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電子報

工程技術發展
農村發展及水土保持署
因應氣候變遷之無因次降雨強度公式檢討研析
期數 / 第161期
發布日期 / 2026.04.30
主筆 / 張文瑄
責任編輯 / 游韋菁

降雨強度是水土保持工程設計中極為關鍵的基礎參數,無論是水土保持計畫之滯洪設施、沉砂設施、邊坡排水系統,或集水區治理工程相關設施,其設計安全性與量體合理性,皆高度仰賴降雨強度推估結果。當設計降雨強度偏低時,可能造成排水能力不足、滯洪量體不足或防災設施失效;反之,若設計值過度保守,則可能導致工程量體放大、材料使用增加、碳排放提高及土地利用效率下降。因此,如何依據最新雨量資料與區域降雨特性,建立更精準且具代表性的降雨強度公式,已成為水土保持技術精進與氣候變遷調適的重要課題。

圖 1 設計降雨參數合理性對滯洪設施設計之影響示意圖
圖 1 設計降雨參數合理性對滯洪設施設計之影響示意圖
現行無因次降雨強度推估方式

現行《水土保持技術規範》所採用之無因次降雨強度公式,係由許銘熙等人於 1993 年依據當時可取得之雨量觀測資料建置而成。該公式以 25 年重現期、60 分鐘降雨延時之降雨強度作為基準指標,並納入年平均降雨量作為區域降雨特性之代表因子,透過A、B、C、G、H等參數描述降雨強度、降雨延時與重現期之關係(如圖2)。此一公式藉由無因次化處理,將不同延時與重現期下之降雨強度轉換為相對比例關係,進而建立適用於全臺水土保持工程設計之區域化推估模式。在當時雨量站數量有限、觀測資料年限及空間涵蓋度相對不足之背景下,該方法具有重要之制度意義,不僅提供山坡地開發與水土保持工程設計所需之一致性標準,亦使各地區工程設計與審查得以依循共同基準,提升規範之可操作性與審查一致性。

圖 2 無因次降雨強度公式推估不同重現期降雨強度示意圖
圖 2 無因次降雨強度公式推估不同重現期降雨強度示意圖

然而,受限於早期雨量觀測站數量較少、空間分布不均,以及長期有效資料年限不足等條件,當時公式建置所能納入之雨量站點有限(如圖3)。現行公式主要係以101站之降雨量資料作為基礎,進行區域化公式推估。此種作法雖能在資料不足年代提供全國尺度的概略設計依據,但隨著工程設計對精準化、在地化與氣候韌性要求提高,其限制亦逐漸浮現。

圖 3 現行規範雨量站分布圖
圖 3 現行規範雨量站分布圖
單站無因次降雨強度推估公式

臺灣地形條件複雜,山地、丘陵、盆地、平原及沿海地區之降雨型態具有明顯空間差異,且受季風、颱風、午後對流、地形抬升及東北季風等因素影響,各區域短延時強降雨特性並不一致。即使不同地區之年平均降雨量相近,其於10分鐘、30分鐘、1小時或數小時等不同時間尺度下之降雨強度,仍可能因地形條件、氣候型態及降雨成因差異,而呈現顯著不同之變化趨勢。因此,若僅以區域化公式搭配年平均降雨量作為設計降雨強度之推估依據,可能難以充分反映單一測站所在地之實際降雨特性,並可能造成部分地區設計值低估或高估之情形。為提升降雨強度推估之在地代表性與設計適用性,本研究採用皮爾遜第三型分布作為理論機率分布,進行各測站不同重現期與降雨延時之頻率分析,以作為後續建立單站無因次降雨強度公式之基礎。

