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論文中文名稱:多模式系集水位模擬架構 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Multi-Model Integrations for Ensemble Water Level Simulation [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:土木與防災研究所
畢業學年度:103
畢業學期:第二學期
出版年度:104
中文姓名:吳東庭
英文姓名:Tung-Ting Wu
研究生學號:102428078
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2015/07/29
指導教授中文名:張哲豪
指導教授英文名:Che-Hao Chang
口試委員中文名:陳彥璋;陳偉柏;張駿暉
口試委員英文名:Yen-Chang Chen;Wei-Bo Chen;Jiun-Huei Jang
中文關鍵詞:多模式架構、水文水理模式整合、FEWS_Taiwan、洪水位預報
英文關鍵詞:Multi-Model, Hydrological Model Integrations, FEWS_Taiwan, Water level Forecasting
論文中文摘要:在防災領域上,常需要推估未來時間災害可能影響的範圍及損害,來達到必要的風險管理,評估的依據主要來自模擬計算。為提高模擬計算可靠度,於預報時會採用多模式的方式進行預報,然而各模式皆具有獨特的專業背景,於過去整合系統內不同來源之模式時,需就個別案例採客製化資料轉換與介接,一但案例改變有機會導致系統無法正常運作,因而影響到以科技來預報防災的目的。
本研究將提出多模式模擬架構,說明如何透過經濟部水利署與荷蘭Deltares共同發展的臺灣即時洪災預警整合平台(Taiwan Flood Early Warning System, FEWS_Taiwan)建立共通整合標準,並將此架構實作於國家災害防救科技中心(National Science and Technology Center for Disaster Reduction, NCDR)。由多元架構系統的建置開始,到整合研發單位水文水理模式,再至多場歷史事件、即時資料模擬探討。最後,讓既有的模擬架構能隨空間區域調整,或事件時間選擇而穩定不中斷的運作。透過研究架構的實作與測試,讓將來模式與平台維護能有一套標準流程參照,透過整合標準達到真正跨時空多模式多資料平台運作的整合目標。
論文英文摘要:In the field of disaster prevention usually use forecasting to estimate the effect of disaster to archive risk management. The process of forecasting can use multi-model ensemble strategy to improve the performance of calculation’s reliability. However, in the past of integration in different model experience, the system must be customized to match the need of each project and model. Once the case was changed, these integrated systems might crash and then affect the destination of using technical way to prevent disaster.
The aim of this study is proposing a multi-model integration’s common procedures to provide a standard integrations reference for the future integration and maintenance. It is employed by the real-time flood forecasting system, FEWS_Taiwan, which is developed by our Water Resources Agency and Netherland’s Deltares Hydraulics, as the model-integrating framework. Furthermore, it can summarizes common procedures of FEWS_Taiwan system setup during on-site integrated multi-model and apply these common procedures to National Science and Technology Center for Disaster Reduction (NCDR) to apply hydraulic model. Then this multi-model ensemble framework will examine with a lot of historical and real-time data for testing the system operation. Moreover, the application of this framework can be used in different temporal and spatial distribution and keep working until the system break down. From the research experiment ,this study develops a process of multi-model integration standard in order to archive the differenet temaporal and spatial multi-model integrations.
