緣起
臺灣河川受限於坡陡流急與強降雨，加上降雨時空分布不均，颱洪期間常面臨淹水、土石流與崩塌等複合災害，形成高度挑戰的水環境。在此背景下，河川治理與水資源應用不僅須因應自然變遷，也需面對社會環境快速變化，決策過程日益仰賴數值模式輔助。
治水理念已從傳統築堤防洪，轉向兼顧逕流分攤、在地滯洪與流域整體治理，並強調「水、自然與人」的平衡，透過自然思維提升社會韌性與多重共效益。因此，水道治理、洪氾空間保留、藍綠網絡及水岸縫合逐漸成為流域改善的核心目標。為因應此趨勢，本計畫承續臺美水資源協議第八號附錄成果，整合集水區數值模式與快速推估工具，並擴充既有河道數值模式（SRH-2D）之應用範疇，以提升流域改善與調適規劃之量化評估技術，支持河川分署在規劃、設計與管理上的需求，並落實國際合作與水利技術移轉發展。
計畫目的及預定目標
(一)計畫目的
應用臺美第八號附錄最新研發集水區數值模式(SRH-Watershed)，建置臺灣主要流域降雨逕流及土砂運移數值模式，產製不同尺度集水區多重事件之模擬結果資料庫，結合機器學習(Machine learning)訓練及評鑑，開發集水區河道水砂運移快速推估模型。整合空間分佈數值模式及機器學習快速推估模型，可分析集水區河道逕流量及輸砂量時間及空間變化(包括水道風險、河槽沖淤及囚砂空間等課題分析)，並延伸應用於流域改善及調適方案評估(包括逕流分擔、在地滯洪、水庫排砂及河川環境等案例應用)，作為河川管理決策參考。
(二)預定目標
- 結合集水區數值模式（SRH-W）與快速推估模型，延伸河道數值模式（SRH-2D）之應用範疇。
- 建立兼具效率與準確性的整合分析架構，強化流域改善及調適規劃之量化評估能力。
- 提供河川分署於規劃、設計與管理上的技術工具，提升治水決策之科學依據。
- 建立可供流域調適方案及河川管理決策參考之方法體系，推動永續治水與管理。
計畫方法
本計畫之核心在於整合集水區數值模式、河道水理模式及機器學習快速推估工具，透過系統性工作步驟逐步建構完整之技術體系，以支撐流域改善與調適規劃的量化分析與應用推廣。其主要工作項目如下：
一、文獻回顧與資料蒐集
回顧流域數值模式與機器學習相關研究，掌握國際發展趨勢。彙整臺灣既有集水區觀測資料，包括數值地形、土地利用、土壤分布、沖蝕指數、降雨及河道水砂觀測等，並評估其應用於全物理分佈型模式之完整性。選取具代表性之集水區作案例，必要時補充調查。
二、集水區模式建置與驗證
依據 DEM 建置具流路特性的模擬網格，搭配土地利用、土壤等參數，建立集水區水理模式。以颱洪事件下之流量與泥砂濃度實測歷線進行驗證，確保模式能合理反映降雨事件下之水文水理與泥砂輸移。
圖1 集水區數值模式建置
三、輸砂空間分布資料庫建立
在模式驗證後，選取代表性颱洪事件，利用模擬結果延伸有限監測點，建立高解析度之流量與泥砂濃度空間分布資料庫，作為機器學習訓練與測試之基礎。
四、流域方案量化評估
整合集水區模式（SRH-W）與二維河道模式（SRH-2D），以實際降雨空間分布模擬水砂歷線，再輸入 SRH-2D 進行情境分析，降低邊界不確定性。透過案例測試，建立流域改善與調適方案之量化評估方法，供治理規劃參考。
圖2 集水區數值模式驗證
五、快速推估模型建置
利用集水區模式模擬所得水理輸砂資料庫，結合機器學習方法，發展河道水砂運移快速推估模型，並進行訓練與驗證，以提升應變與評估效率。
圖3 快速推估模型建置
六、成果回饋與應用推廣
藉由計畫成果檢討與修正，逐步完善模式與推估工具，並以案例測試建立臺灣主要流域模式範本。透過臺美合作交流，落實技術移轉與本土化推廣，並建立後續應用與技術諮詢機制。
計畫範圍
石門水庫集水區、濁水溪集水區溪及荖濃溪集水區。
圖4 計畫範圍流域集水區位置圖