談前瞻二版補充

智慧監測網AI高算力減少淹水

賴明煌 技師/成大土木博士

一、前言

衣索比亞為非洲大國，人口逾億人，是全球人口最多的內陸國，自北為厄利垂亞、吉布地與索馬利亞等國間隔紅海、亞丁灣與印度洋，國土面積逾110 km²約臺灣30倍，國土7成海拔近3,000m高原，近3成為沙漠區，呈現熱帶草原氣候和亞熱帶森林氣候，並兼山地與熱帶沙漠氣候，西南部高原區年降雨量約1,500mm往東北遞減到500mm，雨季約在每年6至9月降雨較多，容易發生山崩，降雨引發洪水崩塌已肇致數萬人流離失所。其西南部山地戈法區（Gofa Zone）海拔約1,200米面積2km²，該聚落北側約達1,500m、南側1,400m山脈是屬東西走向山脈如冰斗碗狀圈谷凹地，東距第二大湖查莫湖50km與極富盛名近海拔2,000m耶加雪菲咖啡豆莊園約100km，該處地質在高溫與強降雨及乾濕交替條件作用，讓原本火山岩，風化成多孔隙的顆粒狀厚層，軟弱崩積鬆散為高氧化紅土層。2024年7月22日因連續多日豪雨引發2起土石流，造成嚴重傷亡，當局透露罹難人數恐逾500人。無獨有偶，2024年7月29日印度西南部喀拉拉邦（Kerala）也狂降暴雨，翌日凌晨就發生土石流，造成住在山坡邊房舍或臨時屋熟睡茶工逾106人死亡。

二、凱米颱風引入西南氣流豐沛降雨

依據水利署網站揭露，1996年賀伯颱風在嘉義阿里山測站總雨量竟高達1,994mm，連續24小時累積雨量達1,748mm，2009年88莫拉克風災在該測站總累積雨量2,884mm為臺灣歷史之冠，其24與48小時降雨量分別1,623與2,361mm，接近世界最大降雨量。這8年來首度登陸台灣的強烈颱風凱米，正巧遇到大暑的全年大滿潮，對中南部各縣市造成頗大淹水災情，是繼15年前88莫拉克風災與28年前賀伯颱風以來最大水災；而花蓮在2024年4月遭逢25年來最大地震後又遭此次強颱西南氣流豪雨等肆虐，臺鐵北迴線與公路局台9線省道因震後上邊坡儲擱大量土石，順著颱風暴雨一起崩塌也釀下邊坡鐵公路柔腸寸斷；連臺鐵最堅固安全的縱貫線竟也在嘉義水上與台南後壁間，因八掌溪河水暴漲破堤與溢流鐵道橋與沖刮平面路段路基流失等，造成鐵路懸空路基達30米肇致雙向中斷，須仰賴公車接駁鐵路嘉義到新營間運輸；這次颱風與西南氣流所釀暴雨除創紀錄，在台中市以南各縣市均傳有淹水災情發生頗為嚴重，值得國人警惕。凱米颱風蹂躪臺灣後，又直撲大陸南方各省再直搗北京天津與轉到北韓，除釀中國近百萬災民與近百人死亡及多處公路橋梁道路塌陷外；另降在北韓平安南北道與慈江道兩天，各有600mm日雨量，也驚動金正恩親自涉水救災外，因釀當地數千居民淹死，也把防災不力的北韓黨幹部革職。故可斷言：「人類各項活動排碳所釀之地球暖化，衍生氣候災害世界各國無一倖免。」

