淡水河主流發源於品田山，幹流長158.7公里，為臺灣第二長河流，也是少數被命名為「河」的主要河川(其他多被稱為溪)，流域面積2,726平方公里。淡水河流域由三大支流(大漢溪、新店溪、基隆河)組成，涵蓋整個大臺北地區，位於人口密集都會區，維繫數百萬人民安全，因位於臺北盆地，地勢平坦且河川受潮汐影響，故都市人民生命財產安全均仰賴現有的防洪措施。 淡水河流域整體治理沿革自民國50年代開始，早期防洪工作採蓄、分、導、束、避等措施為主，上游有石門及翡翠水庫蓄水，員山子分洪，二重疏洪道疏洪、以200年重現期為設計標準之堤防，轄區內水門及疏散門密集，高灘地高度開發，為提升防災效能，維護市民安全，減少災害損失，除工程措施外，淡水河洪水預報系統亦為大臺北防洪計畫重要的非工程措施之一，也是臺灣最早開發洪水預報系統的流域。
臺灣地區洪水預報系統以淡水河洪水預報系統發展最早，民國50年代政府開始進行北部地區防洪計畫，以築堤束洪為主，洪水平原管制及洪水預報為輔，臺灣省政府水利局(今經濟部水利署，以下簡稱水利署)於淡水河流域之新莊、屈尺、中正橋、五堵、中山橋、臺北橋、獅子頭等7處設置洪水位測報站，颱風期間利用電話通報水位供防汛使用，但因電話線路颱洪時易遭破壞，致資訊傳遞中斷，遂於民國53年起陸續改善測站設備，改以無線電傳輸方式傳遞，並增設上游集水區雨量站。
民國55年聯合國顧問包克士先生在臺灣省水文網先驅計畫總報告內率先建議將洪水預報列為水文網執行運用之一，民國56年中央氣象局(以下簡稱氣象局)就「防颱防洪示範區計畫工作」申請聯合國特別基金援助，著手對於淡水河洪水預報方法與預報系統之建立進行探討，同年8月完成「淡水河臺北橋站初步洪水預報方法」研究，57年6月再完成「淡水河洪水測報設備改善計畫」研究，是為淡水河洪水預報系統發展之先驅。
由於洪水預報業務當時係屬創舉，必須吸取國外經驗以竟全功，而當時多項水利建設多沿襲傳承自日本，故自民國58年起水利局三度派員前往日本研習，並於59年9月循外交途徑請日本政府派遣洪水預報專家來臺協助，日本海外技術協力團(O.T.C.A)於民國60年5月陸續派遣高山一彥等3位電訊專家及西原巧等4位洪水預報專家，分別進行洪水預報測站站址勘查、站網設計及洪水預報水文分析研究等工作，遂於民國61年1月提出「淡水河洪水預報系統建立調查報告書」，經洪水預報工作小組再加研究補充，於民國61~63年間試行後，民國65年由日本無線株式會社(JRC)完成洪水預報系統設施建置，如圖一，整體洪水預報系統已具雛形。
圖一 淡水河洪水預報系統設施站網示意圖
民國66至91年—逐步建置完整淡水河洪水預報系統 民國66年配合臺北防洪計畫，洪水預報系統已建置完成，建置之初，以即時接收流域內雨量、水位觀測資料為主，河川水位預測為輔，其中洪水預報模式採用水文模式(儲蓄函數法)，藉由觀測降雨量計算各控制點的河川流量，再由水位流量率定曲線獲得河川水位，理論上可行，但遭遇下列問題：
有鑑於此，民國82年臺灣省水利局委託日本河川情報中心進行洪水預報系統更新改善規劃，規劃成果包括水文測報系統硬體更新、多工制通信系統建置、雨量雷達系統建置、水壩資訊處理系統建置、預報軟體更新等，並規劃完整洪水預報作業及資訊傳遞系統，如圖二。 在預報軟體更新方面，更新自動遙測系統及洪水預報處理系統，並建議採用河川變量流模式進行河道演算，改善原有水文預報模式缺點。
圖二 洪水預報資訊傳送系統
民國85年至87年十河局委託臺灣大學團隊研發「淡水河整體洪水預報系統」，提供水位站觀測水位歷線、水門/抽水站內外水位歷線及運轉狀況、警戒及預報水位情形等資訊，並有發布通告與警報之功能，如圖三~圖六，以變量流模式進行演算，於民國89年開始使用，經歷象神、納莉等颱風，於颱洪期間提供重要的洪水預報資訊，如圖七~圖八。
