量校正。圖5為PHD模式演算範圍、QPESUMS降雨格網及淹水感測器位置。
表1為本計畫之水深初步校正成果；表2則為QPESUMS網格雨量校正初步成果。依據淹水感測器水深資料，某一時刻水深紀錄為0.357m，而使用未校正之QPESUMS雨量進行PHD模式模擬，成果顯示該位置模擬水深為0.205m，基於本計畫之假設即代表降雨有所低估。表2為QPESUMS各網格雨量資料，其中R_0,0^t為淹水感測器位置所對應之QPESUMS網格，故若假設C_g=0，並將所有鄰近網格依其距離反比權重進行雨量校正，即可求得校正後雨量，可發現各網格雨量均有所上升；再依據校正後雨量進行模擬，即可求得如表1之水深，可發現該時刻之模擬結果與淹水感測器水深之誤差下降。又若進一步假設C_g=-0.5~0.5，可發現當C_g=-0.4作為權重校正時，所推求之校正後雨量如表2所示，模擬結果如表1所示，其模擬水深與淹水感測計水深之誤差又更為下降。
以上初步成果顯示，基於本計畫之基本假設，校正前之QPESUMS降雨資料有所低估，導致PHD模式模擬水深低於淹水感測器，並進一步使用該水深差值作為鄰近之QPESUMS網格雨量校正依據，其優勢在於將降雨與逕流之間覓得一具有物理意義之校正方法，可協助提升未來水理模式使用降雨資料進行模擬之準確；惟關於其細節尚有進一步研究餘地，包含模式結果與淹水感測器結果差異，是否需達一定閾值方進行校正；抑或是其誤差是否亦受鄰近地形變化所致。
表1、淹水感測器與不同雨量校正方法之模擬成果
表2、QPESUMS網格雨量校正成果
都市的擴張及開發在氣候變遷與極端水文現象下，城鄉發展除地形、地貌所造成的逕流行為改變外，降雨量攀升所造成的威脅亦不可忽視。此番地文、水文變動所潛存的逕流跨域流動可能性，除導致逕流演算、洪水模擬的難度提升外，需考量逕流承受能力的國土規劃更有其困難的程度。因此，建置能精確、快速反應且能提供即時淹水演算與提供淹水預警等服務的淹排水模擬模式有其之必要性，故本研究主要目標為規劃發展整合目前國家所發布之各式地理圖資(土地使用、都市計畫、路網、排水設備、…等)建置近於真實現況地表格網，並將整體程序建構為一自動或半自動不規則格網生成程序，以快速提供反應土地使用現況並提供給能即時進行地表逕流演算的演算法使用。
預計可提供未來空間規劃者一實用、快速、便利之逕流分析量化模式，在土地使用規劃後可檢視土地使用的配置對逕流之影響，使水利、都市計畫、國土規劃與災害管理得以強化連結性與整合性，減少各自為政進行減洪規劃所耗費的資源，在因應氣候變遷及國土規劃能發揮最大之成效。
一、跨流域逕流分析及逕流調適韌性分析：
都市地表逕流與降雨之時空分布及地面水流動現象有關，因此在進行都市地表逕流模擬時，需考慮研究範圍內之水文、地文條件。本計畫分析研究範圍內之地形地貌，佈置演算格網，格區間選擇適當之水流方程式演算地面水流，以擬似二維流觀念建置淹水演算模式演算核心，進一步應用於都會區域範圍之降雨逕流演算。演算範圍之相鄰格區間應用擬似二維流理論之水流連續方程式及適當之流量律連接，以分析格區水位及格區間之流量。
本計畫之地文性淹水排水模式演算採用依地文條件建置之非結構性格網，需依據現況土地利用、國土計畫功能分區或都市計畫施行後之土地使用分區，進行臺南都會區域空間減洪水理演算模式演算格網之佈置及演算相關參數之設定。圖1為以上述原則劃分臺南市範圍自八掌溪流域至二仁溪流域演算網格，演算範圍面積約2,446.62平方公里，共劃分為30,500個演算網格。
圖1、本水理模式之演算格網及範圍
本研究以近年所發生較大的颱洪事件，民國107年0823豪雨與民國108年0813豪雨事件作為演算案例，以颱風豪雨事件演算結果與鹽水溪
流域測站實測水位紀錄資料比較其納許效率係數NSE值(Nash-Sutcliffeefficiencycoefficient)驗證淹水模式之準確性。