三、淹水重災區高雄防澇水保硬體建設不少

引述高雄市政府在2024年7月30日統計資料，與成功大學水利系游保杉名譽教授等說明：7月27日平地最大累計雨量為高雄市大樹區778mm，相較莫拉克風災當時729mm還多，故凱米強颱致災性強降雨遠超過莫拉克風災之規模，惟當年高市僅1座三民區本和里滯洪池，滯洪量僅11萬m³，致當時市區有多處淹水深度逾米，沿海低窪地區甚逾1層樓高。如今凱米強颱來襲，高市面積2,952km²，海岸長度95km與面積約54,833ha，近岸海域面積約42,254ha、濱海陸地面積約為12,579ha，列有20個易淹水與排水地區及7個水土保持區改善管制，現已完成25座滯洪池計達498萬m³滯洪量全部滿載，是當年11萬m³的45倍之大；高市目前計119條區域排水溝渠，這次皆達1級警戒水位之高，倘無這些增設滯洪池留滯洪水、增加在上游與凹漥地區的積水滲流，若讓498萬m³洪水漫流至市區，必釀更大淹水災情。凱米颱風造成高市淹水面積498ha，僅為當年莫拉克颱風淹水面積5,400ha的10%以內，且大部分區域淹水約1小時左右退水，淹水延時也明顯縮短，故可推估出這些防水區排幹管與滯洪池的硬體建設，確實有發揮其重大防澇功效，但是需要再補強其原本防澇韌性不足之處與加大既有安全係數的措施，才能應付未來越來越超越歷史的災害侵襲。

四、高雄需要甚麼補強防洪建設

自阿扁總統迄今多任總統，均編列不少治水防洪預算，依據行政院主計總處近年統計數字，中央與地方20年來編列治水經費逾1兆1,000億元，但高雄為何不能抵抗這次凱米強颱與其引入龐大西南氣流呢？顯見當時各治水計畫的規設安全係數與抗災韌性相對不足，或假設值與現況地形地不一致，還有氣候變遷日益惡劣超出過去歷史紀錄比比皆是，致使這次老天來驗收仍發現有若干缺失須補強！比對在北部桃園市面積1,910km²是高市的64.7%，全市滯洪池雖有26處，但總滯洪量為73.8萬m³，約僅高雄市的14.82%而已，惟該市迄今設有634處物聯網(Internet of Things)監測站點進行《智慧水利監測密網平台計畫》，是高市113處的561%之多。該市海岸長度51km約高市一半、面積約為高市60%內，其中近岸海域為23,164ha，濱海陸地8,087ha，但桃園地質條件大多卵礫石臺地與下覆紅土層的構造，不僅不易地震液化(Liquefaction)且降雨較易與較迅速滲流入地補助其地下水位。桃園市相對高市位在高雄港古潟湖區與沿海低窪區還有地層下陷區等的眾多惡劣地質條件，面臨短延時或連續式強降雨與滿潮逆流等日益頻繁的尖端氣候侵襲，其災損規模與範圍及時間相對就會較大。這幾年來高市投入的防澇水保硬體建設的確不少，但較為欠缺的是全市僅113處物聯網監測站點進行《智慧水利監測密網平台計畫》，若比照桃市目前設置標準高雄市需要再增1,000處才足夠。如同X光、超音波與核子共振醫檢措施，可事先作細小範圍切片進行精確檢查與切除病灶，高市需要藉由過去多次淹水歷史經驗之澇災地區，進行高密度感測元件佈建與相互串聯，透過雨水下水道、區域排水、路面淹水感測等智慧感測資料，再搭配各地感測柱之佈建與其下方地層內地下水位與水壓力及其滲流線網等分析，再連接即時的氣象情況與降雨之推測等資料，匯集3D即時水情現況，利用智慧水利監測平台將氣候與各地區之防洪能量及疏散撤離的黃金時間等，以大數據資料結合智慧淹水模式進行AI與超級電腦等之演算，供該市應變研判防汛設施操作與調度決策參考，以降低淹積水區域之風險，提升災害應變之效能。

