淡水河的安全維護系統建構

台灣位於西太平洋颱風路徑要衝，每年夏秋之際均遭受颱風侵襲。淡水河為台灣北部首要河川，流域內主要行政轄區包含台北縣、市及基隆市，人口達650萬，為台灣最重要的政治、經濟發展中心。
第十河川局專責辦理大台北地區，淡水河系之河川整治規劃與治理工作，為能確保淡水河流域在颱風豪雨時期不致因洪水造成危害，歷年來積極建設防洪系統。民國56年至60年邀請國際氣象組織訪台研擬颱風及洪水特性；民國60年至62年，邀請日本技術協力團訪台研擬「淡水河洪水預報系統」；民國62年至65年，成立洪水預報工作小組，以執行規劃、施工及系統設置計劃；民國66年「淡水河洪水預報中心」正式運轉，並由當時之台灣省政府及台北市政府對等編列經費執行；民國78年「淡水河洪水預報更新及改善計畫」列入台北防洪三期計畫執行；為辦理淡水河台北市轄外之河段各項防洪排水設施統一運轉業務，民國86年5月成立「台灣省淡水河流域防洪指揮中心」，民國91年配合台灣省政府功能業務與組織調整，水利處及水資源局整併為「水利署」，防洪指揮中心亦更名為「經濟部水利署淡水河流域防洪指揮中心」。
完整的防洪系統，包含「即時資料蒐集、水情監控系統」，「洪水預報演算、展示系統」，以及「決策預警通報系統」等三部分。系統利用傳訊科技即時收集之水文氣象資料進行展示分析與研判，據以研擬防洪操作方案，下達防洪操作指令，以達到統一指揮之目的。此外並隨時將洪水通告或警報單透過傳真及網際網路傳送至各有關單位及村里長；一般民眾亦可上網查詢最新水情資訊。目前淡水河防洪指揮作業示意如圖。

淡水河防洪指揮作業示意

圖2-7中的上兩層，分別為各資料來源機關以及資料接收連線方式，相關通信網路如圖2-8。十河局暨淡水河流域防洪指揮中心、北區水資源局、北市府養工處共同使用微波為通訊系統，並用大棟山、觀音山為中繼站作通訊轉送服務，傳輸內容包括CCTV影像監控、傳真、語音通訊和資料封包。旁收的單位有水利署(T1專線及GSN)、中央氣象局(T1專線)、台北縣市消防局(GSN)。
水文測報系統採用全套無線電自動測報系統，以調相通訊方式傳輸數據及聲頻訊號。資料傳送型態為單工制作業，無線電通訊為半雙工制作業。另為掌握流域內相關水文測報資料及水庫運轉情形，與設置多工制通信設備，以為即時傳輸話務、數據、影像之通信系統。各測站資料經中心控制，自動定時或不定時傳回中心，顯示於標示板，並直接輸入程式進行水文模擬分析，利用數據線路傳送各有關單位參考。即時資料內容包含：
(ㄧ)、中央氣象局：颱風動態、雨量站即時雨量、氣象雲圖、雷達回波圖、QPESUMS雷達整合降水估計與預報產品。
(二)、十河局：雨量站即時雨量、水位站即時水位、即時影像。
(三)、員山子分洪管理中心：員山子分洪道、攔河堰即時水位及影像。
(四)、北區水資源局：石門水庫運轉現況，石門水庫上游集水區即時雨量、水位。
(五)、翡翠水庫管理局：翡翠水庫運轉現況，翡翠水庫上游集水區即時雨量、水位。
即時資料蒐集、水情監控系統是防洪預警報系統的最前線，後續之洪水預報及警報發布作業完全需要在此基礎上才能發揮功效，是防洪安全維護系統中相當重要的一環。

