Influence of Inertial Forces in Shallow Water Equation on Urban Flood Simulation

摘要

淹水模擬對於都市地區的淹水風險評估非常重要，目前世界上常用的淹水模式，主要採用淺水波方程式，同時模擬一維下水道水流和二維地表逕流，進行細緻化的都市淹水模擬。本研究利用擴散波、局部慣性波和動力波三種不同動量方程式，分別探討淺水波方程式中，慣性力對地表逕流模式和下水道模式的影響，以2012年6月12日和2012年6月16日在臺北市文山區發生的豪雨事件，進行模擬與比較。 研究結果顯示，在淹水範圍的驗證當中，由於擴散波忽略了水體流動慣性，在流向與坡向相反的管道中，基於擴散波的下水道模式容易高估下水道流量與地表交換量，導致流量變化量發生劇烈震盪，產生不合理的下水道逆流和溢淹循環；而使用動力波和局部慣性波的結果相似，同時顯示較擴散波更佳的結果，雖然無法從肉眼判斷兩者的優劣，但是性能指標顯示動力波模式有較高的命中率，此乃因為當下水道洪水波在傳遞的過程中，水體斷面積在空間上的變化與其在時間上的變化相互抵消，造成對流慣性項顯得微不足道。 與下水道模式相比，忽略地表逕流模式的慣性項對淹水模擬結果的影響不明顯，這可能是因為慣性力的影響主要來自下水道滿管時快速提高的水壓，而地表水體並不會發生壓力快速提高的現象，所以導致地表逕流模式的差異不明顯。整體而言，簡化淺水波動量方程式中的慣性力，對於都市地表逕流模擬影響不大，但對於下水道管流，則容易造成逆流與震盪的現象，低估下水道的通洪能力，進而高估了淹水範圍。

獎項日期	2019
原文	English
監督員	Jiun-Huei Jang (Supervisor)