論文目次:摘 要 i
ABSTRACT iii
誌 謝 v
目 錄 vi
表目錄 viii
圖目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 多模式應用相關研究文獻 2
1.2.2 模式整合應用相關研究文獻 4
1.3 研究組織架構 6
第二章 多模式水文水理氣象整合平台系統介紹 8
2.1多模式水文水理氣象整合平台概述 8
2.2 Stand Alone 系統架構 13
2.3 Live System 系統架構 16
2.4 由平台預報流程解析水文水理系統 20
2.5 銜接水文水理演算模式模組 30
2.6 排定工作流程模組 34
第三章 模式理論與標準化銜接流程 36
3.1 SOBEK水文水理模式 36
3.1.1 模式理論概述 37
3.1.2 模式架構與執行 38
3.2 HEC-RAS水理模式 40
3.2.1 模式理論概述 40
3.2.2 模式架構與執行 43
3.3 國家災害防救科技中心二維河道水動力模式 48
3.3.1 模式理論概述 48
3.3.2 模式架構與執行 49
3.4 水文水理模式標準化銜接流程 51
3.4.1 建立標準化模式維護資訊 54
3.4.2 模式取得與架構分析 61
3.4.3 建置模式環境 62
3.4.4 模式與平台銜接及執行測試 67
第四章 多模式銜接規劃與實作 69
4.1 研究區域概述 69
4.2 多元資料架構規劃與建置 70
4.3 多模式系集架構規劃 74
4.4 SOBEK 模式整合 77
4.4.1建立標準化模式維護資訊 77
4.4.2模式取得與架構分析 83
4.4.3建置模式環境 84
4.4.4模式與平台銜接及執行測試 89
4.5 HEC-RAS 模式整合 92
4.5.1 建立標準化模式維護資訊 92
4.5.2 模式取得與架構分析 96
4.5.3 建置模式環境 98
4.5.4 模式與平台銜接及執行測試 102
4.5.5 模式銜接問題處理與溝通 104
4.6 國家災害防救科技中心二維河道水動力模式 108
4.6.1 建立標準化模式維護資訊 108
4.6.2 模式取得與架構分析 112
4.6.3 建置模式環境 113
4.6.4 模式與平台銜接及執行測試 115
4.6.5 模式銜接問題處理與溝通 122
第五章 模式銜接成果與分析 126
5.1 多模式系集模擬成果探討 126
5.1.2 多模式系集模擬演算事件概述 126
5.1.2 多模式系集模擬演算成果分析 128
第六章 結論與建議 136
6.1 結論 136
6.2 建議與未來目標 137
參考文獻 139
附錄 143
A:FEWS 銜接三種模式設定檔說明 143
論文參考文獻:[1] Sanders, F. , “On subjective probability forecasting”, Journal of Applied Meteorology, 2, 1963, pp.191-201.
[2] Staël von Holstein, Carl-Axel S., “An Experiment in Probabilistic Weather Forecasting”, Journal of Applied Meteorology, 4, 1971, pp.635-645.
[3] Winklerm R.L, Murphy A.H, Katz R.W, “The consensus of subjective probability forecasts: Are two, three, ….., heads better than one?”, Preprint volume Fifth Conference on Probability and Statistics, 1977, pp.57-62.
[4] Robert T. CLEMEN, “Combining forecasts: A review and annotated bibliography”, International Journal of Forecasting, 5, 1989, pp.559-583.
[5] J. Scott Armstrong, “Combining Forecasts: The End of the Beginnging or the Beginning of the End”, International Journal of Forecasting, 5, 1989, pp.585-588.
[6] Linda See, Robert J. Abrahart, “Multi-model data fusion hydrological forecasting”,Computers & Geosciences, 27, 2001 , pp.987-994.
[7] Konstantine P. Georgakakos, Dong-Jun Seo, Hoshin Gupta, John Schaake, Michael B. Butts, “Towards the characterization of streamflow simulation uncertainty through multimodel ensembles”,Journal of Hydrology, 298, 2004, pp.222-241.
[8] NEWSHA K. AJAMI, QINGYUN DUAN, XIAOGANG GAO AND SOROOSH SOROOSHIAN, ”Multimodel Combination Techniques for Analysis of Hydrological Simulations: Application to Distributed Model Intercomparison Project Results” ,Jourbal of Hydrometeorology, VOLUME 7 , 2005, pp.755-768.
[9] Qingyun Duan , Newsha K. Ajami , Xiaogang Gao , Soroosh Sorooshian, “Multi-model ensemble hydrologic prediction using Bayesian model averaging” , Advance in Water Resource, 30, 2007, pp.1371-1386.
[10] J. Dietrich, M. Denhard and A.H. Schumann ,”Can ensemble forecasts improve the reliabilityof flood alerts?” , Journal of Flood Risk Management, 4th , 2009, pp.232-242.
[11] J. Schellekens , A. H. Weerts , R. J. Moore , C. E. Pierce , and S. Hildon , “The use of MOGREPS ensemble rainfall forecasts in operational flood forecasting systems across England and Wales” , Advances in Geosciences, 29 , 2011 , pp.77-84.
[12] 林國峰、蔡斐毓、吳明章,「類神經網路於颱風降雨與流量預報之研究」,農業工程研討會論文集,2006,pp.1201-1212.
[13] 國家高速網路與計算中心,「水文氣象觀測整合平台擴充建置計畫(1/2)」,經濟部水利署,2007。
[14] 國家高速網路與計算中心,「水文氣象觀測整合平台擴充建置(2/2)」,經濟部水利署,2009。
[15] 陳柏愷,「介接淹水模式於即時作業平台」,碩士,國立臺北科技大學,2012。
[16] 蔡惠峰、張哲豪、張文鎰、連和政、黃良維、李光敦,「開放式洪水預報與決策資訊整合平台之應用」,中國土木水利工程學刊,第二十五卷,第三期,2013,pp.211-221
[17] OpenMI, http://www.openmi.org/
[18] Roger V. Moore, C. Isabella Tindall, “An overview of the open modelling interface and environment(the OpenMI)”, Environmental Science & Policy, 8, 3, 2005, pp. 279-286.
