臺大氣候變遷與永續發展中心
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100年洪水有多大?—淺談重現期距在防災上的應用

4/9/2015

 
(本篇轉載自科技部高瞻自然科學教學資源平台)
張沄真 國立臺灣大學土木工程學系
      臺灣山多坡陡,河川短促,再加上颱風頻繁,降雨集中,水災、土石流等災害經常發生。為了針對洪災擬定防災、救災計畫,災害規模的預測評估十分重要。事前若能精準的預測災害的嚴重程度、影響範圍,災害發生時才能及早發布警報,並判斷究竟該引導民眾準備防災,或是直接撤離。在防災建設上,工程師可依據不同地區災害規模的歷史資料來判斷橋墩、堤防的建設強度,或是抽水機應架設的數量,由此可見災害規模評估的重要性。

      近年來由於全球氣候暖化,影響降雨型態,使得位於亞洲地區的臺灣暴雨發生頻率及強度增強;由於都市化現象,土壤大量被水泥覆蓋,使得降下的雨量無法滲入泥土中排出,下大雨時淹水的機率也會增高。輸入量(降雨量)增多,輸出量(排水量)卻減少,因此近年臺灣洪災的規模往往超乎尋常的大,在這樣的氣候趨勢下,我們更應掌握極端災害發生的規模與嚴重性。

      洪災的嚴重性該如何進行評估?相信大家常聽見「五十年一遇大雨」或「一百年一遇大雨」等說法,其中50年、100年指的就是降雨量的「重現期距」,用來表示發生大於或等於該降雨量所需要的平均年數,常以大寫字母T表示。重現期距越大則災害越嚴重,也就是說,一百年一遇大雨的雨量會比五十年一遇大雨要來得高。需要注意的是,一百年一遇大雨並不是指發生過後隔100年才會再發生下一次,而是指平均100年才會發生一次超過該雨量的情形。任一年發生降雨量X,超過特定重現期距雨量XT的機率P,和其重現期距成反比。可使用以下公式求得:
P (X≧XT) = 1/T

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天然災害緊急應變演練腳本產生器

3/9/2015

 
(本篇刊載於災害防救科技與管理期刊第三卷第二期)
 
蔡孟涵 國立臺灣大學氣候天氣災害研究中心
莊智仁 臺灣世曦股份有限公司
康仕仲 國立臺灣大學土木工程學系
賴進松 國立臺灣大學水工試驗所
譚義績 國立臺灣大學生物環境系統工程學系

摘要

       防災演練腳本的目的是用於指導防災人員如何在模擬的天災環境中做出正確的判斷。在現行防災實務上,防災演練腳本主要是由專家或經驗豐富的防災專員編寫,他們需花費大量的人時才能將實務經驗轉譯和編寫成腳本。然而,面對於複合性和大規模的天然災害,這些花費大量人力和時間所產生的腳本,並不能自動的產生新的模擬事件。故本研究主要目的在開發一天然災害緊急應變演練腳本產生器。此腳本產生器可根據歷史事件資料,自動生成不同類型之模擬情境,提供專家進行腳本的挑選及使用。腳本自動產生方法有三個步驟:(1) 根據歷史資料或電腦模擬結果,產生天然災害範圍。(2) 定義災害事件(危險狀況),災害事件描述真實情境包含傷亡人員、危險建物等災害事件相關細節。本研究亦開發了參數供使用者定義事件樣貌。(3) 開發腳本產生器,將災害範圍及災害事件組合,發展可能的災害事件之類型。本研究開發之腳本產生器,可供防災專業人員於產生之災害類型中,挑選合適的腳本進行模擬訓練,自動化地生成不同的模擬腳本,亦可減少防災演練腳本人工編寫之成本,並提升編寫發展腳本的擴充能力,讓防災人員可藉由過去的經驗,延伸及產生更符合複合性及大規模災害的情境腳本,以提供模擬訓練使用。

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水遊戲應用於環境教育活動之初探──以嘉義東石高中水資源防災一日營為例

2/5/2015

 
(本篇為2014環境教育年會投稿)
蕭人瑄 國立臺灣師範大學環境教育研究所
張玉連、蔡孟涵、康仕仲 國立臺灣大學土木工程研究所
王順美 國立臺灣師範大學環境教育研究所