圖三 淡水河整體洪水預報系統
圖四 水位站觀測水位歷線
圖五 水門/抽水站內外水位歷線及運轉狀況
圖六 新海橋觀測、警戒及預報水位情形
圖七 象神颱風淡水河河系洪水模式預報水位歷線
圖八 象神颱風石門水庫上游集水區平均觀測降雨強度 與預報降雨強度時間序列比較
由於該模式需要人工逐步操作，在實際預報作業時，需專注於洪水預報模式之操作，而無暇注意當時的水文狀況，因此在實際的預報作業上不夠便利。而因應基隆河截彎取直及相關治理工作對於河道現況已有所改變，且上述模式在基隆河水系僅能模擬至五堵水位站，故於民國91年完成「基隆河洪水預報模式」，將基隆河預報河段延伸至瑞芳介壽橋，如圖九。並將「淡水河整體洪水預報系統」一併改善，規劃雨量站及水位站網、淹水偵測傳訊系統、發布系統及通訊系統、洪水預報及淹水預警系統，架構如圖十。以上兩套模式的發展過程，累積甚多寶貴的實務經驗及參考文件，提供後續洪水預報模式發展之重要參考。
圖九 基隆河洪水預報模式演算範圍示意
民國92至97年—十河局自行研發淡水河即時洪水預報系統 (REFOR)模式，邁入即時自動化演算時代
由於洪水預報作業首重掌握正確資訊與時效，才能發揮預先警告的功能，而洪水預報模式的主要功能在於幫助預報人員研判未來洪水發展趨勢，也就是做為研判分析的工具，好的工具應有簡單穩定的特性。基於上述理由，並根據前述兩套模式的基礎理論及發展經驗，重新思考研發適用於實務作業的即時自動化洪水預報模式，十河局自民國92年自行研發「淡水河即時洪水預報系統模式」(Real Time Flash Flood Forecasting Model，簡稱REFOR模式)，並於93年4月上線運轉，REFOR模式從河口潮汐預測、雨量預測、水文降雨逕流模擬(包括水庫洩洪及員山子分洪等)、河川變量流模擬、資料庫擷取、圖形及表格展示等，如圖十一~圖十三，均可在個人電腦設備上應用，使洪水預報工作更有效率、更能掌握預警時效。 REFOR 模式於民國93至94年間歷經艾利颱風、911豪雨、納坦颱風、海棠颱風、泰利颱風、馬莎颱風、卡努颱風、龍王颱風等8場颱風豪雨事件，均能正常且穩定進行洪水預報作業，即時預測未來1~6小時各河道大斷面之水位變化，並據以編製淡水河洪水警報傳送至各防汛機關，做為防災應變(疏散、救災及陸閘封閉)準備之參考。 由實務運作成果得知，3小時預測水位誤差平均值，基隆河為1.2公尺，淡水河、大漢溪及新店溪則為0.6公尺。基隆河之水位預測誤差較大，其原因可能為降雨的空間分布較不均勻，使基隆河的側入流量變化不易準確掌控。
圖十一 REFOR模式操作介面
圖十二 REFOR模式水位縱坡圖
圖十三 REFOR模式各水位站流量流速表
REFOR模式自民國93年上線後，至96年間累積數年使用經驗，於97年委外進行基本資料更新維護及功能精進，並建置REFOR模式單機版，如圖十四，可進行事件模擬、參數檢定、決策支援等功能，並整合氣象局劇烈天氣監測系統(Quantitative Precipitation Estimation and Segregation Using Multiple Sensor, QPESUMS)預報雨量。QPESUMS是由氣象局、水利署、農委會水土保持局及美國劇烈風暴實驗室(National Severe Storm Laboratory, NSSL)，自91年起整合多重觀測資料並結合地理資訊發展之劇烈天氣監測系統，可提供即時性劇烈天氣監測資訊、過去72小時內高解析度之定量降水估計及0~3小時定量降水預報產品等。 REFOR模式引進氣象局QPESUMS資料，對應QPESUMS網格點及集水區分區關係，如圖十五，可加強對於颱風、梅雨、雷暴等災害性天氣的監測與極短期預報能力。
圖十四 REFOR模式單機版