為分析減洪演算情境在不同降雨情境下逕流及淹水情形之影響，本研究使用研究區域內各雨量站24小時延時之10年重現期之降雨情境，以及氣象署定義之大豪雨(24小時350mm定量降雨)等兩情境進行模擬，並均以臺南沿海重現期10年之潮位歷程做為模式演算之下游邊界條件。
24小時延時之10年重現期之模擬結果如下圖2所示，其中下營區交流道附近、新市區交流道附近及仁德區有較明顯之淹水情形；下游沿海部分如安南區、七股區及學甲區亦有較高之淹水深度。又大豪雨情境之模擬結果如下圖3所示，其中下營區交流道、新市區交流道及仁德區亦有明顯淹水事件，惟整體淹水深度及範圍均小於10年重現期模擬結果。
圖2、24小時延時10年重現期最大淹水深度
圖3、大豪雨情境最大淹水深度
以上模擬結果可顯示淹水災害熱點，並提供主管機關進行相對應之對策分析，於本次計畫而言，即可提供政府於都市計畫過程中評估區域開發所可能面臨之災害，並對其提出相對應之對策，例如選定特定區域作為滯洪池，或增加綠色基盤及保水措施，減少都會區之淹水災害。
二、氣候變遷下逕流分擔落實於國土規劃機制建立之研究：
為因應氣候變遷之衝擊，未來土地開發之逕流必須透過出流管制與逕流分擔計畫進行調適，其中逕流分擔計畫與國土計畫有密切之關係。本研究所倡議之水理分析技術可成為逕流分擔計畫與國土計畫相互連結之技術分析工具。然而，未來水理分析技術要能落實運用，必須掌握逕流分擔計畫與國土計畫在規劃與審議程序中互相連結之處，並找出未來如何連結之方案。
本研究透過文獻回顧與深度訪談，找出逕流分擔計畫與縣市國土計畫程序中相關連之處，並找出四項因子，分別是縣市國土計畫的流程「規劃階段資料蒐集」、「規劃階段整體規劃空間計畫」、「規劃階段細部規劃」、「審議階段」，各因子有兩項水準，是將逕流分擔計畫內容納入縣市國土計畫的方式，進行不同水準之組合，產生16組方案，再考量適宜性，包含成效性及可執行性之前提下進行直交分析，共篩選出10組方案進行專家問卷分析。共發放14份問卷，受測者包含水利及空間規劃之專家學者、機關主管、顧問公司主管。針對兩個準則「整合逕流分擔計畫於國土計畫流程之程度」、「未來國土計畫規劃與審議難易度」，請受測者依照其專業判斷依據重要性從0到10分進行評分，再基於兩準則下，請受測這依照其專業判斷對十組方案進行一到十的方案先後排序。
透過專家問卷進行基礎統計分析與聯合分析，準則一（整合逕流分擔計畫於國土計畫流程之程度）加權百分比為53%，準則二（未來國土計畫規劃與審議難易度）加權百分比為47％。將兩個準則求得之權重，分別乘上十組方案兩個準則下的效用值進行加總，評比出最佳方案為第十組方案，其方案組合為「規劃階段資料蒐集部分，蒐集與運用逕流分擔計畫資料，並進行工作會議、規劃階段的整體規劃中空間計畫，召開機關協商會議、規劃階段的細部規劃，召開機關協調會議、在審議階段，審議會組成應該包含水利單位、專家」。
研究結果顯示，為有效整合逕流分擔計畫至縣市國土計畫中，應於國土計畫流程的四個階段建立連結機制：
- 規劃階段資料蒐集
舉行工作會議：空間規劃部門召集國土計畫團隊、河川主管機關、水利規劃團隊共同討論，以促進資料理解與運用，並凝聚共識。
- 規劃階段整體規劃空間計畫
召開機關協商會議：由縣市政府空間規劃部門召集水利部門，共同研擬策略，並將逕流分擔內容連結至空間計畫。
- 規劃階段細部規劃
召開工作會議：空間規劃與水利團隊合作，將國土計畫目標具體化為行動方案和措施，如逕流抑制或暫存方案、農田在地滯洪方案等，確保地方層面能夠實現。
- 審議階段
圖4、逕流分擔計畫連結縣市國土計畫程序