摘要

      台灣存在著許多水災或水庫淤積等水資源議題,但相較於火災及地震等災害教育,颱洪防災及水資源相關之教育或學習活動並不普遍。為提升民眾對水資源及治水防洪的認知與正確觀念建立,本研究以充滿趣味與挑戰性的三款水遊戲為重點教學工具,搭配電子書及戶外參訪,設計成水資源防洪一日營環境教育推廣活動,並於嘉義東石高中執行,以探討參與者對活動元素的接受度以及所產生的學習效益。結果顯示,所有參與學生(47位)對此活動都給予非常正面的評價,除了認為好玩並獲得許多知識上的收穫之外,有八成完全認同當天的活動深具意義,並讓他們更加積極愛惜水資源。在對活動元素的喜好上,最喜愛水遊戲或戶外參訪者各占四成以上,足見兩者在學員接受度上的優勢。學生從活動中獲得的最大收穫則偏重知識層面,也包括價值態度的建立以及對在地的關懷。本活動同時促進學生的批判性思考,在了解當地的水資源議題之餘,也思維當下應變對策的利弊,以及其長久下來對當地人與環境的影響。最後,許多學生們認為可以從自身日常行為做起來改善水的環境問題,也體會到未雨綢繆、治標也要治本等策略的價值,同時認為小改變能夠累積成大力量,展現了參與改善環境問題的動機以及對公民責任的體認。

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有地震!居家房屋怎麼選?

1/27/2015

 
(本篇轉載自科技部高瞻自然科學教學資源平台)
吳宗翰 國立臺灣大學土木工程系 博士生
       臺灣位於歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊的交界處,菲律賓海板塊以每年8.2公分的移動速度向西北移動[1],由於兩塊板塊互相推擠的過程中能量不斷累積,當其能量累積到一定程度便會釋放出來,而造成地震。因此臺灣經常發生地震,一般民眾常會有房子蓋得愈高,地震所造成的搖晃就會愈大,房子愈不安全的疑慮。其實,並非房子愈高,就愈不安全,房屋安全與否主要跟房屋本身的結構有關,而搖晃程度則與建築物自然振動頻率與其阻尼比有關係,阻尼比可簡單解釋為系統削減掉的振動能量與原系統振動能量之比例,阻尼比一般會介於0~1,當阻尼比恰好等於1時,系統可以有效的削減振動能量,少數情況下阻尼比會大於1,表示物體受到外力不會振動,但需要花一段時間漸漸回復至原本狀態,例如記憶枕頭;而當建築物自然振動頻率與地震所造成的振動頻率達簡單整數,如1:1、1:2、2:3時就會產生共振現象,建築物的振動幅度會因為共振而有加成的作用,如圖1。而曾有學者針對灣地區建築物高度與基本振動周期之相關性進行研究[2],該研究指出,鋼筋混凝土設計的房子,其高度與周期計算如公式(1),其中T為周期,hn為地表面至頂樓之高度;依據公式(1)反推hn則會如公式(2)

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防災資訊儀表板開發研究

12/31/2014

 
(本篇刊載於災害防救科技與管理期刊第三卷第一期)
宋爾軒、康仕仲 國立臺灣大學土木工程學系
蔡孟涵 國立臺灣大學氣候天氣災害研究中心
賴進松 國立臺灣大學水工試驗所
譚義績 國立臺灣大學生物環境系統工程學系

摘要

       水災的預警須在短時間內分析大量且多維度的水情資料,以臺灣水利決策單位-水利署為例,其目前使用之雨量警戒值淹水預警系統,是利用經驗模式定出全臺各鄉鎮市區之警戒值,當即時雨量超過警戒值即發佈淹水警戒,此系統已應用於近年各颱風豪雨事件之應變操作,結果顯示其在實務運作上能達到預警效果,但其對於觀測雨量、淹水警戒值以及地理資訊等不同來源資料之間並沒有做足適當的連結,導致水災應變人員仍浪費時間在水情資訊之間來回比對與查詢,因此本研究以此系統為基礎,開發一個防災資訊儀表板(D2ashboard),並針對防災資訊的特性設計互動介面,使用三種資料互動模組:(1) 資料提示、(2) 資訊刷、(3) 動態查詢,解決水情資料無法有效傳遞之問題。本研究於民國102 年8 月潭美及康芮颱風期間,利用防災資訊儀表板實際進行水災預警與應變作業,結果顯示在兩次事件中,使用防災資訊儀表板能分別幫助應變人員減少25% 與61% 判讀淹水警戒資訊的時間,因此確實能提升研判警戒資訊的效率。