近年來,受到全球氣候變遷影響,極端降雨事件發生頻率與強度均有增加趨勢。臺灣位處西北太平洋颱風路徑及季風交會區,面對短延時強降雨、集中豪雨及極端降雨事件之挑戰更為明顯。水土保持工程多位於山坡地及地形敏感區,其逕流反應時間短、集流速度快,對短延時降雨變化尤其敏感。因此,若設計降雨公式未能適時納入最新觀測資料與近期氣候特徵,將可能降低工程設計對未來降雨情境之適應能力。

隨著雨量觀測技術與資料庫建置逐漸完善,臺灣雨量站數量已較早期大幅增加,觀測資料年限亦持續累積。相較於1993年公式建置時期,如今全臺可用於頻率分析與降雨強度公式推估之雨量站已更加密集,且空間涵蓋範圍更為完整(如圖4)。此一資料條件的提升,使降雨強度公式由傳統區域化推估,進一步走向單站化、精準化與在地化成為可能。農村水保署於112至115年間,推動全臺水土保持降雨強度公式更新相關研究,納入全臺476站雨量資料進行分析,並以單一雨量站為基本分析單元,發展各測站之單站無因次降雨強度公式。此一研究方向相較於過去區域化公式具有重要突破,其核心精神在於:不再僅以少數測站資料與年平均降雨量代表廣大區域,而是透過密集雨量站資料,直接反映各測站所在地之降雨特性,使設計參數更貼近實際空間差異。

圖 4 單站公式雨量站分布圖
圖 4 單站公式雨量站分布圖

單站公式之建立,係以各雨量站歷史觀測資料為基礎,針對不同降雨延時與重現期進行頻率分析,進一步推估各延時下之設計降雨強度,並建立符合該站降雨型態之無因次公式參數。透過此一方式,每一測站皆可形成專屬之降雨強度推估關係,並可依據工程位置選取鄰近或具代表性之雨量站進行設計。對於地形變化劇烈、降雨空間差異大的臺灣而言,單站公式可有效提升設計降雨強度之空間解析度。圖5為不同降雨強度公式推估與理論基準值分布圖,由圖可看出,現行規範及現行規範(更新)因採區域化公式,空間分布相對平滑,較難呈現局部地區之降雨差異;相較之下,單站公式能更明確反映理論基準值之降雨強度變化及區域差異,顯示單站公式可提供更細緻之空間資訊。

圖 5 不同降雨強度公式推估成果之空間分布比較圖
圖 5 不同降雨強度公式推估成果之空間分布比較圖

此項公式更新亦具有回應氣候變遷趨勢之重要意義。依據臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台(TCCIP)採用AR6氣候情境所模擬之近未來氣候變遷趨勢,未來降雨型態可能朝向降雨集中度提高、短延時強降雨風險增加,以及區域降雨差異更加明顯之方向發展。現行公式所採用之雨量資料距今已逾30年,其分析成果主要反映過去年代之降雨統計特性;相較之下,112至115年研究所採用之雨量資料,已納入近年更多極端降雨事件及較長期觀測成果,較能反映近期降雨強度與降雨型態之變化情形,如圖6所示。在此趨勢下,若仍以早期區域化公式及年平均降雨量作為主要推估依據,恐較難充分呈現各地受地形條件、氣候型態及極端降雨事件影響所形成之降雨差異。因此,透過更新後之單站無因次降雨強度公式,可依據各雨量站實際觀測資料,建立更具在地代表性之降雨強度關係,使水土保持工程設計更貼近現況,並與未來氣候變遷趨勢相互銜接。當短延時強降雨發生頻率增加、降雨集中度提高時,單站公式相較於傳統區域化公式,更能反映局部降雨特性與空間差異,有助於提升坡地排水、滯洪及防災設施設計之合理性,並強化水土保持工程面對氣候變遷風險之調適能力。

