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系統識別號 U0002-1507201220245300
中文論文名稱 降雨強度-延時-頻率之尺度特性研究及其於Horner公式修正之應用
英文論文名稱 Study on the Scaling Characteristics of Rainfall Intensity-Duration-Frequency and Its Application to Horner Equation Modification
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 水資源及環境工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Water Resources and Environmental Engineering
學年度 100
學期 2
出版年 101
研究生中文姓名 湯雅芳
研究生英文姓名 Ya-Fang Tang
學號 600480023
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2012-07-03
論文頁數 182頁
口試委員 指導教授-虞國興
共同指導教授-王鵬瑞
委員-楊錦釧
委員-王如意
委員-游保杉
中文關鍵字 動差尺度模式  尺度特徵  降雨強度-延時-頻率曲線 
英文關鍵字 Moment scaling model  Scale characteristics  Intensity-duration-frequency curve 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 本研究之目的乃嘗試以動差尺度模式方法為基礎,進行不同延時降雨強度之尺度特性研究,並利用不同延時降雨尺度之特徵分析結果進一步發展降雨強度-延時-頻率曲線(IDF curve)之參數最佳擬合方法。
本研究選擇北部淡水河流域、中部濁水溪流域、南部高屏溪流域等三個流域作為研究區域,並以流域內之雨量站其歷年各種延時之年最大降雨資料為分析對象。研究中,以60、90、120、180、360、720分鐘等七種延時進行長、短延時尺度分界點之判定;並分別利用「未納入尺度特徵」、「納入短延時尺度特徵」及「納入長延時尺度特徵」等三種Horner公式參數擬合方法進行研析,以建立結合降雨長、短延時尺度特徵之IDF曲線關係。由研究結果顯示,台灣地區確實存在兩種明顯長短延時尺度特性,整體而言分界點延時普遍介於60分鐘至90分鐘之間。當各重現期距下長、短延時之降雨強度尺度特性差異愈顯著時,則方法二及方法三會得到較佳之擬合結果。
本研究已成功地發展一套結合台灣地區降雨強度尺度特性與IDF曲線參數擬合之方法,希冀可進一步作為未來建立都會區短延時及山區長延時之不同降雨尺度特徵IDF曲線之參考,以因應台灣地區未來面對長、短延時降雨強度特性差異加劇下之水文設計需求。
英文摘要 This study utilizes moment scale mode in obtaining the characteristic scales in rainfall intensity for different rainfall durations. Based on the results, a parameter estimation method for fitting rainfall intensity-duration-frequency curve (IDF curve) to empirical data was developed.
The chosen study areas include the Danshui River basin located in northern Taiwan, the Zhuoshui River Basin located in central Taiwan, and the Gaobing River Basin located in southern Taiwan. This study experimented with seven ways of dividing short and long rainfall events, including setting the division point at 60 mins, 90 mins, 120 mins, 360 mins, and 720 mins. For the fitting of IDF curve to the empirical data, this study employed the three methods in parameter estimations for Horner equation, suchas the scale characteristics not considered, short duration and long duration scale characteristics are adopted respectively. The research results indicate that rainfall events in Taiwan can be separated into two distinctive categories, long duration rainfalls and short duration rainfalls. The dividing rainfall durations falls between 60 to 90 mins. When the difference in characteristic rainfall intensities between long and short duration events become more pronounced, adopted short duration and long duration scale characteristics produce the best fitting IDF to empirical data.
This research is successful in establishing a method for parameter fitting of IDF curve to characteristic rainfall intensities in Taiwan. This method can be applied to obtain characteristic IDF curves for short-term rainfall event in urban regions, and for long-term rainfall event in mountain region. In the future, the long duration and short duration rainfalls are expected to exhibit more pronounced differences in characteristic intensities, future flood control designs would need to be based on accurate IDFs.