五、暖化極端氣候變遷所致複合災害多樣與規模加劇

如同我國中研院環境變遷中心科學家使用高解析度全球大氣模式HiRAM(High Resolution Atmosp。heric Model)及IBTrACS(International Best Track Archive for Climate Stewardship )颱風觀測資料指出：在全球平均溫度升高情況下，不管颱風或颶風，這類風暴帶來降雨會變得更劇烈，這是一種趨勢。無獨有偶，歐盟氣候監測機構「哥白尼氣候變化服務(Copernicus Atmosphere Monitoring Service)」在7月8日表示，今年6月成為有史以來「最熱六月」，連續高溫釀12個月升溫幅度，已經「暫時」逾越九年前在巴黎舉行第21 屆聯合國氣候大會（COP21）協定所訂定之攝氏1.5⁰C門檻；由於人為氣候變遷與聖嬰現象，今年可能會比去年還要熱，成為有記錄以來最熱的1年。聯合國秘書長古特瑞斯亦指出，去年是人類出現地球以來最熱1年，並示警：「我們正經歷全球沸騰的氣候崩潰時刻（Climate breakdown）。」故面對這樣急遽暖化的負面趨勢，台灣絕大部分天然資源均需仰賴外國進口，且又是對外貿易依賴度極高的國家，除要力行2050淨零碳排的政策目標外，更要確實力行2023年底在杜拜舉行COP28做到減碳成績單「全球盤點」（Global Stocktake）與碳捕集與固碳封存（CCS）技術，來減少碳排及碳中和(Carbon Neutrality)等技術來取代化石燃料等全球共同目標，並要有適當災難金融與保險等制度，這樣才能協助氣候災難衝擊的國家，落實環境正義等宣示。

六、結語

全球各地極端氣候災難不斷，而我國地處全球發生地震80%之泛太平洋地震火圈上；全球每年發生颱風約80個，又以亞洲東側西北太平洋區域每年約30個颱風發生，而會襲擊我國約達10%以上(日本則是20%)，故台灣面對這樣自然災害不少，而我國國家災害防救科技中心引述世界銀行報告：指出臺灣同時暴露3項以上天然災害之土地面積與面臨災害威脅之人口為73%，同時暴露兩項以上災害威脅之人口為99%，屬於全球高災害風險的地區，故若我國執行減碳進度再不理想，又一直愚昧的到處亂開發、濫建設，則「水深火熱」氣候災難就易衍生將為台灣之常態。而前瞻計畫立意良好，但仍須配合類似這次超大凱米強颱與滿潮逆襲及花蓮烈震的複合型災害(Combined Disasters)與其延時影響(Delay Effect)的加成等之未來趨勢，並確實檢視這次淹水區域與土石流潛勢區等規模之紀錄，化作該計畫精進或第二版調整與加入抗災韌性等級的劃定與補強建設之評估依據，並摻有區聯防縣市合作等資源互享之調度機制與疏散管制手段等，這樣才能使這次天災從另一角度來看，也是協助我們台灣防災韌性成長的契機。若高市增加這些防災感知偵測器來配合水平各項資料互聯網等嫁接(如國家災害防救科技中心NCDR的災害潛勢地圖或經濟部地礦管理中心、水利署防災資訊網 、農業部農水署土石流及大規模崩塌防災資訊網等既有相當精準應用檔案長期資料)，並透過台灣日益成熟的AI與算力每秒逾千兆次運算「浮點運算」（Floating-point operations per second）之超級電腦（Supercomputer），如國家高速網路與計算中心與氣象署的第6代高速電腦等所可以進行的高算力(HashRate)，可事先模擬單一災害或是複合型災害侵襲，不僅是颱風水災，甚至地震海嘯之發生與損害規模等，於災前就做有利可行的部署來應處。並進一步還可在面臨全球急驟暖化衍生眾多又龐大的氣候災害(Climate Disaster)侵襲前，在都市開發市地重劃與都市設計前期規劃，乃致國土計畫等更高階的政策，決定開發使用強度的參考依據。若政府資訊不足，無法達到事半功倍的效應，主管機關應引以為鑑。

照片1  凱米颱風釀八掌溪大量洪峰， 溢流過堤內造成大量淹水。		照片2  八掌溪大量洪峰溢流過堤內， 堤外行水區汪洋一片。
照片3  颱風把上游的枯枝沖到下游與 堤內造成極大農作物泡湯。		照片4  颱風前未及修剪樹枝與 清掃排水溝渠，易釀大淹水與倒樹。
照片5  颱風倒塌樹種與其護樹支撐方式 是否妥當，要統計分析找出適當樹種與 好工法。		照片6  颱風後居民駕駛山貓清理洪水 所釀淹水與土石流。
照片7  颱風後軍民合作駕駛清運車輛清理 洪水所釀淹重要交通道路之作業情況。