作業型防洪預警開放平台FEWS_Taiwan
FEWS_Taiwan – A Platform to Construct Operational Flood Forecast System

一、 前言

每逢颱風來襲，總有為數可觀的辛勤工作人員得要冒著風雨，或是在室外巡察河川水位與道路邊坡，急著疏散車輛與民眾；或是進駐各機關單位的應變中心，彙整通報各地災情現況。不論任務為何，第一線防颱工作總是反映出，我們在災害管理的應變階段中，最需要爭取時間的特質。

是的，時間。

為了保全對象的防護，所有應變作為都需要爭取可能的時間內，在任何災害影響發生前完成。以河川警戒水位而言，如圖1，三級警戒水位的訂定，是以2小時後水位可能上升到高灘地為思考；二級與一級警戒水位，則分別是以5小時與2小時後水位，可能上升到堤頂，所訂出來的現況水位高程。雖然定義出來的物理量是水位高程，但所代表的基本想法，其實分別是2小時或是5小時的應變時間。

圖1 訂定警戒水位之高程與時間的對應（國家高速網路與計算中心連和政博士提供）

從圖1.的應變作為來理解，當現況水位高程到達三級警戒水位時，應遷離堤外人車，並停止堤外活動。但根據原來的設計原則，河川水位上升到高灘地，預估可能只有2小時的勸離時間，表示若依照現況水位高程來判斷，則可以執行應變作為時間其實非常有限。我們能否爭取更多時間？

預報，好像是個可行方案。

圖2中的各個圖形意義解釋如下：

1. 紅色直線為當下時間；
2. 上圖表示雨量，在紅色直線左方為觀測值，紅色直線右方為預報值；
3. 下圖表示水位高程，紅色直線左方藍色點線為觀測值，右方綠色實線則為模式計算值，即來自預報雨量結合水文水理模式所得到的水位預報；
4. 下圖的紅色橫虛線，即為不同級別的警戒水位。

如圖2下的綠色實線：若我們能夠獲得未來3個小時的預報雨量，就可以提早演算得到未來3個小時的預報水位。把這個預報水位的資訊帶回到圖1，若能夠預報未來3小時後，水位高程將達到三級警戒水位，加上預估到高灘地的上升時間2小時，勸離時間將可達到5個小時，大幅增加勤務執行的可行性。

圖2 東港溪潮州站南瑪都颱風案例示範

圖2取材自水利署水文氣象觀測整合平台FEWS_Taiwan，以東港溪潮州站在2011年南瑪都颱風為例，所製作的案例畫面。圖2下的綠色實線表示了預報水位的技術可行性；這項防災科技其實來臨的比我們想像的還要早，還要快。

水利署使用的水文氣象觀測整合平台FEWS_Taiwan是水利署與荷蘭Deltares長期合作下，利用Delft-FEWS為核心，針對台灣水利條件與環境進行客製化的水利模式作業平台。Delft-FEWS發展最早的版本為1992年聯合國國際合作計畫中，荷蘭協助蘇丹所開發的洪水預警系統。隨著系統不斷發展與推動，在荷蘭、瑞士、英國、西班牙、德國、義大利、澳地利等歐洲國家都有實績，系統架構由研究為主，逐漸轉換為作業化為主的平台。台灣在2002年由水利署引進後，也持續參與相關系統架構更新與意見回饋。

美國於2005年開始評估Delft-FEWS，取代美國自1985年開始推動的河川洪水預警系統的可行性。2006年完成相關評估分析報告，自2007年開始將Delft-FEWS 作為開發雛型，測試整現有模式之可行性。2008年陸續針對美國13個洪水預報中心進行系統建置工作，2011年在各河川預報中心完成以Delft-FEWS為核心的Community Hydrologic Prediction System（CHPS）系統的移轉工作。除了歐盟與南北美洲使用經驗外，在2012年澳洲氣象局也選擇Delft-FEWS平台作為該國水利資訊的整合平台。目前系統除了應用在洪水預警外也應用在水資源管理（水庫、地下水）、海岸監測、堤防監測、航運、水力發電等領域。

