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台风强降雨如何接好接满?张丽秋团队建立洪水预测系统,神准获国际肯定

2020-05-25 13:51:56 来源:Nongxun.net 作者:Nongxun

导读: 178分享台湾降雨时间集中在梅雨季到秋季,然而丰沛雨量突如其来,要顺利“接好接满”并不容易,尤其台风是短时间强降雨,过往水库人员只能凭经验在风雨中开关水闸、调节水位,才能让水库发挥最大效能,每次台风都

台湾降雨时间集中在梅雨季到秋季,然而丰沛雨量突如其来,要顺利“接好接满”并不容易,尤其台风是短时间强降雨,过往水库人员只能凭经验在风雨中开关水闸、调节水位,才能让水库发挥最大效能,每次台风都像是水库人员与大自然的斗智决战。

为了更精准的调节水况,淡江大学水资源与环境工程学系教授张丽秋,以石门水库50年的台风资料为基础,建置洪水预测系统,“台风路径与总雨量预测一出来,总共会多少洪水、洪峰发生时间,瞬间就知道。”该系统历经六年实际演练,证实可成功提高洪水预警准确度及水资源管理效应,已在国际知名期刊Nature Communications 发表。

淡江大学水资源与环境工程系教授,同时也是水环境资讯研究中心主任的张丽秋(摄影_林怡均)

千年不断的水利工事,带来雨水也带来考验的台风

“每年的台风都是让人既期待又紧张。”张丽秋表示,对农民来说,水库水量是否充足,关乎农业生产,台湾水库最大水源来自于台风带来的豪雨,水库的洪水预报准确性,是水库防洪与蓄水的关键资讯。

然而,台风路径及降雨的不确定性高,对水库人员而言,每次台风都是一次考验。“水库工作人员的目标,就是要在台风过后能够把水蓄满,因此台风前要先放水,难度在于要放掉多少水、何时放,才会是刚刚好的。”

降雨前的泄洪相当重要,若是大雨超过水库容量,造成溢顶,会使坝体结构受损,因此要先泄洪以保水坝安全,张丽秋表示,水放掉只能靠降雨补回来,若有差错,会关系到下游的用水,但过去没有准确的预测系统,控水库人员只能依经验或计算预测,来判断降雨情形及水位,因此水库工作人员压力极大。

石门水库开闸门泄洪(照片来源_经济部水利署北区水资源局)

石门水库五十年的台风资料,透过路径及降雨分析建置洪水预测系统

张丽秋在102年接下北区水资源局计划,进行石门水库在台风时期的洪水预测系统,为此收集了1965年至今,约九十多场台风的相关资料,并与台湾大学生物环境系统工程学系张斐章教授跨校合作,再精进与改善此预报系统。

张丽秋所建置的预测系统,是将过去五十多年间的台风路径及雨量做分析,她展示出其中一张路径分析图,将整张图上切割成小网格,把台风经过区域以不同深浅颜色做标示,颜色越深代表对石门水库的影响越大,并将不同路径做多种分类,例如:偏北台、穿心台等。

张丽秋说明,此套系统最大特色在于将路径向量化,比起类比或数字化座标更适于分类,“平面座标会有两维度(横直两方向),向量就是把两个维度转换为一个方向,这样分析会简单的多。”

不同台风路径,网格颜色越深代表对石门水库的影响越大(照片来源_《自然通讯》Nature Communication)
历史台风路径分类结果(照片来源_《自然通讯》Nature Communication)

不同下雨时长、不同雨量都适用,输入台风路径与总雨量立即预测洪水历程

张丽秋表示,不同台风出现时的降水状况都不同,包含降雨量与降雨总时间,都会影响洪水大小与洪峰到达时间,“必须要转换为流量特征曲线,正规化后才好预测。”

张丽秋说明,所谓流量特征曲线,便是先将所有台风的降雨总时间、降雨量高峰时间点,以百分比的方式呈现,如此一来便没有不同台风时长不同的问题,“A台风来三天,总降雨量400毫米、B台风来两天,总降雨量300毫米,把全部时间转为百分比,两个台风就能够依流量特征曲线,自动做出全洪程预报。”

换言之,掌握特征曲线便能透过预测路径,去套用不同类型,便可接下来降雨情形,比如说几个小时后会达到最大雨量,而全洪程预报为,预测台风所带来降雨量,由小至大再到渐缓的过程。

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