依照專家問卷聯合分析後結果，評比出最佳方案，為詳細討論其實際程序操作，本研究以臺南市鹽水溪流域作為研究地區。建議於臺南市國土計畫規劃階段資料蒐集部分，應該蒐集鹽水溪流域逕流分擔評估報告內容，由臺南市都發局召開工作會議，邀集研擬臺南市國土計畫之工程顧問公司、鹽水溪流域主管機關第六河川分署、研擬鹽水溪流域逕流分評估報告之水利規劃團隊，進行逕流分擔相關計畫資料內容與使用確認，並進一步探討上述逕流分擔內容運用於國土計畫之構想。在整體規劃階段，建議應由臺南市都發局邀請鹽水溪主管水利機關河川第六分署進行機關協商，將鹽水溪逕流分擔評估報告內容納入作為臺南市國土計畫空間發展計畫內容一環。在細部規劃階段也建議召開機關協調會議，由臺南市都發局邀請鹽水溪主管水利機關河川第六分署、逕流分擔設施相關土地權屬單位與事業主管機關，應依照逕流分擔計畫內容提出實施區位及其措施，協調推動分工計畫，達到共識。最後在審議階段，方案係建議在審議會組成應有水利專家、機關代表，臺南市國土計畫審議會組成，目前已經有一位水利專家和一位機關代表，但查閱會議記綠，無對於逕流分擔議題提出審查意見，期待未來能對此加強意見提供。
三、考量地形、土地利用與都市計畫分區的降雨逕流演算格網生成研究：
不規則格網主要係以人工方式進行地表使用現況進行數繪而得，所製之不規則格網向量對於地表描述能力最為精確，但製程繁瑣且耗費時日，成本極高，繪製人員需對水文水理認識有一定要求，故較難以普及應用，為降低不規則格網繪製門檻，以內政部統計處利用街道巷弄、門牌地址或經緯度等對位功能及區劃效果，所建置通用性長久固定之最小統計區基礎圖資為基礎發展「自動化不規則格網生成程序」(如圖5)，透過電腦自動化演算減化繁縟之繪製程序，大幅降低繪製與維護成本，可加速不規則格網的製作，並利於普及與應用。
圖5、不規則格網半自動化產製流程
隨著都市擴張和氣候變遷，城鄉發展面臨的降雨量增加與極端水文現象帶來的挑戰日益嚴峻，尤其在逕流行為和洪水模擬方面，這些變化使逕流承受能力的國土規劃變得更加困難，要求管理單位在出流管制和逕流分擔等方面迅速反應。傳統模擬模式難以適應新的需求，因為它們需考慮多變的地表特徵，包括自然與人工構造物的影響，本研究目標是建構一個能快速反應土地使用狀況，並即時進行地表逕流模擬的系統，整合各類地理圖資，開發不規則格網生成程序，降低繪製技術門檻，本研究將考量不規則格網在呈現地形地貌的優勢，並依據政府公開的地理圖資進行模擬，以達到即時化和精確化的淹水預警服務。
透過10年重現期距、500mm定量降雨情境(圖6)及2018年8月23日台南歷史淹水災害事件(圖7)在人工格網與自動化格網兩者的模擬結果比較顯示，除河道邊槽設定在自動化格網部分未有考量實際行水限制外，自動化不規則格網大致已具備掌握區域淹水範圍與趨勢之能力，證明不規則格網產製程序可大規模產製並應用於淹水模擬，相信在後續的開發修改後，可以降低本研究模式人工格網的入門門檻，並在此基礎之上厚實加深。
(A)10年重現期淹水範圍與深度
(B)500mm定量降雨情境
圖6、人工格網與自動化格網比較-10年與500mm定量降雨情境
圖7、人工格網與自動化格網比較-2018年0823淹水事件
為能呈現土地利用型態改變所造成的降雨-逕流行為變化，茲以團隊目前取得的台南市國土計畫發展區資訊為呈現比較案例，以本研究模式模擬氣候變遷AR6-ssp585情境2040年NorESM2-MM模式日雨量推估值(ssp585情境至2100年日雨量推估最大值)在國土計畫施行前後地表的降雨-逕流行為變化，模擬結果如圖8所示；茲以2024年新聞媒體常傳生積淹水事件的台南市仁德區為例(圖7黃圈處)進行說明。圖8黃圈處仁德區國土計畫主要開發基地有2處，如圖9所示，兩處開發基地開發前後、在兩種不同格網的淹水推論結果上，就基地環域範圍0.5km及1km內低於基地平均高程範圍，增幅分別介於0.007~0.012m及0.004~0.006之間。實際整體國土計畫造成大台南區的淹水增幅及淹水風險本研究將在計畫成果推進的進程上，進行整體的呈現，而如何權衡國土計畫開發後的淹水增幅及大台南區整體淹水情況的防洪對策，則需在開發行為、工程經濟可負擔極限與面對災害的人類調適行為間做進一步的評估。
(A)人工格網
(B)自動化格網
圖8、人工格網與自動化格網比較-氣候變遷AR6ssp585情境2040年NorESM2-MM模式推論日最大降雨事件
