(1)強降雨情況下之水庫集水區崩塌預測與土壤沖蝕分析
近年頻繁發生嚴重乾旱與強降雨事件，加劇台灣水庫營運管理的難度。乾旱後的集中暴雨通常會增加水庫的土壤沖蝕與泥砂淤積，從而縮短水庫的使用壽命。若擬採用工程措施緩解水庫淤積，工程師需要評估經由土壤沖蝕與坡面崩塌所產生泥砂進入水庫的總量。土壤沖蝕是快速地表逕流所引致的表層土壤移動，崩塌則是由於飽和土層水位上升，導致未飽和土層阻力降低，而產生規模較大的山坡位移。若水庫集水區上游未能有效控制土壤沖蝕與邊坡崩塌，大量的土砂進入庫區將影響水質，同時細顆粒泥砂將淤積於近壩址區域，減少水庫蓄水體積，縮短水庫使用年限。因此，若能建立良好的土壤沖蝕模式，正確估計土壤沖蝕量，同時能夠進行崩塌預測，有效控制土砂進入水庫蓄水區域，將有助於集水區經營管理，而對於生態與水土資源保育有所助益。
考量早期水文學家雖然發展許多土壤沖蝕經驗公式，但此類型的經驗公式應用於不同水文與地文狀況集水區，其適用性仍有待商榷。此外，目前的崩塌預測模式的主流，乃是以崩塌紀錄配合雨量值進行迴歸分析為主，此種以臨界雨量值進行崩塌預測的方式，仍不免受限於崩塌紀錄多寡，以及當地水文與地文特性的限制。因此本團隊將將修正Beven and Kirkby (1979)理論，建立集水區逕流模式。此模式的特點在於能夠同時模擬地表逕流與地表下逕流特性，同時即時反應飽和土層的水位升降。土壤沖蝕模擬機制，將模擬降雨與逕流所導致的土壤顆粒分離作用，應用零慣性波理論配合MacCormack二階數值差分方式，建立逕流演算與土壤沖蝕演算機制，藉以模擬暴雨期間的土壤沖蝕情形。而於崩塌預測分析部分，則藉由前述Beven and Kirkby (1979)理論分析所得的地下水位升降，配合坡面穩定分析，以判定降雨時期坡面崩塌的風險。本研究將以臺灣北部大漢溪集水區上游石門水庫為研究地區，建立全區域的土壤沖蝕模式，藉以估計水庫因土壤沖蝕作用而進入庫區的泥砂量。此外，研究中將篩選出具有高崩塌潛勢的坡面或是次集水區，配合區域內即時降雨回傳紀錄，以及中央氣象局降雨預測資訊，進行即時崩塌預測，藉以評估長、短期水庫泥砂沉積情形。
本團隊亦將結合即時降雨資訊，建立水庫集水區土壤沖蝕與坡面崩塌演算機制，並建置系列分析規劃步驟，提供泥砂整體防治措施，以期能夠作為台灣水庫集水區防砂治理參考應用。
(2)氣候變遷下基隆市智慧防災之應用
依據氣候變遷第六次評估報告(The Synthesis Report of the Sixth Assessment Report, AR6, IPCC)重點摘錄與臺灣氣候變遷衝擊評析更新報告說明，全球氣候變遷衝擊與挑戰包含溫度變化趨勢及衝擊的升溫情境、降雨變化趨勢及豐枯差異增加之衝擊、颱風變化趨勢及衝擊，以及海平面變化趨勢及衝擊。近年來臺灣受全球極端氣候變遷影響，氣象災害規模、強度及影響範圍，均較以往顯著，當強降雨短延時氣象事件發生時，雨水入滲至邊坡進而改變土壤材料之特性，包含孔隙水壓增加、土壤單位重增加、凝聚力降低以及剪力強度降低，此時邊坡則產生穩定性問題，亦容易發生坡地災害如順向坡、岩體滑動、岩屑崩滑或落石等坡地災害。臺灣山坡地約占全島百分之七十，許多建築基礎設施依山而建，因應氣候變遷影響愈加劇烈，強降雨事件頻率及強度皆提高，除須考量邊坡基礎承載力，亦須考慮邊坡穩定性問題，包含常見之坡地災害如土石流、落石與順向坡滑動，對於鄰近坡地地區居民之安全性。因應氣候變遷對於坡地災害高風險區域之災害衝擊影響，本團隊藉由彙整坡地災害危害度因子探討引致坡地災害原因，並結合大數據與資料探勘分析技術，發展坡地災害風險評估模式，以建置氣候變遷下智慧防災技術。
本研究以基隆市為研究區域，以地理資訊系統(geographic information system, GIS)作為基隆市智慧防災基礎資料盤點及資料庫建置之分析工具，將大數據資料管理整合，並進行資料蒐集、輸入、轉換、處理、管理、分析及成果輸出和展示，以完成基隆市智慧防災基礎資料庫建置，並以新穎大數據分析技術應用於基隆市研究區域，建置基隆市智慧災害風險評估模式，以利後續利用大數據分析模式以進行氣候變遷下基隆市智慧防災風險分析。本研究計畫成果預期除對於氣候變遷對於災害高風險區災害治理及管理有所貢獻，亦探討因應氣候變遷對於基隆市智慧防災調適及應變能力。
於國際化面向，本研究計畫多年與基隆市政府共同推動災害防救國際合作，於2018年曾與基隆市政府共同推動災害防救國際合作拜訪日本東京都內務部災害管理局，於2019年曾與基隆市副市長共同推動災害防救國際合作拜訪日本靜岡縣知事，多次拜訪日本靜岡縣政府並促成兩邊正式外交互訪，推動基隆市災害防救國際合作交流。另本研究團隊以大數據分析技術應用於智慧防災之創新研究成果，已發表數篇SCIE國際期刊論文並收錄於Q1與Q2之高影響因子期刊(Liu et al., 2017; Ku et al., 2018; Khoirunisa, Ku and Liu, 2021; Ku, Liu and Tsai, 2022; Ku et al., 2022)，於2022年更有發表於排名3 %之高影響因子Engineering with Computers之頂尖國際期刊(Ku et al., 2022)。