圖 6 不同推估方法與近未來氣候情境之降雨強度空間分布比較圖
圖 6 不同推估方法與近未來氣候情境之降雨強度空間分布比較圖
成果應用與未來展望

101站區域化公式進展至476站單站公式,代表的不僅是資料數量的增加,更是水土保持技術規範逐步邁向精準治理的重要轉型。過去因資料限制,必須透過區域平均概念建立全國一致公式;今日隨著觀測資料、資訊技術與地理資訊系統成熟,則可進一步以更高解析度的方式,描述各地降雨強度特性。此一轉變符合現代防災治理所強調的風險導向、在地化設計與科學化決策精神。

從工程設計角度而言,降雨強度公式更新不僅是水文參數的修正,更直接影響水土保持設施之設計量體與配置。例如滯洪設施之設計,以入流歷線與容許出流量差值推估所需滯洪容量,而入流量計算又與設計降雨強度密切相關。當降雨強度推估值改變時,滯洪池、排水溝、沉砂池及相關防災設施之尺寸、容量與配置方式皆可能隨之調整。若能採用更符合現地條件之單站公式,將有助於避免過度設計或設計不足,使工程配置更具合理性。

實務上,單站公式亦可提供更透明且具可追溯性之設計依據。過去區域化公式雖具有操作簡便及標準一致之優點,惟於集水區邊界、山麓地區、離島地區或局部強降雨特性明顯之區域,設計人員仍可能面臨雨量站資料代表性不足、區域參數適用性不明確等疑慮。未來若能結合雨量站位置、資料年限、年平均降雨量、不同重現期降雨強度及公式參數等資訊,建置完整之查詢系統,將可使設計者依據基地位置、集水區特性及鄰近測站條件,選用較具代表性之設計參數。此不僅有助於提升降雨強度推估之合理性與在地適用性,亦可使設計依據更加明確。

未來單站公式若能逐步導入實務應用,仍需考量操作便利性、資料公開性、設計者接受度及審查制度銜接等問題。例如基地附近可能存在多個雨量站,如何判斷代表性、如何處理測站資料年限差異、如何選擇山區或平地測站、是否需進行距離或地形條件加權(圖7),皆是後續推動時需進一步建立指引之重點。未來可望透過視覺化地圖、測站資訊展示及公式參數查詢等功能,協助設計者快速掌握基地周邊雨量站分布與分析成果,作為水土保持計畫設計及審查之輔助工具。若能透過線上查詢平台,提供測站座標、資料年限、分析成果、鄰近測站比較及建議選用原則,將有助於提升單站公式之實務可行性。

圖 7 基地鄰近雨量站選取與降雨強度查詢系統示意圖
圖 7 基地鄰近雨量站選取與降雨強度查詢系統示意圖
結論

雖然,現行無因次降雨強度公式曾在資料不足年代建立水土保持工程設計之重要基準,對於制度化與標準化設計具有不可忽視的貢獻。然而,面對雨量觀測資料日益完善、極端降雨事件增加、氣候變遷風險升高及工程減碳需求強化,原有以少數測站及區域化概念建立之公式,已逐漸需要更新與精進。農村水保署112至115年以全臺476站發展單站無因次降雨強度公式,正是回應此一需求的重要工作。

此項成果可望使水土保持工程設計逐步邁向更符合現地條件之精準設計。透過單站公式,設計者得以更清楚掌握基地周邊降雨特性,合理推估不同重現期與降雨延時下之設計強度,進而提升坡地排水、滯洪、沉砂及防災設施之設計可靠度。更重要的是,此一更新亦象徵氣候變遷調適政策接軌,讓工程設計不僅回應過去的經驗,更能面對未來可能加劇的極端降雨挑戰。

因此,降雨強度公式之更新,不應僅被視為單一水文公式或技術參數之修正,而應被理解為水土保持工程邁向科學化、精準化與永續化的重要基礎。透過持續累積雨量觀測資料、定期檢討公式適用性、建置友善查詢工具並強化實務應用指引,未來水土保持設計將能更有效掌握地區降雨風險,提升工程安全韌性,同時兼顧資源使用效率與低碳治理目標,為臺灣山坡地防災與永續發展奠定更穩固的技術基礎。

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