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論文中文名稱:建立開源分佈式降雨逕流模式於水情測預報平台之研究 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Building Open Source Distributed Hydrologic Model in FEWS_Taiwan [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:土木工程系土木與防災碩士班
畢業學年度:105
畢業學期:第一學期
中文姓名:黃冠智
英文姓名:Kuan-Chih Huang
研究生學號:103428101
學位類別:碩士
口試日期:2017/01/19
指導教授中文名:張哲豪
口試委員中文名:張哲豪;張駿暉;何嘉浚;吳祥禎
中文關鍵詞:FEWS_Taiwan分佈式降雨逕流模式Open Source
英文關鍵詞:FEWS_TaiwanDistributed Hydrologic ModelOpen Source
論文中文摘要:傳統上降雨逕流模式多以集塊式為主,在探討高空間解析度成果上則較為受限。故如需探討高空間解析度成果時,多採用分佈式降雨逕流模式進行討論。在分佈式的發展中,因早期測量技術無法提供高解析度之觀測數值,且受限於計算機運算效能,所以發展較為受限。隨著近年來計算機能力及測量技術不斷進步,使得分佈式發展限制較為消除,逐漸被應用及討論。因分佈式尚在發展階段,台灣各研究單位多自行開發,在成果共享性較為受限。在目前資訊開發的時代,資料共享概念已逐漸被重視,如OpenSource的概念。OpenSource概念包含成果可共享、使用並且進行開發。目前在網路上已有OpenSource分佈式降雨逕流模式可以供使用,並持續被開發及討論。
故本研究希望在OpenSource環境下尋求建置分佈式降雨逕流模式之可能性,以期成果在後續可被應用及討論。經評估後,本研究選擇開源分佈式降雨逕流模式wflow並嘗試以OpenData進行建置,且希望將模式應用於防洪期間逐時模擬。為達到此目的,本研究進一步將模式與具有排程功能之系統FEWS_Taiwan進行介接。
本研究利用OpenData在石門水庫上游集水區進行wlfow模式建置,並利用五年觀測降雨量及六場颱風事件進行模擬分析,由分析成果可知模擬流量與觀測流量間的效率係數落在0.75~0.85間,在趨勢上已有相當程度的接近。接著利用FEWS_Taiwan系統排程及設定,可達到自動更換模式初始狀態檔,藉由上述方式使模式得以逐年、逐日進行模擬,且逐年及逐日模擬成果與連續模擬成果相符。但wflow在逐時模擬有其模擬時間長度之限制,所以本研究所提出之「固定時距移動模擬」,使模式運算時間符合逐時模擬之需求,成功將模式應用於逐時模擬架構。
論文英文摘要:In the traditional way, rainfall-runoff modeling mostly using lumped basin . But when we try to discuss about high spatial resolution results, it was limited. So if we want to discuss the results of the high spatial resolution, we usually discuss by using distributed rainfall-runoff model. The progress of the distributed rainfall-runoff model was slow, limited and restricted because of the survey technology can’t provide the high-resolution observation values and the computer computing efficacy was not as well as nowadays . With the computer computing capacity increasing extremely fast day by day and the surveying technology continue progress in the recent years. Therefore the restriction of the distributed rainfall-runoff model is relatively eliminated as the technology progress. The distributed rainfall-runoff model is still a on-going development stage , however most of the research agencies in Taiwan are research by there own , so the results are marked classified and data sharing between the agencies are limited. In this age of the information .The concept of data sharing has been valued , such as OpenSource. Which contains such as results sharing, been used and been continue developed worldwide. In the global opensource forum page ,distributed rainfall-runoff model have been shared and still under development as we speaking.
That’s the reason why in this research I’m trying the possibility of modeling distributed rainfall-runoff model based on open-source. And hoping after this research , my result can be used and discussed by others. After assessment , wflow was selected, which is an open-source modeling program of distributed rainfall-runoff model. Also in this research , I attempted to build the model by using OpenData. After that we’ll combine the model into FEWS_Taiwan.