- Ku, C. Y., Hong, L. D., Liu, C. Y., & Xiao, J. E. (2022). Space–time polyharmonic radial polynomial basis functions for modeling saturated and unsaturated flows. Engineering with Computers, 38(6), 4947-4960. https://doi.org/10.1007/s00366-021-01519-z (SCIE, IF 7.963, Q1, 4/133 (3%) in ENGINEER-ING, MECHANICAL, JCR 2020)
- Ku, C. Y., Liu, C. Y., & Tsai, F. T. C. (2022). A Novel Radial Basis Function Approach for Infiltration-Induced Landslides in Unsaturated Soils. Water, 14(7), 1036. https://doi.org/10.3390/w14071036 (SCIE, IF 3.103, Q2, 39/98 (39%) in WATER RESOURCES, JCR 2020)
- Khoirunisa, N., Ku, C. Y., & Liu, C. Y. (2021). A GIS-based artificial neural network model for flood susceptibility assessment. International Journal of Environmental Research and Public Health, 18(3), 1072. (SCIE, IF 3.390, Q1, 41/176 (23%) in PUBLIC, ENVIRONMENTAL & OCCUPATIONAL HEALTH, JCR 2020) https://doi.org/10.3390/ijerph18031072
- Ku, C. Y., Liu, C. Y., Su, Y., & Xiao, J. E. (2018). Modeling of transient flow in unsaturated geomaterials for rainfall-induced landslides using a novel spacetime collocation method. Geofluids, 2018. (SCIE, IF 2.176, Q2, 14/48 (28%) in GEOLOGY, JCR 2020) https://doi.org/10.1155/2018/7892789
- Liu, C. Y., Ku, C. Y., Xiao, J. E., Huang, C. C., & Hsu, S. M. (2017). Numerical modeling of unsaturated layered soil for rainfall-induced shallow landslides. Journal of Environmental Engineering and Landscape Management, 25(4), 329-341. (IF 1.373, Q4, 241/274 in ENVIRONMENTAL SCIENCES, JCR 2020) https://doi.org/10.3846/16486897.2017.1326925
(3)在地滯洪洪水資源化可行性評估
近經濟部水利署以符合自然解決方案（NBS，Nature Based Solution）的精神，提出「在地滯洪」非工程策略理念，以高程管理及逕流分擔方法，就排水集水區附近之易淹水農田區，以高程管理及農田源頭暫存概念，將可耐淹之農田區域劃入洪氾區，並適當利用田埂加高等方式，以源頭蓄留策略，允許雨水先暫留農田，避免太多雨水逕流快速集中於渠道，分擔逕流以減輕保全對象(村落)之淹水災害。
近年除氣候變遷造成極端強降雨帶來的災害之外，地下水逐漸枯竭的問題也逐漸浮上檯面。台灣部分地區自來水供水管尚未普及，係透過淺水井汲取地下水即成為當地居民賴以為生的取水方式，近年來每逢枯水季就發生水井枯竭等問題，對民生及農業造成嚴重影響。然「地底下本為大蓄水庫，如何善用我們的地下水庫（making better use of our largest reservoir）是聯合國教科文組織的研究所提出之本世紀蓄水空間新思維，故本團隊配合國內在地滯洪推動政策，擬進一步研究在地滯洪與地下水補注關聯性，探討農地蓄水入滲之效果及補注可行性，並進行地下水資源利用評估，同時達到補注地下水的目的，進而達到洪水資源化的目標。
任何水資源的開發都將同時取用並影響地面水及地下水系統，其所造成的衝擊影響有賴科學性量化評估。同時面對氣候變遷及水資源開發的壓力，除了地面水庫及地下水抽水外，仍需有合適之水資源調適措施，才能合理的應用水資源，讓水資源得以永續利用。透過本研究可評估在地滯洪淹水改善並將洪水資源化，將洪水透過入滲補注到地下含水層，規劃地下水資源利用，建立一套完整的區域穩定供水與減緩洪水衝擊策略，以及對應之科學性評估工具，提供作為台灣水資源管理的重要參考。成果未來可優先推廣於屏東平原等自來水管線未普及之區域，有效調配水資源並減輕衝擊影響，增加土地價值，促進國家的經濟發展。