論文目次 目錄
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 本文架構 3
第二章 理論基礎 4
2-1 降雨強度-延時-頻率尺度特性 4
2-1-1降雨事件簡單尺度模式 4
2-1-2動差尺度模式 6
2-2 頻率分析 9
2-2-1頻率分析資料選用 9
2-2-2頻率分析方程式 10
2-2-3皮爾遜Ⅲ型分布及頻率因子 之推求 10
2-3 降雨強度-延時-頻率公式 11
2-4 平均絕對值誤差率 12
第三章 研究步驟 13
3-1 尺度判定 13
3-2 頻率分析 13
3-3 尺度特性與HORNER公式參數推求 14
第四章 案例研究 19
4-1 研究區域及雨量站選用 19
4-2 分析資料 19
4-3 尺度特徵分析與IDF曲線之建立 20
第五章 結果與討論 24
5-1 尺度特徵研析結果 24
5-2 不同延時之降雨頻率分析結果 26
5-3 長、短延時尺度特徵與IDF曲線結果 29
第六章 結論與建議 33
6-1 結論 33
6-2 建議 34
參考文獻 35

圖目錄
圖2- 1各延時年最大資料值及其一階動差分析結果圖 7
圖2- 2長、短延時之降雨強度尺度示意圖 8
圖3- 1 IDF曲線擬合示意圖(方法一) 15
圖3- 2 IDF曲線擬合示意圖(方法二) 16
圖3- 3 IDF曲線擬合示意圖(方法三) 17
圖3- 4 尺度特性研判及IDF曲線關係建立之流程圖 18
圖4- 1 淡水河流域雨量站分布圖 21
圖4- 2 濁水溪流域雨量站分布圖 22
圖4- 3 高屏溪流域雨量站分布圖 22
圖5- 1 淡水河流域動差尺度特徵分析結果(碧湖站) 37
圖5- 2 淡水河流域動差尺度特徵分析結果(火燒寮站) 37
圖5- 3 淡水河流域動差尺度特徵分析結果(大豹站) 38
圖5- 4 淡水河流域動差尺度特徵分析結果(三峽站) 38
圖5- 5 淡水河流域動差尺度特徵分析結果(中正橋站) 39
圖5- 6 淡水河流域動差尺度特徵分析結果(竹子湖(2)站) 39
圖5- 7 淡水河流域動差尺度特徵分析結果(福山(3)站) 40
圖5- 8 淡水河流域動差尺度特徵分析結果(大桶山站) 40
圖5- 9 淡水河流域動差尺度特徵分析結果(坪林(4)站) 41
圖5- 10 淡水河流域動差尺度特徵分析結果(五堵站) 41
圖5- 11 淡水河流域動差尺度特徵分析結果(石門(3)站) 42
圖5- 12 濁水溪流域動差尺度特徵分析結果(龍神橋站) 42
圖5- 13 濁水溪流域動差尺度特徵分析結果(桶頭(2)站) 43
圖5- 14 濁水溪流域動差尺度特徵分析結果(望鄉站) 43
圖5- 15 濁水溪流域動差尺度特徵分析結果(東埔站) 44
圖5- 16 濁水溪流域動差尺度特徵分析結果(卡奈托灣(2)站) 44
圖5- 17 濁水溪流域動差尺度特徵分析結果(關門站) 45
圖5- 18 濁水溪流域動差尺度特徵分析結果(內茅埔(2)站) 45
圖5- 19 濁水溪流域動差尺度特徵分析結果(草嶺(2)站) 46
圖5- 20 高屏溪流域動差尺度特徵分析結果(旗山(4)站) 46
圖5- 21 高屏溪流域動差尺度特徵分析結果(屏東(5)站) 47
圖5- 22 高屏溪流域動差尺度特徵分析結果(新高口站) 47
圖5- 23 高屏溪流域動差尺度特徵分析結果(多納站) 48
圖5- 24 高屏溪流域動差尺度特徵分析結果(甲仙(2)站) 48
圖5- 25 高屏溪流域動差尺度特徵分析結果(美濃(2)站) 49
圖5- 26 高屏溪流域動差尺度特徵分析結果(新豐站) 49
圖5- 27 高屏溪流域動差尺度特徵分析結果(阿禮站) 50
圖5- 28 高屏溪流域動差尺度特徵分析結果(新瑪家站) 50
圖5- 29 高屏溪流域動差尺度特徵分析結果(三地門站) 51
圖5- 30 高屏溪流域動差尺度特徵分析結果(高中站) 51
圖5- 31 高屏溪流域動差尺度特徵分析結果(六龜(4)站) 52
圖5- 32 高屏溪流域動差尺度特徵分析結果(藤枝(2)站) 52
圖5- 33 高屏溪流域動差尺度特徵分析結果(梅山(2)站) 53
圖5- 34 高屏溪流域動差尺度特徵分析結果(天池站) 53
圖5- 35 高屏溪流域動差尺度特徵分析結果(民族站) 54
圖5- 36 淡水河流域Horner公式結果圖(中正橋站,方法一,T=100年) 55
圖5- 37 淡水河流域Horner公式結果圖(中正橋站,方法二,T=100年) 55
圖5- 38 淡水河流域Horner公式結果圖(中正橋站,方法三,T=100年) 55
