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2020.05.29 「多變量三階多項式常態轉換技術應用於水利工程之不確定性與可靠度分析」
專題研究出版

計畫主持人:湯有光
協同主持人:張胤隆
研究助理:游令婉
執行單位:國立交通大學 防災及水環境研究中心
補助單位:中興工程科技研究發展基金會
        近年來,水文極端事件發生頻繁,水利設施常遭到損毀或破壞,如2009 年的莫拉克風災,即導致荖濃溪勤和與旗山溪那瑪夏附近,河道淤高20~30 公尺,迫使曾文溪越域引水工程中斷。因此,若能掌握水文事件的不確定性與該不確定性對水利設施系統效能之影響,誠將提升水利工程在規劃與設計上的完備性。
       本專案研究的重點在於發展多變量統計技術,並應用這些技術於水利設施系統之不確定性分析與風險分析。本研究所著重的多變量統計方法,乃是三階多項式正態轉換 (Third-order Polynomial Normal Transform, TPNT)技術。本報告涵蓋的內容架構為: 說明TPNT 技術對多變量參數的訂定、生成與機率計算之基本理論(第二章);示範TPNT技術應用於三種水文實際案例:(1)推導降雨深度(强度)-延時-頻率關係與計算設計降雨超越機率和重現期(第三章);(2)採用不同形式之黑盒模式(即多變量回歸模式與類神經網路模式),對曾文溪越域引水河段的河道高程變化量,進行不確定性分析與危險度分析(第四章);及(3)採用TPNT 技術展示隨機模擬與生成設計降雨和洪水歷缐多變量之特性,在水文應用上,此類的生成數據,常與模式結合來評估水利系統之長期效益及其不確定性與危險度(第五章)。
       水利工程系統的設計、管理與操作,往往需同時面對並處理多個彼此互相關聯的水文和/或水力變數,透過理論介紹與不同應用實例的示範,本專題研究報告期望能清楚説明TPNT 技術實用於水利工程的可行性。將原非正態分佈之各個多變量隨機變數的分析與操作(如多變量機率的計算與隨機生成),轉換至正態分佈下進行,此乃TPNT 技術的中心價值所在。