圖9、台南市仁德區國土計畫主要開發基地
圖10、人工格網與自動化格網推論氣候變遷極端降雨事件下國土計畫開發前後地表淹水深度比較
四、淹水模式建模準確度改善之研究
引用研究區內地形地貌(數值高程、堤防、河道、道路等)建置地文性淹排水模式(簡稱PHD模式)演算網格，搭配歷史颱風豪雨之水文、氣象等觀測資料進行演算，模式演算成果再與研究區內水文站(流量或水位測站)之觀測資料比對，輔助校正模式參數，已能初步反映流域水理現象，建置流程如圖11所示。
圖11、PHD地文性水文水理模式建置流程圖
雖PHDModel參數設定已能反映流域水理現象，但現地卻仍存在不確定性，造成模擬成果與觀測資料相比仍有值或趨勢上的差異之處。此一不確定性的來源可分為地文條件(網格高程)或水文條件(雨量資料)的誤差，前述建置網格時已有考慮測站及週遭地形條件，初步暫不考慮地文條件之影響。為精進PHD模式模擬成果，本研究初步針對PHD模式之水文條件–網格雨量，進行改善淹水模擬建模準確度研究，其原理如圖12所示。
圖12、淹水深度校正模式(連和政，2014)
本研究使用水文條件校正之雨量來源為中央氣象局之劇烈天氣監測系統雨量(簡稱QPESUMS雨量)，QPESUMS雨量資料經PHD模式演算後，以地面淹水感測器實測淹水深度(簡稱實測淹水深度)為比對資料，以實測淹水深度與演算結果之差值ΔH，進行評估兩者是否存在明顯之系統誤差，如是，則進行雨量偏差修正方法之探討，透過修正方程式修正即時雨量預資料，依修正後雨量進行PHD模式演算，優選最佳修正方程式。
QPESUMS雨量校正之範圍依漫地流計算約為上下左右各2格的觀測點(如圖13所示，R_0,0^t為地面淹水感測器觀測點雨量)，各測量點以距離反比為校正權重。修正方程式以實測淹水深度與演算結果之差值為校正核心，並參考與前一小時之QPESUMS雨量差值圖14，建立修正方程式，如下所示：
圖14、QPESUMS雨量時間差值
依即時淹水感測器觀測資料(或觀測站資料)與演算結果的水位差值，透過修正方程式修正即時雨量預資料，依修正後雨量進行PHD模式演算，優選最佳修正方程式，回饋到水位差值。
本計畫選定2019年8月13日豪雨事件進行分析，以該期間之QPESUM資料為降雨情境，並使用PHD模式模擬逐時淹水深度，再將模擬成果與淹水感測器相互比較，進行雨量校正。圖5為PHD模式演算範圍、QPESUMS降雨格網及淹水感測器位置。
表1為本計畫之水深初步校正成果；表2則為QPESUMS網格雨量校正初步成果。依據淹水感測器水深資料，某一時刻水深紀錄為0.357m，而使用未校正之QPESUMS雨量進行PHD模式模擬，成果顯示該位置模擬水深為0.205m，基於本計畫之假設即代表降雨有所低估。表2為QPESUMS各網格雨量資料，其中R_0,0^t為淹水感測器位置所對應之QPESUMS網格，故若假設C_g=0，並將所有鄰近網格依其距離反比權重進行雨量校正，即可求得校正後雨量，可發現各網格雨量均有所上升；再依據校正後雨量進行模擬，即可求得如表1之水深，可發現該時刻之模擬結果與淹水感測器水深之誤差下降。又若進一步假設C_g=-0.5~0.5，可發現當C_g=-0.4作為權重校正時，所推求之校正後雨量如表2所示，模擬結果如表1所示，其模擬水深與淹水感測計水深之誤差又更為下降。
以上初步成果顯示，基於本計畫之基本假設，校正前之QPESUMS降雨資料有所低估，導致PHD模式模擬水深低於淹水感測器，並進一步使用該水深差值作為鄰近之QPESUMS網格雨量校正依據，其優勢在於將降雨與逕流之間覓得一具有物理意義之校正方法，可協助提升未來水理模式使用降雨資料進行模擬之準確；惟關於其細節尚有進一步研究餘地，包含模式結果與淹水感測器結果差異，是否需達一定閾值方進行校正；抑或是其誤差是否亦受鄰近地形變化所致。
表1、淹水感測器與不同雨量校正方法之模擬成果
表2、QPESUMS網格雨量校正成果