圖5- 39 淡水河流域Horner公式結果圖(中正橋站,方法一,T=200年) 56
圖5- 40 淡水河流域Horner公式結果圖(中正橋站,方法二,T=200年) 56
圖5- 41 淡水河流域Horner公式結果圖(中正橋站,方法三,T=200年) 56
圖5- 42 濁水溪流域Horner公式結果圖(桶頭(2)站,方法一,T=100年) 57
圖5- 43 濁水溪流域Horner公式結果圖(桶頭(2)站,方法二,T=100年) 57
圖5- 44 濁水溪流域Horner公式結果圖(桶頭(2)站,方法三,T=100年) 57
圖5- 45 濁水溪流域Horner公式結果圖(桶頭(2)站,方法一,T=200年) 58
圖5- 46 濁水溪流域Horner公式結果圖(桶頭(2)站,方法二,T=200年) 58
圖5- 47 濁水溪流域Horner公式結果圖(桶頭(2)站,方法三,T=200年) 58
圖5- 48 高屏溪流域Horner公式結果圖(新高口站,方法一,T=100年) 59
圖5- 49 高屏溪流域Horner公式結果圖(新高口站,方法二,T=100年) 59
圖5- 50 高屏溪流域Horner公式結果圖(新高口站,方法三,T=100年) 59
圖5- 51 高屏溪流域Horner公式結果圖(新高口站,方法一,T=200年) 60
圖5- 52 高屏溪流域Horner公式結果圖(新高口站,方法二,T=200年) 60
圖5- 53 高屏溪流域Horner公式結果圖(新高口站,方法三,T=200年) 60
圖5- 54 高屏溪流域Horner公式結果圖(天池站,方法一,T=100年) 61
圖5- 55 高屏溪流域Horner公式結果圖(天池站,方法二,T=100年) 61
圖5- 56 高屏溪流域Horner公式結果圖(天池站,方法三,T=100年) 61
圖5- 57 高屏溪流域Horner公式結果圖(天池站,方法一,T=200年) 62
圖5- 58 高屏溪流域Horner公式結果圖(天池站,方法二,T=200年) 62
圖5- 59 高屏溪流域Horner公式結果圖(天池站,方法三,T=200年) 62


表目錄
表4- 1本研究所採用之雨量站況表 23
表5- 1 淡水河流域降雨強度-延時尺度特徵 63
表5- 2 濁水溪流域降雨強度-延時尺度特徵 63
表5- 3 高屏溪流域降雨強度-延時尺度特徵 64
表5- 4 各流域測站降雨尺度之分界點延時 65
表5- 5 淡水河流域之Horner公式參數結果 66
表5- 6 淡水河流域三種方法Horner公式參數(續) 67
表5- 7 淡水河流域之Horner公式參數結果(續) 68
表5- 8 濁水溪流域之Horner公式參數結果 69
表5- 9 濁水溪流域之Horner公式參數結果(續) 70
表5- 10 高屏溪流域之Horner公式參數結果 71
表5- 11 高屏溪流域之Horner公式參數結果(續) 72
表5- 12 高屏溪流域之Horner公式參數結果(續) 73
表5- 13 高屏溪流域之Horner公式參數結果(續) 74
表5- 14 淡水河流域各延時MAPE比較表(碧湖站) 75
表5- 15 淡水河流域各延時MAPE比較表(火燒寮站) 76
表5- 16 淡水河流域各延時MAPE比較表(大豹站) 77
表5- 17 淡水河流域各延時MAPE比較表(三峽站) 78
表5- 18 淡水河流域各延時MAPE比較表(中正橋站) 79
表5- 19 淡水河流域各延時MAPE比較表(竹子湖(2)站) 80
表5- 20 淡水河流域各延時MAPE比較表(福山(3)站) 81
表5- 21 淡水河流域各延時MAPE比較表(大桶山站) 82
表5- 22 淡水河流域各延時MAPE比較表(坪林(4)站) 83
表5- 23 淡水河流域各延時MAPE比較表(五堵站) 84
表5- 24 淡水河流域各延時MAPE比較表(石門(3)站) 85
表5- 25 濁水溪流域各延時MAPE比較表(龍神橋站) 86
表5- 26 濁水溪流域各延時MAPE比較表(桶頭(2)站) 87
表5- 27 濁水溪流域各延時MAPE比較表(望鄉站) 88
表5- 28 濁水溪流域各延時MAPE比較表(東埔站) 89
表5- 29 濁水溪流域各延時MAPE比較表(卡奈托灣(2)站) 90
表5- 30 濁水溪流域各延時MAPE比較表(關門站) 91
表5- 31 濁水溪流域各延時MAPE比較表(內茅埔(2)站) 92
表5- 32 濁水溪流域各延時MAPE比較表(草嶺(2)站) 93
表5- 33 高屏溪流域各延時MAPE比較表(旗山(4)站) 94
