2011年10月29日 星期六

要減災 先認識都市暴雨臨界點


文/陳起鳳(中國文化大學土地資源系助理教授)

 次大雨,偶爾會在人口密集的地區,出現嚴重積水災情。但是,你可知道:在什麼狀況下,淹水過後,我們必須面對無法重建,而需遷移的抉擇?也即是超越了當地所能承受的暴雨極限!

 台灣今年很幸運,到九月中旬,才僅一個南瑪都颱風登陸,但卻讓恆春地區三天累積900毫米降雨,四天超過1,000毫米。雖然,單日降雨量並未超過2009年莫拉克颱風的記錄,但是累積降雨量卻是創新記錄,而導致恆春出現60年來最嚴重淹水。恆春鎮人口三萬,並非是少數。


 許多人都想忘記前年莫拉克颱風的災情,可是大自然卻從未忘記我們。每一年,總會在某個意外的地點,創造出新的降雨紀錄,與新的嚴重災情。我們總會怪罪政府,認為政府保護人民不力,但在這個全球氣候持續增暖的年代,世界各地都一再出現破紀錄的豪雨災情,又有哪一個政府能夠保證:可以出現破紀錄大雨,但卻不會出現更嚴重的災情!

 為了分析暴雨新紀元下,台灣社會的調適能力是否足以因應新的暴雨型態。乃將氣候條件壓力,轉換成可量化的外在負荷壓力;同時,將人類社會的因應能力,亦量化成內在調適能力。如此,就可定義臨界點為:外在壓力與內在能力間的平衡點,一旦前者大於後者,就會發生超出負荷的後果。而隨著外在壓力與內在能力間差異的增加,就會產生愈來愈嚴重的災情。

 以下簡述暴雨臨界點的分析方法。

1. 外在負荷壓力:即是每次事件的小時降雨量與累積總雨量。

2. 內在調適能力:以所關心的某河川下游之都市地區為例,可分為內水排水能力與外水防洪能力。內水乃指降落至該區域內的雨水,外水則為由上游河川流入。當小時雨量超過排水能力,就會因為排水不及而造成積水現象;若當累積總雨量超過堤防防洪能力,則會產生外水溢堤現象。

 以台北市基隆河為例:

 基隆河流域(台北市內包括北投區、士林區、中山區、松山區、內湖區、南港區),內水區域的雨水下水道排水能力為每小時78.8毫米。流域內所有滯洪池存水能力共26.69萬噸,河道本身可容納體積粗估約8640萬噸,整個流域面積491平方公里,因此滯洪池與河道本身可容納共176.5毫米的累積降雨量。

 基隆河最大排洪量每秒5410立方公尺(cms)(未加入員山子分洪道) ,以合理化公式推估河川防洪能力的降雨事件:

   Q=CIA

 其中Q為尖峰流量、C為逕流係數、I為降雨強度、A為集水面積。
 假設逕流係數0.6 (表示每場降雨有60%成為地表逕流),則

   5410 cms=0.6 × I × 491 km2
   I=66.1 mm/hr

 上述合理化公式,僅適用於降雨延時大於集流時間的狀況,若降雨延時比集流時間短,將使得部分降雨還沒抵達河川就留在原地了。基隆河集流時間9.62小時,因此當上述降雨強度持續下了9.62小時,總累積雨量為636毫米,將達到河川最大防洪量每秒5410立方公尺。

 若整個流域累積降雨量636毫米,扣掉被滯洪池、河道本身存留的量(共176.5毫米),剩下將多出100.7百萬立方公尺的水。此時因為達到河川最大防洪量,洪水應該會溢堤而出,向兩側宣洩。此處僅計算進入台北市的基隆河流域地區,所以取一半溢出的洪水,假設平均分配到內水低窪地區(面積共53.5571平方公里),乃估計會造成低漥地區淹水高度188公分。另若假設同樣降雨強度持續24小時,則總累積雨量為1586.6毫米,則會造成內水低窪地區淹水710公分。以上估算,在2001年納莉風災時,大致可得證。

 本研究有興趣的是:尋找達到中臨界點(淹水300公分)與高臨界點(淹水600公分)時的降雨條件,所以可以反推得:前者累積雨量需達722毫米,後者需達1267毫米。前者稱之為達到中臨界點,積水退去後,尚可回復到原狀。但是當積水二層樓高時,多已很難回復到原狀,特別是許多基礎設施,將已不堪使用,這就定義為高臨界點狀況,是為最不願意面臨的情景。

 當然,基隆河上游的員山子分洪道設計排洪量為每秒1310立方公尺,若加入考量此分洪功能,則需累積降雨達790毫米,才會使得基隆河發生溢堤,則前述臨界點數值,須再調整。

 最後,本研究依據此估算方法,得出幾個有詳細資訊地區的中、高臨界點,列於表一。其中,台北地區的水利防洪設施,乃達全國最高標準,但因為上游集水面積廣,且集流時間短,要出現中、高臨界點所需要的累積雨量,其實比高雄地區為低。顯然,是因為過去台北地區沒有出現過單次累積雨量超越800毫米的狀況,所以許多人都認為:台北不會出現洪水溢堤的狀況。但請問誰能保證:在當前氣候暖化趨勢下,不會出現滯留性颱風,使得大台北出現超越中、高臨界點的狀況?

 未來,如果有關單位能夠將全國各地區的中、高臨界點,公告提供各界查詢,則每次氣象局在進行颱風降雨預報時,各地人民都可立刻估算出當地可能的淹水狀況,這在減災、防災方面是非常有用的。


作者簡介

陳起鳳,台灣大學環境工程所博士,現任中國文化大學土地資源系助理教授。曾任台灣大學全球變遷研究中心博士後研究員,專長於環境工程與管理、集水區保育、水資源分析、氣後變遷、綠屋頂等領域。

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