圖十五 淡水河流域13座雨量站徐昇氏多邊形與QPESUMS網格點暨16個集水分區對應關係
民國98年建置上游集水區參數檢定自動化模組，採用非梯度式搜尋，能避開局部最佳解，找到全域最佳解的「模擬退火法(Simulation Annealing)」，使上游集水區水筒模式參數檢定更有效率。 民國99年改善上游集水區參數檢定自動化模組，與河川模式結合，使感潮河段之下游集水區也能進行自動化參數優選。降雨預報引進水利署颱風氣候法，如圖十六，分析統計歷史颱風中心位置、中心最大風速、及各歷史雨量站雨量強度間的對應關係，取得颱風中心預報位置及中心最大風速，則可根據迴歸結果推估各雨量站降雨量。由於98年莫拉克颱風對南臺灣造成重大災害，對於莫拉克颱風超強降雨衍生之相關議題於99年進行探討，包含莫拉克颱風降雨發生於淡水河流域之境況分析，員山子分洪若因分洪隧道口發生崩塌產生阻塞對基隆河之影響境況模擬，水庫放流對下游高灘地之影響分析等，均於此年採用REFOR模式單機版完成模擬，對於淡水河流域發生極端狀況之可能情境作出了模擬與分析。
圖十六 引進水利署颱風氣候法
民國100年引進NewC河川模式，可模擬超臨界流與亞臨界流混合流況，特別適用於臺灣坡度變異大，流速變化極端之河川，於颱洪時期能提供穩定之預報結果，並將河川演算範圍納入景美溪與二重疏洪道。因應颱風降雨趨於極端，引進氣候法機率式降雨預報產品，提供颱風降雨預報之中高可能及最大可能降雨。此外，並引進颱洪中心系集預報產品，使REFOR模式可採用各種預報降雨計算下游水位，提供防汛人員更多參考資訊。因應資訊技術進步，GOOGLE MAP地圖化展示技術成熟，REFOR模式利用地圖化展示技術進行即時預報結果呈現，使防汛人員能透過地圖瞭解轄區的觀測與預報水情，如圖十七。同年日本發生311海嘯，造成重大災情，亦以單機決策版進行淡水河發生海嘯造成河口水位瞬間抬昇至20公尺之各種境況模擬，以瞭解海嘯造成水位抬昇的影響河段。
圖十七 預報結果結合地圖展示
民國101年整合颱風氣候法未來72小時降雨預報，使REFOR模式可進行長延時洪水預報，提供防汛人員更充分的參考資訊。預報演算範圍納入三峽河，並因應三峽河納入重新劃分集水區範圍。南勢溪和基隆河集水區劃分重新檢討，建議河川模式應延伸至南勢溪，並細分集水區至25個分區。同年並將大臺北防洪設施圖完整納入地圖化展示系統，如圖十八~圖二十一，結合地圖之歷史紀錄播放功能，將8月蘇拉颱風之完整預報歷程動態呈現。
圖十八 大臺北防洪地圖圖資
圖十九 雨量站即時資料接收及警戒狀態
圖二十 溢堤位置警示
圖二十一 河道流量變化
民國102年配合水利署政策，介接轄區內市政府水情資料，包含臺北市、新北市、基隆市之水位、雨量、抽水站等即時資訊，並整合至地圖。由於101年蘇拉颱風淡水河流域多處水位站達一級警戒，其中三峽橋水位站創下水位紀錄新高，並發生10分鐘內水位上升1公尺狀況。對於小流域發生集中降雨，水文反應快速，1小時觀測或預報頻率難以呈現變化急劇之水情，考量計算機效率已大幅提高，計算頻率提升至與觀測頻率相同已可達成，因此修改預報系統計算頻率為每10分鐘啟動一次預報，提供未來1~6小時預報資訊，如圖二十二，協助防汛人員掌握水情之快速變化，並有效爭取預警及防汛作業時間。
圖二十二 十分鐘頻率演算預報系統
