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Student Number 91625005
Author Ruitang Soong(宋睿唐)
Author's Email Address msungjt@ihs.ncu.edu.tw
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Department Hydrological Sciences
Year 2004
Semester 1
Degree Master
Type of Document Master's Thesis
Language zh-TW.Big5 Chinese
Title The development of distributed rainfall-runoff model and the simulation of basin storm discharge
Date of Defense 2004-11-30
Page Count 136
Keyword
  • distributed hydrologic model
  • reservoir basin
  • runoff simulation
  • typhoon event
  • Abstract  The purpose of this study is to apply a distributed hydrologic model to simulate typhoon floods of reservoir watersheds in Taiwan. Observed precipitation and reservoir inflows are used to drive the model and to calibrate model’s parameters. Island wide rainfall patterns are analyzed from the data of the CWB (Central Weather Bureau) auto-recorded rain gages. Rainfall data and reservoir inflows of studied areas are provided by the WRA (Water Resource Agency) and the reservoir administration agencies.
     A newly developed distributed hydrologic model is employed to simulated reservoir inflows of Feitsui and Shihmen reservoirs in typhoon events. Three typhoon events, Herb (1996), Zeb (1998), and Nari (2001) are applied for model calibration and validation. Simulated results are further retrieved to analyze the upstream runoff characteristics of the Beishi creek.
     Three important conclusions are obtained in this study. First, different spatial rainfall patters did not significantly affect the reservoir inflows simulated by the distributed hydrologic model developed in this study. However, the runoff characteristics of upstream sub-basins can only be seen with the input of distributed rainfalls and the simulations of distributed hydrologic model. Second, the more raingages used for estimating basin total rainfalls, the less deviation can be obtained. Finally, the developed model is not sensitive to quick runoff generated by intensive rainfall in short periods due to the current rainfall resolution of one hour. To improve the capability of the model on predicting typhoon floods, it is suggested to use a higher temporal resolution of rainfall data in future studies.