台灣年降雨量豐沛，每逢颱風或雨季時常發生超大豪雨，且河川具坡陡流急的特性，水文反應時間短暫而快速，河川水位流量的變化需要依靠洪水預報系統進行掌握，以協助後續防洪作業決策之擬定。
淡水河流域為臺灣發展洪水預報系統最早且最完備的地區，十河局於民國85至87年研發「淡水河整體洪水預報系統」，以取代原有歷經21年之預報模式。由於該系統在基隆河僅模擬至五堵水位站，為了延伸基隆河預報河段，於民國92年發展「基隆河洪水預報模式」，將基隆河演算河段延伸至介壽橋。由於上述模式需要較多人工操作，因此於後期維謢與人員訓練上始終面臨因人員流動而訓練效果不彰之困境。
目前於洪水時期有實際運作於淡水河流域的洪水預報系統有兩套，分別為「淡水河即時洪水預報系統模式」(Real Time Flash Flood Forecasting Model，簡稱REFOR模式)，以及「分散式洪水預報系統」(Distributed Runoff And Inundation Nowcast System，簡稱DRAINS系統)。REFOR模式為民國93年十河局自行研發之洪水預報系統，預報範圍為淡水河流域之淡水河、基隆河、以及新店溪，其特性是可在小型個人電腦自動化執行，為全自動化的洪水預報模式，可進行潮汐預報、雨量預報、降雨逕流水文模擬、員山子分洪量、河川變量流模擬。最終結果以未來1~6小時之水位及流量呈現，其特點為即時、穩定、圖表並列，如圖2-9。
DRAINS系統為水利署於民國96年所研發，有鑑於以往洪水預報和水庫操作作業係由附屬單位各自負責的制度，過去河川局各自發展洪水預報系統軟體，各軟體系統的架構設計、資料格式、數值模式和圖形操作介面皆不相同，在運轉操作、維護更新時迭遭困難。因此水利署希望發展可整合氣象、水文和資訊軟體的平台，租用可滿足洪水預報短期密集需求的高速計算資源，和資料儲存、提取和備份需求的儲存資源，減少電腦採購與維護等目的。於是推動可以集中研發、分散應用的「分散式洪水預報系統」作業平台，透過標準化資料交換介面設計，將水文模式與展示元件製作為可重複使用、易於維護的模組化軟體；透過設計建置中介軟硬體，和演算工作流程XML化，分散式的使用者可以無感共用遠端計算與儲存資源，以解決上述各項困難。基於上述內容，DRAINS系統採用分散式計算架構，操作介面與計算資源可分散於不同計算機，在「集中研發、分散應用」的目標上，建置能符合全台灣各流域的洪水預報系統平台。系統核心採用颱風氣候法進行降雨預報，並可銜接中央氣象局之QPESUMS資料與WRF天氣數值模式之雨量預報結果；水文演算以地貌型逕流模式、NewC河川一維變量流模式進行河川水位與流量的演算。目前預報範圍包含全台灣的颱風降雨預報，並能提供淡水河、烏溪、濁水溪、八掌溪，以及高屏溪流域之河川水位與流量預報。此外，平台具備可擴充性，目前整合淹水模式，提供台南縣將軍溪淹水模式模擬結果。DRAINS之操作介面如圖。

DRAINS之操作介面

經濟部水利署對於防災措施的具體做法可概要分為「積極建設」與「守視監測」。「積極建設」是針對容易發生洪水災害的區域，進行完整評估後，推動水利防洪工程；「守視監測」是運用現代科技工程技術與電腦資訊系統，將軟體與硬體相互整合，提供周密的防洪系統。完整周延的「洪水預報模式」，透過微波衛星、無線電、中繼站等，精確傳遞防洪訊息，同時成立「水文資料庫」，將歷年重要水庫水位、地下水、雨量、潮汐等資料彙整，作為分析預判的基礎、即時掌握降雨量變化，下達最精確的判斷與行動。
洪水預報模式可提前獲知洪水位，爭取防災單位之救災時機，當水位到達警戒範圍，便由指揮中心下達指令，負責洪水通告與洪水警報的發布。在緊急應變工作期間，對應發布洪水通報及洪水警報之時機及資料如下：
(ㄧ)、河川水位未達警戒水位時：
1、於每日上午九時、中午十二時及下午五時發佈洪水通報。
2、內容包括：流域降雨資料，河川、水庫水位資料、應注意事項等。
(二)、河川水位超過警戒水位時：
1、每四小時發佈一次洪水警報
2、內容包括：流域降雨資料，河川水位，水庫水位、洩洪情形，警戒區域及事項、洪水預報等。
在颱洪期間，洪水通告或洪水警報單適時經由經濟部災害緊急應變小組發佈，並以傳真方式送至相關政府部門，以期提早預警，預做防範措施。一般民眾可利用網際網路至本局網站查詢最新水情資訊。
從颱風來襲開始，由中央到地方，透過嚴格監測、通報到指令執行，層層分工，縝密配合，有效的將颱風災害減至最低。然而，每次颱風來臨不僅是防災體系的考驗，更是政府與民眾之間的共同考驗，當面臨緊急災害的發生，許多民眾仍會不顧生命安全，貿然進出警戒區域，對於防災的憂患意識不足，是目前仍需持續加強宣導的議題。唯有人民與政府措施相互配合，才能發揮水利防洪的最大效益。