In the research , I’m using opendata and wflow building a model at Shihmen reservoir upstream catchments. And using five years of observed rainfall data and six typhoon events to do the simulations and analysis. From the results of the analysis data, we can tell that the efficiency coefficient of the simulation flow and observation flow is between 0.75 and 0.85. The trend is very much look a-like. And then using FEWS_Taiwan system’s schedule setting, it help to replace the initial state files of the model. By using the replace initial state file which we mentioned before, make the model can run yearly and day by day simulations. Even more the yearly and day by day simulations are match to the five years simulation. But wflow has it limit, which is that it’s hourly simulation has a simulation length limit. So in this research, I propose “Fixed-Time Moving Simulation Concept” and in require to make forecast simulation estimation time to match needed.so the model can be used for simulation when flood protection period.
論文目次:摘 要 i
ABSTRACT iii
誌 謝 iv
目 錄 v
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 3
1.2.1 開放源碼Open Source 3
1.2.2 降雨逕流模式 5
1.2.3 模式整合 7
1.3研究架構與方法 8
第二章 開源分佈式降雨逕流模式 10
2.1開放源碼及自由軟體 10
2.2 Wflow模式介紹 11
2.3 Wflow模式理論 11
2.3.1降雨截流模式 13
2.3.2 土壤模式 14
2.3.3運動波模式 18
第三章 開源分佈式降雨逕流模式建置 22
3.1 研究區域 22
3.2Wflow模式建置 23
3.2.1模式系統環境設定 24
3.2.2模式基礎資料收集 24
3.2.3模式靜態檔內容及建置 28
3.2.4模式參數建置 29
3.2.5模式動態輸入檔內容 32
3.2.6模式初始狀態檔內容 33
3.2.7模式輸出成果內容 34
3.3FEWS_Taiwan水情測預報平台 36
3.3.1平台銜接外部資料 38
3.3.2平台銜接外部模式 40
3.3.3平台工作流程模組 42
3.3.4模式銜接概念 43
3.3.5FEWS_Taiwan平台設定檔建置 44
第四章 研究區域模式參數訂定及案例模擬 53
4.1石門水庫-模式靜態檔參數檔訂定 53
4.1.1土地利用參數訂定 53
4.1.2土壤類型參數訂定 54
4.2長期模擬 57
4.2.1 2011~2015年個別模擬成果 59
4.2.2 2011~2015年連續模擬成果 67
4.3 各年颱風與豪大雨事件成果 76
4.3.1 2011年豪大雨事件 77
4.3.2 2012年蘇拉颱風事件 78
4.3.3 2013年蘇力颱風事件 80
4.3.4 2014年麥德姆颱風事件 81
4.3.5 2015年蘇迪勒颱風事件 83
4.3.6 2015年杜鵑颱風事件 84
4.3.7模擬成果探討 86
第五章模式逐時模擬架構 89
5.1逐年模擬成果 89
5.1.1逐年模擬概念說明 89
5.1.2 2011年逐年模擬成果驗證-霞雲 90
5.1.3 2012年逐年模擬成果驗證-霞雲 91
5.1.4 2013年逐年模擬成果驗證-霞雲 92
5.1.5 2014年逐年模擬成果驗證-霞雲 93
5.1.6 2015年逐年模擬成果驗證-霞雲 94
5.2逐日模擬成果 95
5.2.1逐日模擬概念說明 95
5.2.2逐日模擬成果驗證 98
5.3逐時模擬成果 100
5.3.1初始狀態檔穩定所需運算時間 100
5.3.2逐時模擬概念說明 102
5.3.3逐時模擬成果驗證 104
第六章結論與建議 106
6.1結論 106
6.2建議 107
參考文獻 108
論文參考文獻:1. Baxter E. Vieux, Distributed Hydrologic Modeling Using GIS,2016
2. https://opensource.org/history
3. https://opensource.org/osd-annotated
4. Deltares System 1D/2D modelling suite for integral water solution SOBEK UserManual,http://content.oss.deltares.nl/delft3d/manuals/SOBEK_User_Manual.pdf.
