書籍介紹
河川流量觀測為水文觀測作業重要環節，有鑒於流量觀測在氣候變遷研究及因應措施之角色上極為重要，但所需面臨之技術困難也最為嚴峻，因此，為避免政府投資浪費，在正式河川流量觀測技術研發作業前，宜有合適之先期評估作業，以瞭解後續研發應注意之工作要項與可行之方向，俾利後續研擬合適之科技研發計畫進行。本計畫重點在於觀測設備研發之先期評估，並以民國102年能研發原型機為規劃目標。本(99)年度計畫辦理之目的除持續分析該觀測資料且維護測站功能正常外，並配合現地全洪程觀測實測資料，評估檢討各測站之適宜性，另為改善全洪程觀測效率，降低觀測人員值勤風險，透過非接觸式表面流速儀適用性探討，更新全洪程觀測作業流程及手冊，做為水利署後續應用之參考。本年度計畫委辦工作成果茲摘述如後后。
現行河川局經常性流量觀測主要以普萊氏或旋槳式流速儀，配合鉛魚測深，採涉測或吊測進行流速面積法推計流量，當流況超逾普萊式流速儀量測範圍(0.3m/s至4.0m/s間)，則改採浮標法進行量測，自民國94年起各河川局開始應用手持式雷達微波表面流速量測儀器輔以進行表面流速觀測。此外，由於各河川局人力負荷繁重，近年水利署衡酌中央管河川流量特性評估建置標準自動化水位流量站觀測方法，引進適宜觀測儀器，現已建置27站採表面流速法或坡度面積法之流量觀測站，以提升國內流量觀測技術與資料品質。睽諸河川流量觀測現況與氣候變遷可能影響，本計畫界定國內流量觀測瓶頸為(1)因應氣候變遷須增加流量觀測儀器適用範圍、(2)觀測儀器缺乏高流速檢測環境支援、(3)流量推計方法參數需藉長期現場觀測資料檢校、及(4)自動化流量觀測系統尚難兼顧高低流量量測準確性；其應發展與突破方向為(1)現有水文觀測儀器性能調查評估、(2)水文觀測儀器檢校作業體系建置評估、(3)輔導學術研究機構建立檢校實驗室、(4)持續驗證微波雷達流速量測系統、(5)河床斷面動態變化監測技術之研發與應用、(6)低流量量測技術研發、(7)非接觸式流量觀測技術之運用及(8)觀測水位推計流量方法之改進。
本計畫定義「自動化流量觀測站」為「藉儀器施測水位及流速可自動長期連續推計流量之觀測系統」，系統整體架構包括前端之量測儀器單元、電力單元、通訊傳輸單元及資料記錄單元及後端觀測資料庫及流量分析單元，其建置可概分為二部分，一為流量推計方法建立，目前國內外可行推計方法計有(1)坡度面積法、(2)表面流速法、(3)水力履性圖法(4)最大流速法(熵函數法)；二為水位或流速觀測儀器建置，包含(1)水位量測儀器、(2)流速量測儀器及(3)河床沖淤監測儀器。其中，流速量測儀器可概分為接觸式與非接觸式兩類，非接觸式量測法之優點為洪水高流量等惡劣天候下量測過程較不具危險性，但僅可測得表面流速而無法直接測得水深方向流速分布；而接觸式量測法之聲波都普勒流速儀(ADCP或H-ADCP)雖可改善非接觸式量測法無法直接測得水深之缺點，但高流量條件下聲波傳遞會受濁度影響量測精度，且水中漸增之石塊、漂流物等對儀器及操作人員安全均構成威脅。
國外儀器研發方向方面，日本目前除以浮標法為標準洪水流量觀測法外(現正檢討各類浮標係數值)外，為克服浮標觀測實務問題，同時朝超音波式、PIV法、光學式流速儀，以及雷達波式流速儀等非接觸式表面流速觀測方向發展；美國USGS為克服傳統河川流量觀測面臨之高流速適用性及河床沖淤變化問題以不須將任何設備置於水流中，高水流況中可精確且安全地觀測為發展主軸；中國大陸除漸採用ADCP及雷達波表面流速儀進行河川流量觀測外，另進行光電非接觸式表面流速量測系統之研發。綜合上述，可見國外為提昇河川流量觀測準確性及適用高流量及高流速量測環境，多朝非接觸式量測系統方向發展。
