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第 33 屆海洋工程研討會論文集國立高雄海洋科技大學 2011 年 12 月

Proceedings of the 33rd

Ocean Engineering Conference in Taiwan

National Kaohsiung Marine University, December 2011

-631-

海嘯風險評估-以台北港為例

連政佳1 劉俊志

2 陳冠宇

3 姚建中

4

1 國立中山大學海下科技暨應用海洋物理研究所碩士班研究生 2 國立中山大學海下科技暨應用海洋物理研究所研究助理

3 國立中山大學海下科技暨應用海洋物理研究所副教授 4 建國科技大學土木工程系講師

摘要

本文主要研究地震引起海嘯對台北港的影響，並且模擬各程度海嘯的溢淹潛勢範圍。應用

Gutenberg and Richter(1944)提出地震規模與再現頻率關係式(G-R 關係式)，並定義震央為海源且

地震深度小於 30 公里為海嘯發生條件，求得海嘯地震次數期望值。使用 COMCOT 模式(COrnell

Multigrid COupled Tsunami model)的線性淺水波方程模擬海嘯在大洋的傳播，應用互逆格林函

數(reciprocal Green’s Function)概念，節省 COMCOT 在模擬海嘯傳遞的計算時間，再代入地震

解參數以斷層模式計算地震引發的海嘯初始水位分佈，模擬台北港外海水位變化。海嘯對陸地

溢淹則以不同波高之孤立波垂直台北港岸線入射，求得不同程度海嘯溢淹範圍，並定義溢淹機

率。最後將海嘯地震次數期望值與不同程度地震發生海嘯造成的溢淹機率相乘，求得台北港未

來受海嘯侵襲且溢淹的機率。

關鍵詞：海嘯、格林函數、溢淹機率

Tsunami risk assessment for Port of Taipei

Cheng-Chia Lien* Chin-Chu Liu Guan-Yu Chen Chien-Chung Yao

* National Sun Yat-sen University. Institute of Applied Marine Physics & Undersea Technology

ABSTRACT

The main topic of this research is the impact to the tsunami-inundated area of Taipei harbor

caused by earthquakes. According to regression relationship (G-R relation) between the earthquake

magnitude and frequency proposed by Gutenberg and Richter (1944), the expected number of

tsunamigenic earthquake is estimated. Using the linear shallow water equations of COMCOT

(COrnell Multigrid COupled Tsunami model), the propagation of tsunami in the ocean is simulated,

and the reciprocal Green's function was applied to save the computing time of COMCOT model.

Then, the seismic solution parameters are substituted to acquire a water level distribution of tsunami.

Solitary waves of different wave height are used to compute the range and the probability of tsunami

inundation at Taipei Harbor.

Keywords: Tsunami; Green's Function; probability;

一、前言

地震是海嘯成因之ㄧ，近年多起海嘯事件，如

南亞海嘯、薩摩亞海嘯、智利海嘯及 2011 年 3 月份

東日本海嘯即是數個典型地震引發海嘯案例。本文

研究地震引起海嘯對台北港的影響，並模擬各程度

海嘯造成的溢淹潛勢範圍，並作機率式海嘯風險評

估。

二、研究方法

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2.1 發生海嘯地震次數期望值

本文依主要海溝將研究區域劃分為12個區域，

使用 U.S. Geological Survey(USGS)-National

Earthquake Information Center(NEIC)地震資料庫，取

得 1973 至 2010 年地震資料，根據 Gutenberg and

Richter(1944)提出地震規模與再現頻率關係式(G-R

關係式)，計算各區域未來年可能發生地震次數的期

望值，再與此區域內震央為海源且震源深度小於 30

公里歷史地震次數與總次數比值相乘，定義為發生

引發海嘯的地震數期望值。

圖 1 研究區域

圖 2 G-R 關係式

圖 2 為某區 G-R 關係式，y 軸為各規模累計次

數 N 取 log，x軸為各規模，取得回歸係數與回歸線，

線性推估未來 50 年、100 年地震發生次數期望值。

表 1.此區域個規模區間累計次數 N 與 log(N)

表 2.此區未來 50 年&100 年地震次數期望值

圖 3.此區海源且震源深度小於 30km(方框&圓框)

