近年受極端氣候影響，強降雨頻繁發生，導致崩塌、堰塞湖潰堤、土石流和洪水等複合型災害。水理分析在此應用中起著關鍵作用，峽谷河道中的土體崩塌形成天然壩，而堰塞湖的形成則需要精準的水理分析來提前預防潰堤危害。HEC-RAS模式被廣泛運用於潰壩模擬和洪水演算，其穩定且快速的計算能力為研究提供了準確且有效的結果（Brunner 2014; Brunner 2016; Boussekine and Djemili 2016; Butt et al.）。
崩塌堰塞湖潰決風險之評估與模擬
在全球氣候變遷的影響下，我國近年來遭受多場由強降雨引發的複合型災害，包括崩塌、堰塞湖潰決以及隨之而來的土石流和洪水。這些災害的頻繁發生，不僅造成嚴重的經濟損失，也給人民生命財產安全帶來了巨大威脅。因此，對這些災害的風險評估和模擬預警變得至關重要。
當崩塌的土體在峽谷河牀中堆積，形成天然壩，若上游流量和降雨的共同作用下，有時會導致堰塞湖的形成。然而，由於各種條件的限制，堰塞湖的形成並不容易在第一時間被發現，且其存在時間難以準確判斷。一旦堰塞湖潰決，大量土石將伴隨洪水下泄，對下游地區造成嚴重危害。因此，及時有效地評估堰塞湖潰決風險並進行預警，對於降低災害損失具有重要意義。
目前，學術界多採用HEC-RAS模式來建構潰壩模擬及所引發的洪水演算。該模式已被證實能夠提供穩定且計算快速的模擬結果，並且在許多相關研究中得到了應用。例如，Brunner (2014, 2016) 利用HEC-RAS進行了詳細的潰壩模擬分析。此外，Boussekine 和 Djemili (2016)、Butt et al. (2013)、Ehsan et al. (2017)、Jung 和 Kim (2017)、Xiong (2011)、Zhang et al. (2010) 以及吳振佑 et al. (2019)、林家興 et al. (2019) 等研究均應用 HEC-RAS 進行洪水風險評估和防治策略研究。
HEC-RAS 不僅能夠進行一維和二維的河道水理計算，還包括定量流(steady flow)計算、變量流(unsteady flow)計算、以及動牀輸砂計算(mobile bed sediment transport)。此外，該模式還能處理複雜的水流條件，如亞臨界流、超臨界流和混合流，並對其水面剖線進行精細化模擬。
應用 HEC-RAS 進行潰壩風險模擬
通過應用 HEC-RAS 二維水理分析功能，研究人員可以對天然壩體潰決後的洪水風險進行準確的模擬預測。HEC-RAS 二維變量流水理控制方程式是基於對納維-斯托克斯方程式的簡化而來，假設流體為不可壓縮、靜水壓力和均勻密度(Brunner 2016)。這些假設使得 HEC-RAS 能夠快速且準確地模擬潰壩過程和下游洪水的演進。
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堰塞湖形成與潰決風險 在極端氣候事件中，強降雨可能導致山體崩塌，土石堆積在河道中形成天然壩，進而在某些情況下形成堰塞湖。堰塞湖的初始形態和容量難以在早期被準確評估，且其穩定性和壽命受到多種自然因素影響。當堰塞湖達到臨界狀態並潰決時，巨量的土石和洪水將一同沖刷而下，對下游地區造成嚴重破壞。因此，及時監測和預警堰塞湖潰決風險至關重要。 |
HEC-RAS 的應用價值
HEC-RAS 作為一種廣泛使用的河流水力模型，能夠提供準確且可靠的水流分析結果。它在潰壩模擬和災害評估中的應用，為決策者和研究人員提供了重要的決策依據。通過 HEC-RAS，可以評估不同水量條件下堰塞湖的穩定性，並預測潰壩事件可能引發的洪水規模和路徑。這些信息對於制定有效的應急預案和長期防災策略具有重要意義。
在未來的研究中，可以進一步探索 HEC-RAS 的潛力，例如結合地理信息系統(GIS)數據，提高建模的精準度，或者引入人工智能和機器學習算法，自動化風險評估和模擬過程。此外，加強國際合作和知識共享，以面對日益複雜的洪水風險挑戰，也是未來研究的重要方向。
水理分析
水理分析是一門研究水體運動和相關現象的科學。它利用數學和物理原理來分析水在各種情況下的運動，包括流體力學、水文學和水質學等領域。透過水理分析，我們能夠更好地理解水體的行為，並找到相應的解決方案。
水理分析在多個領域中具有廣泛的應用。在城市規劃中，我們可以利用水理分析來預測洪水的發生情況，並設計相應的防洪工程。同樣地，在農業領域中，水理分析可以幫助我們更好地管理水資源，提高灌溉效率，並減少土地侵蝕和水質污染的風險。
水理分析還在能源領域中發揮著重要作用。例如，在水力發電中，我們需要進行水理分析來評估水流的速度和能量利用情況，以確定發電設施的適當設計。同樣地，水理分析也可以應用於海洋能源開發和波浪能利用等領域。
回到城市規劃領域，水理分析還可以幫助我們設計有效的排水系統，從而減少城市內的積水和淹水風險。此外，水理分析還可以應用於水庫和水壩的設計和運營中，以確保水資源的合理分配和管理。
總之，水理分析是一門重要且多樣化的科學，具有廣泛的應用價值。它不僅能夠幫助我們更好地瞭解水體運動的行為，還能夠為我們提供解決各種水資源問題的方案。
延伸閲讀…
第伍章河川水理特性分析
第三章集水區水文水理分析