民國103年修改集水區降雨計算方式，以往採用雨量站權重計算平均降雨，改用QPESUMS面積平均降雨(如圖二十三)，改善雨量站觀測雨量難以有效代表集水區平均降雨之問題。此外，引進氣象局ETQPF預報降雨產品，ETQPF由氣象局、國家災害防救科技中心與臺灣颱風洪水研究中心等單位研發，使用系集模式的雨量預報結果為基準，搭配颱風預報路徑以及相關氣象參數作為篩選條件，找出模式颱風中心位置在預報路徑附近，同時模式颱風降水結構與真實颱風相近的個案，重新組合成一組颱風降雨預報，以反映颱風當時大氣環境和水氣等條件。河川演算納入南勢溪，並將基隆河演算範圍向上游延伸至員山子分洪下游處，如圖二十四。河川溢堤淹水模擬機制引進巢套體積法淹水模式(Nested Storage-based Inundation Mapping model for over-levee flooding, NeSIM)，根據溢堤流量計算由河川溢堤水量流入地形上之區塊體積，換算為淹水深度之演算法，同時配合水位-容積曲線計算區塊之水位高，配合各區塊涵蓋之DEM資訊，轉換成各DEM像元之淹水深度，如圖二十五，此為效率極高之即時淹水模擬方法，進一步提昇防災預警資訊。
圖二十三 集水區降雨改以QPESUMS 面積平均降雨
圖二十四 洪水預報系統演算範圍
圖二十五 三峽河101年蘇拉颱風之溢堤淹水模擬
民國104年配合氣象局提供之三種不同颱風預報路徑ETQPF預報降雨資料，完成QPESUMS、ETQPF、ETQPF_REF1、ETQPF_REF2、CWBWRF等降雨預報產品之資料處理、解析及組合，提供單機決策系統進行洪水預報模擬，如圖二十六。因應多年持續擴充且資訊技術的發展，辦理預報系統及展示功能盤點與更新規劃，「即時預報版」完成介面重新開發，簡化複雜操作並刪除極少使用之功能、同步檢討改善系統功能豐富操作介面，如圖二十七。「單機決策版」依其任務分別重製為不同程式，以助提升防汛工作效率。「網頁地圖化展示系統」精簡功能，並擴充斷面形狀、水位和流量空間分佈、雨量空間分佈、雨量組體圖、颱風路徑推估橫移門關閉時間等功能。此外，建立多種防汛成果與通報單，提供水利署要求之預報資訊，提升預報系統全面性功能，優化作業人員操作環境。
圖二十六 單機決策系統新增降雨引用來源
圖二十七 即時版介面重新開發
民國105年配合水利署政策及氣象局提供之產品，新增三組定量降雨預報產品介接與應用，強化豪雨及颱風時期之降雨預報能力，使洪水演算可提供更多種預報結果供決策參考。開發降雨預報驗證介面，依預報與實測雨量比較結果，協助判斷預報雨量之修正趨勢，透過主觀修正降低預報降雨之不確定性，以獲得更具參考之洪水預報結果。整合新店溪堰壩模組計畫成果，於單機決策版擴充新店溪堰壩模組功能，提昇預報品質。地圖化網頁於橫移門關閉時間分析功能，擴充氣象局颱風警報單資訊。應用響應式網頁技術開發預報系統資訊呈現網頁，如圖二十八及圖二十九，使預報成果能以網頁精要呈現，透過行動裝置隨時掌握轄區所有預報資訊，並根據即時水庫放流量演算資訊，開發推算河道流量傳遞時間演算模式，同時以地圖化呈現，如圖三十，以掌握下游應變重點之水位變化情勢。
圖二十八 預報系統資訊之響應式網頁
圖二十九 預報系統模擬結果展示網頁
圖三十 洪水傳遞時間推估功能
民國106年擴充降雨資料及分區對應處理程序，使各降雨產品處理機制一致，提供分區擴充彈性，並對即時預報版之預報降雨，開發彈性組合設定功能。單機決策版擴充降雨幅度修正調整功能，縮短人工作業時間，並開發模擬專案上傳系統資料庫功能，提供網頁展示模擬成果。配合十河局伺服器擴充，完成洪水預報系統、地圖化展示網頁系統、以及資料庫移置功能，使各伺服器獨立分工且便於控管。響應式預報資訊網頁擴充颱風碰觸時間、集水區即時水情、員山子分洪預報、預報降雨比較分析、決策專案模擬成果、以及APP建置網頁連結等功能。 民國107年將即時觀測流量納入員山子演算機制，於河川模式堰模組納入中庄攔河堰及武嶺橋下游河道高程差所造成之影響情形，維護定量降雨預報產品介接功能，並擴充介接氣象局CWBWRF_M04和CWBWRF_M05降雨預報產品。採用無因次單位歷線法及REFOR之水筒模式，進行員山子集水區之逕流模式模擬比較，並開發自動化參數調整功能。因應十河局應變需求，建置「淡水河流域智慧防災輔助面板」，即時自動化更新展示整合資訊網頁，如圖三十一。建置轄區淹水模組，並開發自動化串接流程，可即時配合觀測及預報降雨資料模擬淹水範圍。開發水情預警整合平臺之資料源連結彈性化設定模組，並建置於網頁伺服器。介接EMIC即時災情資訊，供防汛人員掌握轄區災情狀況，作為淹水調查之初判參考。