計算得此區海源且震源深度小於 30km 比值為

0.1182，與地震次數期望值相乘可得此區海嘯地震

次數期望值。

表 3.此區各規模海嘯發生次數期望值

規模 6.5 7 7.5

50 年 0.1314 0.0360 0.0098

100 年 0.2628 0.0720 0.0197

規模 8 8.5 9

50 年 0.0027 0.0007 0.0002

100 年 0.0054 0.0014 0.0004

2.2 外海波高計算

外海波高計算地震引發海嘯傳遞至台北港外海

的水位變化與最大波高。使用美國康乃爾大學土木

與環境工程學系團隊發展出的 COMCOT 模式，模

擬海嘯在大洋傳播的計算。應用 Loomis(1979)與

Xu(2007)之結論以及線性系統之可逆性，採用互逆

格林函數計算方式；在台北港外海選定一水深大於

50 公尺定點給予單點 1 公尺水位波源傳播，求得系

統模擬區域內各點對應於定點的互逆格林函數

區間 4.25~4.75 4.75~5.25 5.25~5.75 5.75~6.25 6.25~6.75

N 554 261 55 12 4

log(N) 2.7435 2.4166 1.7403 1.0791 0.602

區間 6.75~7.25 7.25~7.75 7.75~8.25 8.25~8.75 8.75~9.25

N 1 0 0 0 0

log(N) 0 NaN NaN NaN NaN

規模 4.25~4.75 4.75~5.25 5.25~5.75 5.75~6.25 6.25~6.75

50 年 718.11 196.85 53.96 14.79 4.05

100 年 1436.28 393.71 107.92 29.58 8.10

規模 6.75~7.25 7.25~7.75 7.75~8.25 8.25~8.75 8.75~9.25

50 年 1.111 0.304 0.083 0.022 0.006

100 年 2.223 0.609 0.167 0.045 0.012

-633-

(reciprocal Green’s Function)時間序列。

斷層參數使用 Global CMT 地震解資料庫，選

取區域內地震解資料，取得初始水位所需地震參數。

根據(Mansinha and Smylie, 1971)提出海底斷層變化

垂直位移與海嘯初始波形關係，由 wells(1994)斷層

模式計算出地震產生的海嘯初始水位分佈，將各點

的水位與其格林函數的乘績作加總得到定點的水位

變化，以節省 COMCOT 在模擬海嘯傳遞的計算時

間；用以快速計算各區域不同地震規模及參數產生

海嘯傳遞至台北港的水位變化與最大波高。

圖 4 模擬範圍與台北港點位第 24 小時水位值空間

分佈

圖 5 台北港 121 區域規模 9 地震引發海嘯產生最大

波高

2.3 海嘯溢淹模擬

本節模擬海嘯對陸地溢淹，地形使用解析度 5

公尺包含建築物高程的地形檔，與 500 公尺解析度

的近海海底地形，以不同水位高度的孤立波垂直各

區域岸線入射，以研究台北港受不同程度海嘯溢淹

之潛勢範圍；並在此定義離岸 50 公尺與溢淹高度超

過 50 公分造成的溢淹點與模式地形總海岸線長度

的比值為溢淹機率。最後將發生海嘯的地震期望值

乘上各區不同程度地震海嘯對台北港造成的最大波

高對應之溢淹機率相乘，可以得到台北港受海嘯影

響造成溢淹的溢淹機率與災害評估。

圖 6 台北港數值地形圖

圖 7 台北港波高 6 公尺溢淹結果

圖 8 台北港 121 區域規模 9 地震引發海嘯對應之溢

淹機率

三、結果與討論

將所有區域各規模計算之海嘯發生次數期望

值與所有區域各規模地震引發海嘯對應之溢淹機率

相乘，可得台北港受研究區域海嘯風險評估機率。

表 4 發生海嘯地震且溢淹機率

台北港

50 年 2.96%

100 年 5.92%

四、結論

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最後計算結果，台北港受海嘯地震且造成溢淹

的機率，分別為未來 50 年 2.96%及未來 100 年 5.92%，

機率結果受到區域本身的海底以及陸地地形影響，

溢淹機率的定義：溢淹內陸 50 公尺及淹水 50 公分

也會影響結果，此定義考慮到實際應用，以較可能

造成災害的狀況為定義的標準。

謝誌本研究承蒙交通部運輸研究所經費之補助(編

號 MOTC-IOT-100-H3DB005c)使本研究得以順利

完成，謹致謝忱

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