    Table of Content 目錄
    摘要
    Abstract
    目錄
    圖目錄
    表目錄
    第一章 緒論
     1.1 前言
     1.2 研究目的
     1.3 本文架構
    第二章 文獻回顧
     2.1 颱風降雨特性
     2.2 分散式水文模式
     2.3 數位地形分析與水文模式
     2.4 土地利用與地表逕流
     2.5 入滲及表土貯水量與地表逕流
     2.6 洪災模擬
    第三章 研究區域
     3.1 翡翠水庫集水區
      3.1.1 水庫簡介
      3.1.2 地形、地貌
      3.1.3 水文、氣候
      3.1.4 集水區經營管理
     3.2 石門水庫集水區
      3.2.1 水庫簡介
      3.2.2 地形、地貌
      3.2.3 水文、氣候
      3.2.4 集水區經營管理
     3.3 颱風事件
      3.3.1 賀伯颱風
      3.3.2 瑞伯颱風
      3.3.3 納莉颱風
    第四章 研究方法
     4.1 研究流程
      4.1.1 分散式水文模式的發展
      4.1.2 模式測試
      4.1.3 研究區域之參數檢定與驗證
      4.1.4 集水區降雨逕流特性分析
     4.2 控制方程式
     4.3 模式輸入資料
      4.3.1 地形
      4.3.2 集水區地文資料
      4.3.3 降雨資料
      4.3.4 水庫初始水位
     4.4 模式簡介
      4.4.1流向計算
      4.4.2權重分配
      4.4.3河道部分之假設
      4.4.4 任意河道斷面流量估計方法
      4.4.5整體計算流程
     4.5 輸入資料及參數敏感度分析
      4.5.1 降雨強度
      4.5.2 地表粗糙度係數
      4.5.3 入滲率
      4.5.4 土壤最大貯水量
      4.5.5 水庫初始水位
    第五章 成果討論
     5.1 集水區空間降雨推估
     5.2 颱風路徑與降雨強度之關係
      5.2.1 賀伯颱風(翡翠水庫集水區)
      5.2.2 瑞伯颱風(翡翠水庫集水區)
      5.2.3 納莉颱風(翡翠水庫集水區)
      5.2.4 賀伯颱風(石門水庫集水區)
      5.2.5 瑞伯颱風(石門水庫集水區)
      5.2.6 納莉颱風(石門水庫集水區)
     5.3 集水區雨量站觀測資料相關性分析
     5.4 地表逕流量模擬
      5.4.1 翡翠水庫集水區
      5.4.2 石門水庫集水區
      5.4.3 小結
     5.5 集水區洪水特性分析
      5.5.1 洪峰量與支流洪峰到達時間之關聯性
      5.5.2 河道上洪峰推移過程之解析
      5.5.3 降雨時間解析度與洪峰量
      5.5.4 小結
     5.6 集水區面積比推估無流量站河段流量之可行性評估
    第六章 結論與建議
     6.1 結論
     6.2 建議
    參考文獻
    附錄
    附錄一 中央氣象局屬自計雨量站站況資料
    附錄二 研究區域雨量站站況資料
    附錄三 逕流模擬使用參數
    附錄四 二維漫地流模式之粗糙度係數(文獻資料)
    附錄五 逕流歷線相似度分析方法

    圖目錄
    圖3.1 研究區域相關位置(淡水河流域)圖
    圖3.2 翡翠水庫集水區概況圖
    圖3.3 石門水庫集水區概況圖
    圖3.4 賀伯颱風路徑圖
    圖3.5 賀伯颱風紅外光衛星雲圖
    圖3.6 (a)~(d) 賀伯颱風降雨時空分布圖
    圖3.6 (e)~(h) 賀伯颱風降雨時空分布圖
    圖3.6 (i)~(l) 賀伯颱風降雨時空分布圖
    圖3.6 (m)~(p) 賀伯颱風降雨時空分布圖
    圖3.7 瑞伯颱風路徑圖
    圖3.8 瑞伯颱風紅外光衛星雲圖
    圖3.9 (a)~(d) 瑞伯颱風降雨時空分布圖
    圖3.9 (e)~(h) 瑞伯颱風降雨時空分布圖
    圖3.9 (i)~(l) 瑞伯颱風降雨時空分布圖
    圖3.9 (m)~(o) 瑞伯颱風降雨時空分布圖
    圖3.10 納莉颱風路徑圖
    圖3.11 (a)~(d) 納莉颱風降雨時空分布圖
    圖3.11 (e)~(h) 納莉颱風降雨時空分布圖
    圖3.11 (i)~(l) 納莉颱風降雨時空分布圖
    圖3.11 (m)~(p) 納莉颱風降雨時空分布圖
    圖3.11 (q)~(t) 納莉颱風降雨時空分布圖
    圖4.1 研究工作流程圖
    圖4.2 徐昇多邊形示意圖
    圖4.3 降雨空間分布示意圖
    圖4.4 翡翠水庫高低水位與淹沒範圍差異示意圖
    圖4.5 FD8算法邊長因子示意圖
    圖4.6 FD8算法坡度因子示意圖
    圖4.7 河道中心線之網格分析單元分類示意圖
    圖4.8 待搜尋網格集合示意圖
    圖4.9 河道任意斷面流量計算示意圖