有別於傳統以模式為中心（Model Centric）的開發方式，Delft-FEWS以資料為中心（Data Centric）來架構平台發展過程，讓整體平台具有高度組合彈性。另結合開放式的共通標準，讓資料與模式間的結合不但具有前述組合彈性，更降低跨水利資訊領域的整合門檻。FEWS_Taiwan 的發展概念，即是透過資料與模式連結的共通技術，建構一個開放整合平台，以彙整水利署研發成果。如同組合積木的概念，將不同模式與不同資料內容加以連結與應用，朝向全台水文氣象多模式庫建置之目標邁進。圖3即是說明FEWS_Taiwan 在2005年後，在臺北科技大學以及國家高速網路與計算中心團隊合作之下，發展規劃的三個階段：

  1. 資料與模式連結：

在2005-2008階段，水利署FEWS_Taiwan 逐步確認各水利署與氣象局資料庫，並建立其連結機制。同時以水利署計畫成果為本，逐步介接獲得授權的應用模式。這段期間，確認了資料與模式介接技術的開放性質與足夠的系統文件輔助，足以完成模式線上運轉。

  2. 預報產品與系統功能驗證：

考量實務上對於預報計算可靠度的需求，必須評估模式應用在各個流域與事件中，是否都能具有一定的精確度。因此，介接大量氣象預報產品，年度更新與率定對應的模式參數，即時修正模式預報技術，以及多模式架構，都在2007-2012年這個階段中，持續發展精進的成果。

  3. 上線運轉：

將前述介接完成後的資料與模式架構，透過平行運算與作業排程，能夠持續每日24小時不間斷，在固定時間完成作業性質的模式運轉。2009年迄今，一直參與水利署颱洪應變值勤，測試平台穩定性，驗證軟硬體配置方式。

總和此三階段的建構與累積，FEWS_Taiwan 確實已經建立起水利署模式庫架構，並具有上線使用的作業能力。已經建立的流域架構，包含全台26個流域；內含的氣象資料介接項目，如圖4所示，來自中央氣象局、水利署以及各研究單位所提供的測預報資料。實際上從民國91年起迄今，FEWS_Taiwan 已經累積整合超過20個計畫成果，包含大學研發單位，水利機關，與私人企業在內的研發努力。

以此技術水利署已建置全台洪水預報早期預警系統，完成全島河川定期定時自動水情預報模式架構。利用中央氣象局即時資料庫提供之多維度氣象資料包含雷達觀測、雷達預測、雨量站、氣象資訊站、潮位站等，搭配水利署所屬單位提供之水情資料內容包含水位、雨量、濁度、海象資訊等，定時提供全台鄉鎮降雨資訊、河川洪水水位預報、水庫流量預報、即時數據分析處理、水情報表輸出等功能。也在多模式建置過程中，提出資料與模式連結之標準作業流程(SOP)，可作為後續水利署研發成果整合的參考程序，建構水利署模式庫。

即時、作業化、開放性的FEWS-Ready 技術，已經逐步成為模式對外連結的標準，自然結合了全球研究能量而成為國際水利社群之一。如果本土研發的水利模式，能夠支援FEWS-ready的標準，並提供技術文件，就可以在國際水利社群中，分享自己的研究努力。

這學術分享已經發生，也正在繼續進行中。

交通大學防災中心張胤隆博士已經實質參與，並提供可支援Delft-FEWS的邊坡滑動模式與其技術手冊；此刻正在魯汶大學的訪問學者汪立本博士，研發在Delft-FEWS中截取 SWMM 模式二進位碼輸出的程式，收到義大利環境局期待分享的請益。因著台灣的防災經驗與挑戰，透過水利社群的分享，在世界防災產業上，我們能夠有更大的能量與影響。

圖3 水文氣象觀測整合發展技術藍圖

圖4 平台多資料多模式之整體架構