　　水利規劃試驗所於105年至106年辦理「易致災河段潛勢分析及安全監測之研究」計畫，期能在颱洪發生前，估算堤防、護岸等防洪構造物之破壞機率，釐清易致災河段位置，在颱洪期間藉由即時監測、風險分析，進行防洪構造物破壞之預警作為，可即時應變或做補強措施，降低防洪構造物破壞之機率及減少破壞後造成之損失。
　　本計畫於大甲溪舊社堤防安裝安全自動化監測系統，佈置規劃如圖1，實景如圖2，布設位置平面如圖3所示，此系統共包含(1)土體孔隙水壓分布監測；(2)土體變形監測(TDR位移計)；(3)基礎河床沖刷監測(無線電波飄浮裝置)；(4)河道水位監測；以及(5)主機箱與供電設備等。

圖1
圖2
圖3
圖4

一、監測成果:

　　本系統於105年9月13日完成安裝，其後歷經105年9月梅姬颱風與106年6月梅雨事件，觀測資料如圖4與圖5所示。

　　1、在105年梅姬颱風9月27日19:30發現P2孔最上層之感測裝置已被水流帶走，推算沖刷深度介於20至40公分，P1孔與P3孔則未有漂浮裝置被沖走情形，該時刻正處起始漲水階段，流量約1,000至2,000 cms；由圖4亦可發現當洪峰已過開始退水時，堤防內部之孔隙水壓仍處上升之狀態，洪峰與孔隙水壓達最大值之發生時間差為15小時，此時堤防將處於風險最高之狀況。
　　2、在106年6月梅雨事件中，由監測數據可發現極短時間之流量變化並不會對堤防內水壓產生顯著影響，而6月初豪雨臨前未有其他強降雨事件，與105年梅姬颱風相似，因此地下水位達最高之時間亦約發生於洪峰過後第15小時，而對6月中之降雨而言，因其臨前已發生0602豪雨，地下水位已相對較高，而6月中之降雨量與石岡壩放流量皆小於0602豪雨，因此地下水位達最高之時間僅發生於洪峰流量過後第7小時。

圖5
圖6

二、堤防破壞之預警報方式初擬:

1、堤防臨界破壞之判斷指標

　　依舊社堤防在不同重現期下各種破壞機制之發生機率分析，舊社堤防以基腳沖刷導致之基礎傾倒發生機率最高(20年重現期洪水時發生機率超過50%)，基礎滑動破壞發生機率為次高。
　　依據此兩種破壞情形，設計多種不同堤內地下水位、堤外河道水位、以及基腳沖刷深度等組合，模擬舊社堤防在不同組合下基礎滑動與傾倒安全係數。當堤防基礎處於臨界破壞時(安全係數等於1)之沖刷深度、堤內水位與堤內外水位差關係如圖6與圖7，圖中白色區域代表不會發生破壞之沖刷深度與堤內水位組合，兩圖中彩色區域相比，臨界傾倒破壞之面積(圖7)較臨界滑動破壞之面積(圖6)大，亦反應傾倒破壞機率較滑動破壞機率為高。另一方面，除了在沖刷深度大且堤內水位偏低時，臨界破壞條件與堤內水位有較明顯關係，其餘條件下當沖刷深度固定時，堤內外水位差達到一固定門檻即會發生破壞，而與堤內水位高低無關，由此可知，可採用沖刷深度與堤內外水位差等兩項因子做為臨界破壞判斷指標。

圖7
圖8

2、堤防臨界破壞曲線及預警報

　　依沖刷深度與堤內外水位差兩項因子，繪製臨界破壞曲線如圖8，圖中曲線下半部代表不會發生破壞，由此顯示基礎傾倒破壞會早於滑動破壞，而此圖在實際應用時，可搭配現場即時監測數據，當一場颱風或豪雨來襲，即可即時將現場監測到之沖刷深度與堤內外水位差點繪於圖8中，當繪點逐步接近曲線時，代表破壞即將可能發生，如此即可提早進行應變作為。
　　進一步考慮土壤凝聚力與摩擦角之不確定性，以基礎傾倒破壞為例，其考慮參數不確定性之臨界破壞曲線如圖9所示，圖中定率分析為不考慮參數不確定性之分析結果，30%累積機率曲線之意義為當沖刷深度已知時，有30%機率臨界破壞時之堤內外水位差會在此線下方，換句話說，當以30%機率之曲線做為預警之依據時，應預警而未預警之發生風險為30%，因此管理者可依據設定之可接受預報風險，從而建立符合此風險之破壞臨界曲線進行堤防破壞預警報之作業。