表5- 34 高屏溪流域站各延時MAPE比較表(屏東(5)站) 95
表5- 35 高屏溪流域各延時MAPE比較表(新高口站) 96
表5- 36 高屏溪流域各延時MAPE比較表(多納站) 97
表5- 37 高屏溪流域各延時MAPE比較表(甲仙(2)站) 98
表5- 38 高屏溪流域各延時MAPE比較表(美濃(2)站) 99
表5- 39 高屏溪流域各延時MAPE比較表(新豐站) 100
表5- 40 高屏溪流域各延時MAPE比較表(阿禮站) 101
表5- 41 高屏溪流域各延時MAPE比較表(新瑪家站) 102
表5- 42 高屏溪流域各延時MAPE比較表(三地門站) 103
表5- 43 高屏溪流域各延時MAPE比較表(高中站) 104
表5- 44 高屏溪流域各延時MAPE比較表(六龜(4)站) 105
表5- 45 高屏溪流域各延時MAPE比較表(藤枝(2)站) 106
表5- 46 高屏溪流域各延時MAPE比較表(梅山(2)站) 107
表5- 47 高屏溪流域各延時MAPE比較表(天池站) 108
表5- 48 高屏溪流域各延時MAPE比較表(民族站) 109

參考文獻 1. 王如意、易任,1982,「應用水文學」,國立編譯館。
2. 鄭克聲、許恩菁,1999,「設計暴雨雨型序率模式之研究」,台灣大學農業工程研究所,碩士論文。
3. 莊麗蓉,2006,「區域化短延時無因次降雨強度公式」,國立成功大學水利及海洋工程研究所,碩士論文。
4. 盧書炫,2007,「短延時降雨強度區域化之研究」, 國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文。
5. 郭朝雄、黃月娟、曠育呈,1987,「台灣地區降雨強度-延時-頻率分析之研究(一)」,台灣水利,第35卷,第2期,第65-80頁。
6. 游保杉、陳嘉榮,1992,「嘉南地區區域降雨強度公式之研究」,中國土木水利工程學刊,第4卷,第4期,第297-306頁。
7. 虞國興、王鵬瑞、陳姵名、林祺琚A2004,「台灣地區降雨極端事件之碎形特性分析與尺度模式之建立」,行政院國家科學委員會研究報告。
8. Veneziano , D. and P.Forcolo, December, 2002, “Multifractality of rainfall and scaling of intensity-duration-frequency curves ,”Water Resources Research, Vol.38, NO.12, 1306, WR000372.
9. Veneziano, D. C.Lepore, A.Langousis, and P. Furcolo, October, 2007, “Marginal methods of intensity-duration-frequency estimation in scaling and nonscaling rainfall,” Water Resources Research, Vol.43, W10418, doi:10.1029/2007WR006040.
10. Bougadis, J. and K. Adamowski,2006,“Scaling model of a rainfall intensity-duration-frequency relationship”, Hydrological processes, Vol.20, pp.3747-3757.
11. Langousis,A. and D. Veneziano,2007,“Intensity-duration-frequency curves from scaling representations of rainfall”, Water Resources Research,Vol.43, W02422, doi:10.1029/2006WR005245.
12. Veneziano ,D., A. Langousis , and P. Furcolo,2006,“Multifractality and rainfall extremes: A review”, Water Resources Research,Vol.42, W06D15, doi:10.1029/2005WR004716.
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2012-07-23公開。
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