5. 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。
6. 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。
7. Hydrologic Engineering Center, http://www.hec.usace.army.mil/
8. HEC-1 Flood Hydrograph Package User’s Manual,
http://www.hec.usace.army.mil/publications/ComputerProgramDocumentation/
HEC-1_UsersManual_(CPD-1a).pdf
9. 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
10. 科技部,「行政院災害防救應用科技方案104年度階段成果彙整報告」,國家災害防救科技中心,民國104年。
11. Beven, K.J., Kirkby, M.J.,”PHYSICALLY BASED, VARIABLE CONTRIBUTING AREA MODEL OF BASIN HYDROLOGY”,Hydrol Sci Bull Sci Hydrol,vol 24,No.1,1979,pp.43-69.
12. Huang, J.C.; Lee, T.Y.; Kao, S.J.,Simulating typhoon-induced storm hydrographs in subtropical mountainous watershed: An integrated 3-layer TOPMODEL, Hydrology and Earth System Sciences,2009.
13. Japp Schellekens,wflow documentation release 0.9,2012.
14. Vertessy, R.A. and H. Elsenbeer, ”Distrubuted modelling of storm flow generation in an Amazonian rainforest catchment: effects of model parameterization”, Water Resources Research,vol 35,No.7,1999,pp.2173-2187.
15. Sten Bergström,Development and Application of a Conceptual Runoff Model for Scandinavian Catchments,Lund, University of Lund,1976,pp.134.
16. 邱煌升, 以OpenMI架構整合都市降雨逕流模式與雨水下水道模式,碩士論文,國立中原大學,桃園,2008
17. Sanders,F., “On subjective probability forecasting”, Journal of Applied Meteorology, 2, 1963, pp.191-201.
18. 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.
19. 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,臺北,2010。
20. 陳柏愷,介接淹水模式於即時作業平台,碩士論文國立臺北科技大學,土木與防災研究所,臺北,2012 。
21. 梁博超,整合資料同化與分佈式降雨逕流模式於水情測預報平台之研究,土木工程系土木與防災碩士班,臺北,2015
22. Chow, V.T., Maidment, D.R., and Mays, L.W. (1988). Applied Hydrology, McGraw-Hill, New York, USA.
23. 黃奕彰,極端降雨事件分散式集水區逕流模之發展與驗證,碩士論文,國立中央大學水科研究所桃園,2007。
24. 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加值應用(1/2)」,國立臺北科技大學,民國103年。
25. 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加值應用(2/2)」,國立臺北科技大學,民國104年。
26. 盧惠生、林壯沛、林介龍、黃良鑫、王秋嫻,「台灣中部坡地不同土地利用及降雨強度土壤入滲」, 坡地防災學報,第十卷一期2011,第10 -26 頁。
27. 沈哲偉、曹鼎志,邊坡防護工程中植物根系固土機制與穩定分析初探,水保技術,第四卷一期,第P47-55。
28. Xianhong Xie,Dongxiao Zhang,” Data assimilation for distributed hydrological catchment modeling via ensemble Kalman filter”Advances in Water Resources,vol.33,no.6,2010,pp.678
29. Jacob Bear,Hydraulics of Groundwater,1927
30. 鄭錦桐,林伯勳,蕭震洋,梁惠儀,許振崑,連榮吉,林柏壽,「石門水庫集水區之土砂災害監測及評估技術」,2009。
31. Finnegan, N.J., Roe, G., Montgomery, D.R., Hallet, B., “Controls on the channelwidth of rivers: Implications for modeling fluvial incision of bedrock”,Geology, vol 33, 2005, pp229-232
論文全文使用權限:同意授權於2017-02-12起公開