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研究生: 何慶齡
Ho, Ching-Ling
論文名稱: 以雷達回波推估山區降雨量並建立邊坡致災警戒系統
Application of Radar Echo on Estimating the Rainfall and Establishing Slope Failure Warning Systems
指導教授: 李德河
Lee, Der-Her
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 191
中文關鍵詞: 雷達回波dBZ-I關係式邊坡致災警戒
外文關鍵詞: Radar echo, dBZ-I relationship, Slope failure warning system
相關次數: 點閱:95下載:6
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  • 台灣地形陡峭且山區面積高達全國的三分之二,又因台灣位處亞熱帶季風及熱帶季風帶,颱風與豪雨頻繁。降雨為山區邊坡災害的主要誘因,大量降雨易引致山區邊坡的破壞,加上人口密度高使山區的土地利用增加,邊坡破壞對於山區道路的通暢與經濟活動造成極大威脅。本研究統整2006年至2013年間的台灣各地邊坡災害歷史資料,繪出近年山坡地災害地圖,選取台灣西南部之阿里山地區與南化-甲仙地區作為研究目標,針對災害發生區域之地質條件、災害發生時的降雨特性,歸納出地區的邊坡致災降雨條件以作為往後坡地致災管理的警戒指標。
    為改善雨量站與降雨空間分佈不均之缺點,本研究使用已知雨量站上方對應的雷達回波強度dBZ作為主要變數來推估降雨強度I,發現降雨強度與回波強度間存在I=〖10〗^((dBZ-e)/f)的關係(e和f為迴歸係數,會因地區及降雨型態的不同有所差異),另可透過加入觀測風資料建立複迴歸關係式進行修正,以雷達回波有效估計降雨量,並將關係式衍伸至未設置雨量站之地區,便於其他地區進行雨量之估計。再將歸納所得之邊坡致災降雨條件進行統整,得到以雷達回波強度建立的邊坡警戒管理系統,並探討dBZ與邊坡安全係數變化的關係互相對照,可提升邊坡防災預警的能力。

    This study selected the Alishan area and Nanhua-Chiahsien area as research sites to find relationship equations between radar reflectivity factor dBZ and rainfall. Research shows that equations I =10(dBZ-14.88)/18.593 and I =10(dBZ-20.82)/16.319 are respectively suitable for Alishan area and Nanhua-Chiahsien to estimate the rainfall intenstity by dBZ with higher than 0.75 R2. Besides the power law relationship of dBZ and rainfall intensity (I), the linear relationship between accumulated dBZ and accumulated rainfall (R) is also found. By combining those equations with the rainfall data of historical slope disasters, we can establish dBZ-based slope failure warning system. Thus the slope disaster can be prevented much earlier via observing radar echoes on the internet.

    摘要 I 誌謝 VII 目錄 VIII 表目錄 XII 圖目錄 XV 第一章 緒論 1 1-1 研究動機 1 1-2 研究目的 2 1-3 研究流程 2 1-4 研究大綱 4 第二章、文獻回顧 5 2-1 雷達回波估計降水 5 2-1-1 雷達回波與降雨強度之關係 6 2-1-2 回波估計降水修正 10 2-2 雷達回波估計降水之邊坡破壞警戒 16 2-2-1 降水導致邊坡破壞的原因及類型 16 2-2-2 邊坡破壞之降雨臨界指標 18 2-2-3 邊坡災害警戒系統 22 2-2-4 雷達回波防災應用 26 第三章、研究區域概況 28 3-1 台灣西南部山區概述 28 3-1-1 地質 28 3-1-2 降水特性 34 3-2 歷史災害地圖與研究區域選定 37 3-3 阿里山地區 40 3-3-1 研究範圍 40 3-3-2 地質 43 3-3-3 降雨 45 3-3-4 水系 47 3-3-5 歷史災害事件 48 3-4 南化(甲仙)地區 49 3-4-1 研究範圍 49 3-4-2 地質 51 3-4-3 降雨 53 3-4-4 水系 54 3-4-5 歷史災害事件 55 4-1 氣象雷達現況與回波資料處理 56 4-1-1 雷達回波原理 56 4-1-2 台灣氣象雷達現況 58 4-1-3 雷達資料處理方法 60 4-2 影響降雨因子之選擇 63 4-2-1 降水型態分類 64 4-2-2 天氣型態分類 66 4-2-3 回波型態分類 67 4-2-4 氣象觀測資料 67 4-2-5 選擇變數統整 69 4-3 邊坡警戒管理值定義 71 4-3-1 雨場切割 72 4-3-2 臨界降雨線繪製 74 4-3-3 雨量站適用範圍劃分 80 4-4 雷達回波預測 83 4-4-1 回波移動方向 84 4-4-2 預測點範圍劃分 85 第五章、迴歸模式建立與評估 86 5-1 迴歸模式 86 5-1-1 迴歸原理 87 5-1-2 迴歸流程 89 5-2 單變數迴歸 90 5-2-1 模式估計 90 5-2-2 迴歸結果 94 5-3 變數轉換與相關性分析 96 5-3-1 分析方法 98 5-3-2 分析結果 99 5-4 複迴歸模式 103 5-4-1 共線性分析 103 5-4-2 交互、干擾作用 106 5-4-4 逐步選取迴歸分析 108 第六章、研究成果 118 6-1 回波推估降雨量 118 6-1-1 回波強度與降雨強度關係 118 6-1-2 累積回波與累積降雨量關係 144 6-1-3 研究地區內各站估計關係比較與討論 146 6-1-4 回波強度與預測降雨強度關係 158 6-2 雷達回波警戒系統 162 6-2-1 研究區域邊坡致災警戒系統 162 6-2-2 回波估計降雨與邊坡安全之關係 169 6-2-3 綜合討論 172 第七章 、結論與建議 174 7-1 結論 174 7-2 建議 175 參考文獻 176 參考網站 184 附錄一、口委問題與建議 185

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