    圖4.10 模式計算流程圖
    圖4.11 空間均勻分布不同降雨強度之逕流歷線圖
    圖4.12 不同曼寧係數集水區之逕流歷線圖
    圖4.13 不同土壤入滲率之逕流歷線圖
    圖4.14 不同土壤最大貯水量之逕流歷線圖
    圖4.15 不同水庫初始水位之逕流歷線圖
    圖5.1 侵台颱風路徑分類圖(1897 ~1996年)
    圖5.2 賀伯颱風期間翡翠水庫集水區雨量站降雨組體圖
    圖5.3 瑞伯颱風期間翡翠水庫集水區雨量站降雨組體圖
    圖5.4 納莉颱風期間翡翠水庫集水區雨量站降雨組體圖
    圖5.5 賀伯颱風期間石門水庫集水區雨量站降雨組體圖
    圖5.6 瑞伯颱風期間石門水庫集水區雨量站降雨組體圖
    圖5.7 納莉颱風期間石門水庫集水區雨量站降雨組體圖
    圖5.8 雨量站距離及時間序列降雨量相關係數之關係圖(賀伯颱風—翡翠水庫)
    圖5.9 雨量站距離及時間序列降雨量相關係數之關係圖(瑞伯颱風—翡翠水庫)
    圖5.10 雨量站距離及時間序列降雨量相關係數之關係圖(納莉颱風—翡翠水庫)
    圖5.11 雨量站距離及時間序列降雨量相關係數之關係圖(賀伯颱風—石門水庫)
    圖5.12 雨量站距離及時間序列降雨量相關係數之關係圖(瑞伯颱風—石門水庫)
    圖5.13 雨量站距離及時間序列降雨量相關係數之關係圖(納莉颱風—石門水庫)
    圖5.14 賀伯颱風期間翡翠水庫入流量歷線圖
    圖5.15 瑞伯颱風期間翡翠水庫入流量歷線圖
    圖5.16 納莉颱風期間翡翠水庫入流量歷線圖
    圖5.17 賀伯颱風期間石門水庫入流量歷線圖
    圖5.18 瑞伯颱風期間石門水庫入流量歷線圖
    圖5.19 納莉颱風期間石門水庫入流量歷線圖
    圖5.20 模擬流量監測點位置及其上游集水區
    圖5.21 賀伯颱風期間北勢溪上游集水區模擬逕流反應特性
    圖5.22 瑞伯颱風期間北勢溪上游集水區模擬逕流反應特性
    圖5.23 納莉颱風期間北勢溪上游集水區模擬逕流反應特性
    圖5.24 賀伯颱風不同時間解析度降雨資料之逕流歷線比較圖
    圖5.25 瑞伯颱風不同時間解析度降雨資料之逕流歷線比較圖
    圖5.26 納莉颱風不同時間解析度降雨資料之逕流歷線比較圖
    圖5.27 水庫入流量面積比推估各監測點分時流量與模式模擬結果之相關係數

    表目錄
    表3.1 翡翠水庫集水區歷年月雨量統計資料
    表3.2 翡翠水庫集水區各流量站之月平均統計資料
    表3.3 石門水庫集水區歷年月雨量統計資料
    表3.4 石門水庫集水區各流量站之月平均統計資料
    表4.1 不同空間均勻分布降雨強度下集水區之逕流特性
    表4.2 不同曼寧係數集水區之逕流特性
    表4.3 不同土壤入滲率之逕流特性
    表4.4 不同土壤貯水量之逕流特性
    表4.5 不同水庫初始水位之逕流特性
    表5.1 翡翠水庫集水區推估颱風事件之降雨總量比較
    表5.2 石門水庫集水區推估颱風事件之降雨總量比較
    表5.3 雨量站數與推估總降雨量關係之統計資料(距離權重反比法)
    表5.4 雨量站數與推估總降雨量關係之統計資料(徐昇氏法)
    表5.5 雨量站距離與時間序列降雨量相關係數之關係(賀伯颱風—翡翠水庫)
    表5.6 雨量站距離與時間序列降雨量相關係數之關係(瑞伯颱風—翡翠水庫)
    表5.7 雨量站距離與時間序列降雨量相關係數之關係(納莉颱風—翡翠水庫)
    表5.8 雨量站距離與時間序列降雨量相關係數之關係(賀伯颱風—石門水庫)
    表5.9 雨量站距離與時間序列降雨量相關係數之關係(瑞伯颱風—石門水庫)
    表5.10 雨量站距離與時間序列降雨量相關係數之關係(納莉颱風—石門水庫)
    表5.11 翡翠水庫入流量模擬結果比較表
    表5.12 石門水庫入流量模擬結果比較表
    表5.13 均勻降雨北勢溪上游集水區模擬逕流反應特性
    表5.14 賀伯颱風翡翠水庫集水區各雨量站累積降雨量
    表5.15 瑞伯颱風翡翠水庫集水區各雨量站累積降雨量
    表5.16 納莉颱風翡翠水庫集水區各雨量站累積降雨量
    表5.17 均勻降雨北勢溪上游集水區模擬逕流反應特性
    表5.18 颱風事件北勢溪上游集水區模擬逕流反應特性
    表5.19 水庫入流量以面積比推估各監測點總逕流量與模式模擬結果之相關係數
    附表1 中央氣象局屬自計雨量站站況表
    附表2.1 翡翠水庫及水區雨量站站況表
    附表2.2 石門水庫集水區雨量站站況表
    附表3 逕流模擬使用參數一覽表
    附表4漫地流曼寧n粗糙度值之建議範圍
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    Advisor
  • Ming-Hsu Li(李明旭)
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    Date of Submission 2004-12-21

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