[19] J. B. Gregersen, P. J. A. Gijsbers and S. J. P. Westen, “OpenMI: Open modelling interface”, Journal of Hydroinformatics, 9, 3, 2007, pp. 175
[20] F. Fotopoulos, C. Makropoulos, M.A. Mimikou. "Flood forecasting in transboundary catchments using the Open Modeling Interface", Environmental Modelling & Software, Vol. 25, 2010, pp.1640-1649.
[21] M. G. F. Werner, M. Van Dijk, and J. Schellekens, “DELFT-FEWS: An open shell flood forecasting system,” in Proc. 6th Int. Conf. Hydroinformatics, S. Y. Liong, K. Phoon, and V. Babovic, Eds., 2004, pp. 1205–1212.
[22] Albrecht H. Weerts, Jaap Schellekens and Frederiek Sperna Weiland. "Real-Time Geospatial Data Handling and Forecasting: Examples From Delft-FEWS Forecasting Platform/System", IEEE Jouranal of selected topics in applied earth observations and remote sensing, vol. 3, 2010, pp.386-394.
[23] D.J. Penton, B.P. Leighton, M.P. Stenson, J.M. Rahman, M. Bethune. "Linking hydrological simulation models with workflow and optimisation software", 19th International Congress on Modelling Simulation, Australia, 2011, pp.12-16.
[24] The World Wide Web Consortium(W3C), http://www.w3.org/XML/Schema
[25] Deltares-FEWS Administrator’s Guide Interface – System Status- Live System Status,
https://publicwiki.deltares.nl/display/FEWSDOC/Admin+Interface+User+Guide
[26] Richard Monson-Haefel and David A. Chappell, “Java Message Service”, O’Reilly, 2nd Edition, 2009
[27] 王如意、易任,應用水文學 新編下冊,台北,國立編譯館,2005年,共543頁。
[28] 李光敦,水文學,台北,五南圖書出版股份有限公司,2011,共385頁。
[29] Chen, G.Y., Chen P.Y., Cheng-MauWu, “Computational Discretization and Physical Parameter Effect on a GIS based Hydrological Simulation Model”, The 2nd World Congress on Computer Science and Information Engineering (CSIE 2011), June 2011, Changchun, China.
[30] 林士浩,六小時雨量預報資訊之即時校正與分析,碩士論文,國立臺北科技大學,台北,2011。
[31] 經濟部水利署,「雷達觀測資料及流域多水文模式於水文氣象觀測整合平台之建置與應用(1/2)」,國立臺北科技大學,民國101年。
[32] 經濟部水利署,「雷達觀測資料及流域多水文模式於水文氣象觀測整合平台之建置與應用(2/2)」,國立臺北科技大學,民國102年。
[33] 經濟部水利署,「雷達觀測資料及多水文模式於水文氣象觀測整合平台之加
值應用(1/2)」,國立臺北科技大學,民國103年。
[34] Deltares System 1D/2D modelling suite for integral water solution SOBEK User Manual,http://content.oss.deltares.nl/delft3d/manuals/SOBEK_User_Manual.pdf.
[35] Hydrologic Engineering Center, http://www.hec.usace.army.mil/
[36] HEC-RAS River Analysis System Hydraulic Reference Mannual,
http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/documentation/HEC-RAS_4.1_Reference_Manual.pdf
[37] Large W. G. , Pond S. ,” Open Ocean Momentum Flux Measurements in Moderate to Strong Winds”, Journal of Physical Oceanography, 11, 3, 1981, pp.324-336.
[38] Powell, Mark D., Vickery, Peter J., Reinhold, Timothy A., “ Reduced drag coefficient for high wind speeds in tropical cyclones”, Nature, 422, 6929, March 20, 2003, pp.279-283.
[39] 馮威勝,建構FEWS_Taiwan 與模式連結之標準作業方式,碩士,國立台北科技大學,台北,2010。
[40] 鄭琨懷,建構規劃用途水位模擬平台之研究,碩士,國立台北科技大學,台北,2011。
[41] 經濟部水利署,河川治理計畫--曾文溪(Zengwen River), http://www.wra.gov.tw/ct.asp?xItem=12877&ctNode=2395&comefrom=lp
[42]中央氣象局颱風資料庫,http://rdc28.cwb.gov.tw/TDB/
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