圖三十一 淡水河流域智慧防災輔助面板
民國108年針對防災降雨雷達應用進行評估，結合智慧化應用技術及淹水模擬，進行即時淹水模擬演算，以掌握更佳之淹水演算結果，並開發即時淹水模擬網頁展示，如圖三十二。規劃評估磺溪洪水預報系統建置可行性，以供磺溪洪水預報系統建置參考，因應防汛應變需求，擴充河口潮位預報展示功能，並開發即時通訊警示推播功能，即時且主動推播轄區相關警示資訊，使防汛人員在第一時間掌握即時預警資訊，如圖三十三~圖三十四。
圖三十二 即時淹水模擬展示網頁
圖三十三 主動推播功能後端程式執行流程
圖三十四 主動推播功能訊息內容
民國109年介接應用氣象局3小時定量降水預報，以及介接展示與比較樹林防災降雨雷達資訊，展示網頁如圖三十五。針對地圖化展示介面進行功能盤點及展示更新，整合十河局智慧河川管理平臺功能，完成智慧防汛地圖系統，如圖三十六~圖三十九。蒐集應變區域重點之颱洪事件水情資料，進行相關性分析，評估以降雨進行河川預警之可行性。配合108年度建置之智慧化淹水模組即時預報成果，進行模式精進及模擬測試，以及結合行政區下水道設計標準，開發降雨即時研判預警功能。建置磺溪即時洪水預報系統，即時演算提供河道最新及預報之水文資訊。介接水庫管理單位提供之預計放流量，即時模擬演算。
圖三十五 樹林防災降雨雷達展示網頁
圖三十六 智慧防汛地圖系統首頁
圖三十七 智慧防汛地圖系統之雨量站展示
圖三十八 智慧防汛地圖系統之臺北市雨水下水道水位展示
圖三十九 智慧防汛地圖系統之淹水感測器展示
民國111年將REFOR即時版演算長度擴充為24小時，維持演算頻率10分鐘，預報降雨採用QPESUMS_QPF，水庫預計放流量進行自動化串接模擬，如圖四十。同時建置每小時演算之mWRA及QPESUMS_WRF演算系統，即時提供演算結果，並將上述水位預報結果自動彙整上傳至水利署FTP及IoW平台，上傳結果可整合於水利防災中心網頁中展示，如圖四十一。開發視覺化防汛總覽面板，如圖四十二，以儀表板視覺化方式呈現轄區警戒狀況，並即時自動更新資訊包含水位警戒狀態、各河段水位站未來變化趨勢、降雨觀測及預報趨勢、各縣市預報降雨中心、淹水現況及河口潮位趨勢等。開發表格化呈現詳盡內容之防汛應變資訊展示網頁，並因應即時觀測水位警戒狀態，自動產製「水情通告」或「洪水警報」內容。擴充智慧防汛地圖功能，展示外水防汛熱點、施工中工程相關圖資，參考鄰近水位站及警戒值作為預警研判條件，呈現關注重點區域之即時與預報資訊。配合REFOR模式即時版各斷面即時水位演算結果，利用即時水位與斷面關係，於防汛地圖上繪製行水區範圍，協助判斷河道水位是否已達高灘地。
圖四十 即時版模式之水庫預計放流量採用情境
圖四十一 水利防災中心多來源整合展示洪水預報結果
圖四十二 視覺化防汛總覽面板
因應淡水河高灘地高度利用，難以一維模式完整表現水流行為，未來將朝向二維模式進行模擬。將就重點關注高灘地建置二維模式模擬分析，再逐步將河道改為一維結合二維演算或全面二維水理演算，以精確呈現河道及洪水平原完整的水理狀況。智慧防汛地圖已配合淡水河即時預報結果開發行水區展示功能，未來將持續精進，動態呈現河道水流狀態，以箭頭表示流速方向及大小，可掌握河道內流速分布狀況。 為達智慧化水利工程管理之目標，以科技自動化調控方向持續努力，取代人為操作管理，研擬全面性的標準作業流程，並配合即時洪水預報系統，導入智慧科技輔助業務執行，提供防汛值勤期間各項作業之操作指引，以提升應變效率，強化防災效能。