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水利緊急應變經驗學習中心

11/10/2014

 
(本篇刊載於2013臺灣災害管理研討會論文集)
陳奕竹、黃詩閔、康仕仲 國立臺灣大學土木工程學系
蔡孟涵 國立臺灣大學氣候天氣災害研究中心
謝明昌 水利署防災中心

摘要

       為了提供防災人員及民眾對災害及應變處置的瞭解及學習,本研究自2011年9月至今,建立「水利緊急應變經驗學習中心」網站,針對水災事件、旱災事件、重大水利事件三大類災害事件進行收錄及彙整,保留不同災害事件之氣象資訊、災因分析、災情處置、新聞報導等資訊,可讓防災人員及民眾能在災前針對類似災害事件進行預防、災中可以加強應變、災後能從中學習。「水利緊急應變經驗學習中心」建置至今(2014年9月),使用人次已超過13,000人次,根據Google搜尋引擎之資料分析,本網站在各種中文防災經驗學習之關鍵字搜尋中,排名皆為第一,由使用者流量分析可以得知,在發生重要災害時,會有大量使用者至「水利緊急應變經驗學習中心」瞭解過往歷史災害事件,以增強防災知識及應變能力。由於國際災害也可做為國內應變之參考,為了典藏及完全保留不同面向的災害事件資訊,本研究自2014年的「英國二月洪水」事件開始,新增「國際災害」之第四類災害事件。為了豐富經驗學習中心之事件資料,本研究在「102年石門水庫排砂事件」中,新增專家訪談之影片,以利還原當時的狀況及處置決策方式,讓使用者能對該事件有更深入的了解。另外,本研究為了在颱風應變期間快速提供使用者相關颱風資訊,自2014年哈吉貝颱風開始,新增「颱風應變期間首頁」,並在首頁內新增「最近颱風路徑」及「歷史相關颱風」,以提供使用者相關歷史颱風事件之查詢及比較,並可節省使用者查找颱風所需之時間。本研究為了有效提升「水利緊急應變經驗學習中心」之應用範圍,將「水利緊急應變經驗學習中心」與其他防災應用軟硬體進行整合,包含:防災平板、颱風搜、水利防災互動電子書等,讓使用者可藉由各種不同管道進入「水利緊急應變經驗學習中心」查找資料,並可對於相關災害事件進行探索及互動體驗,將有助於防災人員及民眾對災害事件之瞭解及傳承。綜合上述結果,「水利緊急應變經驗學習中心」確實有利於增加防災人員及民眾的防災應變知識及能力。

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Data Visualization 開啟新興研究領域的觸媒

10/14/2014

 
(轉載自臺大校園焦點第三百八十期 http://www.ntu.edu.tw/oldchinese/spotlight/2014/141014_1.htm ;文字:康仕仲、陳淑英;編修:蔡孟涵;照片:溫明璋)

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為促進不同領域教師有更廣泛交流的機會,臺大於 9 月 19 日在校總區思亮館國際會議廳舉辦第三次校級研究中心跨領域合作提升會議。本會議除延伸了第二次會議 Big Data 的議題外,亦加入了康仕仲教授提議之視覺化跨領域合作議題,在會議中,由不同領域教師各從其研究領域分享如何運用 Data Visualization來增進 Big Data 的處理速度及效率,並邀請各位視覺化領域專業,共同投稿由臺大主辦《Visualization in Engineering》國際期刊。。這次會議由臺大氣候變遷與永續發展研究中心及氣候天氣災害研究中心主辦,水工試驗所協辦。與談者除了校級研究中心及相關領域老師之外,也邀請業界來分享。

開發臺大金頭腦寶藏

陳良基副校長開場致辭時說,希望把臺大寶藏挖出來!而臺大的寶藏就是老師們;挖掘方式是鼓勵大家把自己實驗室的寶貝帶出來,與不同領域教師多交流,以激盪出創新的研究主題與想法,讓臺大在 Data Visualization 的領域繼續領導臺灣學術界向前走,並向世界頂尖研究機構看齊。 楊泮池校長也蒞臨勉勵,期待臺大的跨領域研究,更上一層樓!尤其這次的主題 Data Visualization必須結合各領域的專業,可以創新的範圍非常多,對各領域都是非常有用的方法!楊校長特別允諾,討論完之後,若有共識需要建置一個更好的平台,學校願意多幫忙!
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認識Data Visualization