本計畫親訪成功大學水工試驗所王南景主任、台灣大學水工試驗所宋家驥教授、成功大學電機系李嘉猷教授與蔡智明教授、工研院綠能所劉治中博士及颱風洪水研究中心何興亞副主任等各研發單位並向儀器代理商進行問卷調查，以為瞭解國內研發能量。衡諸國內相關研究單位研發水文觀測儀器之技術經驗與儀器代理商運作架構，未來自動化流量覯測系統各研發階段之辦理內容建議如下：
1.雛型系統研發階段
本階段涉及儀器硬體及軟韌體之研發製作，以及量測原理偵測訊號與待測物理量關係之建立與環境變量參數之檢定與測試，建議宜委請學術研究機構整合元件供應商執行之，建議執行期限為三年。
2.雛型現場測試階段
本階段須進行現場環境運作測試以瞭解產品環境耐受性、可靠度及性能穩定性，需由使用者提出產品評價及功能改善意見，俾供研發單位據以調整設計參數，以建立完整產品性能參數資料庫，建議安裝在河川局現有水位流量站或配合國家級防災監測及模式測試基地計畫進行測試，建議執行期限為二年。
3.研發儀器商品化階段
本階段涉及儀器外觀及操作介面產品設計包裝，建議由水利署與成功大學合設之水利產業育成中心輔導研發單位技術移轉至儀器代理商或育成廠商專營銷售事宜。
本計畫採五力分析法進行產品環境分析，再配合其分析成果，運用SWOT分析法評估產品之競爭性及因應策略，分析成果顯示本計畫研發產品與現有競爭者間的競爭激烈，應依「台灣水文觀測長期發展計畫」，由政府輔導國內研發機構研發本土化自動化流量觀測系統，以結合各領域人才，奠定良好基礎。後續研發廠商可依民國99年5月公布之「產業創新條例」申請稅金抵減及主管機關獎勵、輔助或輔導參與國際會展、拓銷或從事品牌發展，建立品牌及國內外代埋商通路。因產品研發方向與規格尚未訂定，不易推估售價極可能市佔率，進而推估可能產值，建議後續訂定價格時，建議採競爭導向定價法中之市場行情定價法，參考競爭產品的價格定價。
本計畫技術移轉方式可朝合作研發、授權、直接銷售等方式規劃，其執行可委由「水利產業知識化育成中心」協助辦理。後續研發廠商可依技術移轉方式之不同，採向國科會申請研發補助或向經濟部申請中小企業創新研發計畫SBIR方式辦理。
本計畫研發計畫定位為提昇河川水文環境監測品質、據以進行河川流量基本資料監測及創造因應氣候變遷衝擊之水利產業發展機會，計畫研提方式可聚焦於可支援之政府各項政策或科技計畫，包含「台灣水文觀測長期發展計畫」及科技專案計畫。研發計畫分年計畫建議秉持(1)國內外仍屬研發階段產品者、(2)適合國內水文觀測需求者、(3)可突破現有商品觀測環境限制條件者及(4)國內已有相關整合技術基礎者之原則研擬，初擬河川流量觀測儀器研發項目計有非接觸式表面流速儀、水深量測及河床沖淤觀測儀、泥砂濃度量測儀、儀器載掛系統及資料紀錄器。因國內各儀器研發項目相關技術發展進程不一，其執行方式初步建議可依其技術發展狀況區分為委辦計畫及補助計畫二類，若屬先驅型前瞻型研發者採委辦方式辦理，若為儀器改良功能提升者採補助方式辦理。
分類
其他詳細資訊
- 適用對象：成人(學術性)
- 關鍵詞：流量觀測技術研發，氣候變遷
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