如何讓 Big Data 的分析結果容易判讀並能掌握資訊全貌?藉由 Data Visualization ,能將海量數據以易懂的影像方式呈現,讓不同領域人員從圖像或動畫中,對資料的瞭解及分析更精確。而 Data Visualization 如何在各領域的研究中創造出效益與價值?參與的老師與業者逐一分享其研究精華!

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防災資料視覺化之應用(下)

9/30/2014

 
(本篇刊載於教育部103年校園災害防救實務暨理論研討會論文集)
蔡孟涵 國立臺灣大學氣候天氣災害研究中心
康仕仲 國立臺灣大學土木工程學系
賴進松 國立臺灣大學國立臺灣大學水工試驗所
譚義績 國立臺灣大學生物環境系統工程學系

四、 災後復原及學習

       在災害逐漸減弱及遠離時,防災單位需將應變過程加以記錄及典藏,以利未來應變及訓練之參考。故臺大天災中心在災後復原及學習階段,建置一「水利緊急應變經驗學習中心」,將各災害事件之應變資料留存,幫助使用者了解較重要的災情資訊;也為了將防災落實於教育上,以「水利防災互動電子書」的形式展示經驗學習平台之內容,可提供民眾離線瀏覽及影音互動,內容更加豐富多元。以下將進行說明。    

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防災資料視覺化之應用(中)

8/13/2014

 
(本篇刊載於教育部103年校園災害防救實務暨理論研討會論文集)
蔡孟涵 國立臺灣大學氣候天氣災害研究中心
康仕仲 國立臺灣大學土木工程學系
賴進松 國立臺灣大學國立臺灣大學水工試驗所
譚義績 國立臺灣大學生物環境系統工程學系

三、災中預警及應變

       在災害來臨期間,各防災單位都進入緊急戒備狀態,要面臨瞬息萬變且來源複雜的災害資訊,故臺大天災中心在災中應變的階段,發展出各種淹水預警、分析研判等模組,可提供大氣、水利、坡地等不同決策單位使用。在本章節中,將介紹「防災資訊儀表板」及「防災決策支援系統」二套以水利為主的系統,並說明其應用於淹水警戒及水情資訊處理之效益。

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防災資料視覺化之應用(上)

7/30/2014

 
(本篇刊載於教育部103年校園災害防救實務暨理論研討會論文集)
蔡孟涵 國立臺灣大學氣候天氣災害研究中心
康仕仲 國立臺灣大學土木工程學系
賴進松 國立臺灣大學國立臺灣大學水工試驗所
譚義績 國立臺灣大學生物環境系統工程學系

摘要

       國立臺灣大學氣候天氣災害研究中心(簡稱臺大天災中心)致力於開發防災視覺化系統,以提供災前之演練及整備、災中之預警及應變、災後復原及學習之各項需求。災害之資料來源複雜且多源,使得收集資料不易且正確性不易判斷,連續性且同時產生複合性災害之過程也讓防災資料不易管理及儲存,在呈現及加值應用,亦會因使用者之需求領域及背景而有不一樣的需求及判斷,故臺大天災中心的開發防災視覺化系統的主要目標,在讓使用者在不同的災害階段,都能有效率地進行防災資訊之查詢,清楚的獲得所需訊息,做為後續分析及決策之依據,亦能通過視覺化的呈現方式,讓不同領域之防災人員及民眾,能對防災資訊進行探索及比對,假進防災應變之效率及正確性。本文將以臺大天災中心開發之六套防災視覺化系統:「天然災害緊急應變演練腳本產生器」、「歷史颱風事件搜尋程式」、「防災資訊儀表板」、「防災決策支援系統」、「水利緊急應變經驗學習中心」及「水利防災互動電子書」,說明防災資訊於視覺化應用之目的及過程,期能通過視覺化及資料一致性的呈現,提升防災整體之效率及效益。
關鍵詞:防災資料、視覺化、災前演練、應變系統、經驗學習    

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