解碼水利署官方資料：淡水河水系拓樸的 Python 萃取與 Mermaid 樹狀視覺化實踐#

在河流地學與 GIS 探索中，理解一條大河的「水系拓樸（River Network Topology）」是核心基石。拓樸關係告訴我們哪條溪是主流，哪條是支流，水流又是如何從小溪匯入大河，最終流向大海的。這不僅是空間幾何，更是史前先民定居、現代水利發電與防洪工程設計的底層邏輯。

為了取得最權威的拓樸定義，我找到了經濟部水利署（WRA）公佈的《台灣地區河川拓樸（112 年）》官方 PDF。然而，這份權威的資料僅以 PDF 表格形式存在，且在機器讀取時存在許多格式斷線與字元夾雜的坑。

這篇筆記記錄了我如何透過 Python 撰寫對合腳本，從二進位 PDF 中萃取出乾淨的樹狀結構，並以 Mermaid 語法自動繪製出淡水河完整流向拓樸的實踐過程。

🛠️ 技術挑戰與解題思路#

PDF 格式本質上是為了「視覺排版」而非「數據讀取」設計的，因此在進行數據萃取時，我們遇到了三個主要的實作挑戰：

挑戰 1：跨行文字斷線（Line-wrapping）#

在 PDF 轉換為純文字時，部分較長的河川名稱（例如：鶯歌溪(兔子坑溪排水)、暖暖溪（含東勢坑溪））會因為表格寬度限制而被強行折行：

鶯歌溪(兔子坑溪排
水) 114012 0@114000@114010@114012 Q16929506

這導致正則表達式在匹配時，會把第一行漏掉，而第二行則只匹配到 水) 作為河川名稱。

解法：在 Python 迴圈中建立一個 prefix 快取區。如果某一行沒有匹配到標準的代碼與拓樸格式，且結尾不是數字，就將其暫存為 prefix，並在下一行成功匹配時將其拼接回去。

挑戰 2：Unicode 正則匹配 bug（中文與拓樸代碼混淆）#

水利署的拓樸路徑是用 @ 符號串接河川代碼（例如：0@114000@114010@114011），而部分欄位結尾會黏連著中文備註，如 0@114000@114010@114011@11401C二鬮溪。在 Python 3 中，正則表達式 \w 預設會匹配 Unicode 字符（包括中文字）。因此 [\d@\w]+ 會直接將 二鬮溪 誤判為拓樸路徑的一部分。

解法：將拓樸路徑的正則規則從 [\d@\w]+ 剛性限制為英數與 @ 符號 [0-9a-zA-Z@]+。這能精確截斷拓樸邊界，並將剩餘的 二鬮溪 作為別名（Alias）自動括號歸併入河川名稱中，形成 麻園溪(二鬮溪)。

挑戰 3：過濾表格頁首雜訊#

PDF 跨頁時會重複出現表頭資訊，如 河川名稱河川代碼河川拓樸，這些非數據行如果不進行清洗，會被誤判為斷線名稱。

解法：在快取過濾中增加黑名單判斷，凡是包含「代碼」、「拓樸」、「維基」等字眼的行，一律跳過，不寫入 prefix 快取。

💻 核心 Python 萃取腳本#

以下是我們在本地 scratch 中運行並驗證通過的數據處理代碼片段：

import pypdf
import re
import json

# 1. 使用 pypdf 提取關鍵字頁面
reader = pypdf.PdfReader("wra_river_topology_112.pdf")
# 匹配規則：名稱 (Group 1)、代碼 (Group 2)、拓樸 (Group 3)、維基數據 (Group 4)
pattern = re.compile(r"^(.+?)\s+([A-Za-z0-9]+)\s+([0-9a-zA-Z@]+)(?:\s+(Q\d+))?")

river_list = []
prefix = ""

for page in reader.pages:
    lines = page.extract_text().split("\n")
    for line in lines:
        line = line.strip()
        if not line or "河川" in line or "代碼" in line or line.isdigit():
            continue
            
        match = pattern.match(line)
        if match:
            name = (prefix + match.group(1).strip()).strip()
            remaining = line[match.end():].strip()
            if remaining:
                name = f"{name}({remaining})"  # 合併如二鬮溪等別名
                
            prefix = ""
            code = match.group(2).strip()
            topology = match.group(3).strip()
            
            # 僅提取淡水河水系 (代碼 114 開頭)
            if code.startswith("114"):
                river_list.append({
                    "name": name,
                    "code": code,
                    "topology": topology
                })
        else:
            if not re.search(r'\d+$', line):
                prefix = line

🌊 淡水河水系拓樸分析報告 (官方數據還原)#

經過 Python 腳本的精確解析，我們成功重建了淡水河（代碼 114000）的完整拓樸樹。

1. 水系樹狀階層結構#

淡水河 (代碼: 114000, 拓樸: 0@114000)
- 大漢溪 (代碼: 114010, 拓樸: 0@114000@114010)
  - 三峽溪 (代碼: 114011, 拓樸: 0@114000@114010@114011)
    - 大豹溪 (代碼: 11401B, 拓樸: 0@114000@114010@114011@11401B)
    - 麻園溪(二鬮溪) (代碼: 11401C, 拓樸: 0@114000@114010@114011@11401C)
    - 中埔溪 (代碼: 11401D, 拓樸: 0@114000@114010@114011@11401D)
    - 竹崙溪 (代碼: 11401E, 拓樸: 0@114000@114010@114011@11401E)
    - 竹坑溪 (代碼: 11401F, 拓樸: 0@114000@114010@114011@11401F)
    - 橫溪 (代碼: 11401G, 拓樸: 0@114000@114010@114011@11401G)
  - 鶯歌溪(兔子坑溪排水) (代碼: 114012, 拓樸: 0@114000@114010@114012)
  - 塔寮坑溪排水 (代碼: 114013, 拓樸: 0@114000@114010@114013)
  - 塔克金溪 (代碼: 114014, 拓樸: 0@114000@114010@114014)
  - 三光溪 (代碼: 114015, 拓樸: 0@114000@114010@114015)
  - 泰崗溪 (代碼: 114016, 拓樸: 0@114000@114010@114016)
  - 白石溪(薩克雅尖溪) (代碼: 114017, 拓樸: 0@114000@114010@114017)
  - 玉峰溪(馬里闊丸溪) (代碼: 114018, 拓樸: 0@114000@114010@114018)
  - 永福溪幹線 (代碼: 114019, 拓樸: 0@114000@114010@114019)
  - 街口溪幹線 (代碼: 11401A, 拓樸: 0@114000@114010@11401A)
  - 觀音溪幹線 (代碼: 11401H, 拓樸: 0@114000@114010@11401H)
  - 三坑溪幹線 (代碼: 11401I, 拓樸: 0@114000@114010@11401I)
  - 打鐵溪幹線 (代碼: 11401J, 拓樸: 0@114000@114010@11401J)
  - 二坪溪幹線 (代碼: 11401K, 拓樸: 0@114000@114010@11401K)
- 新店溪 (代碼: 114020, 拓樸: 0@114000@114020)
  - 南勢溪 (代碼: 114021, 拓樸: 0@114000@114020@114021)
    - 桶後溪 (代碼: 11402A, 拓樸: 0@114000@114020@114021@11402A)
    - 軋孔溪 (代碼: 11402P, 拓樸: 0@114000@114020@114021@11402P)
    - 大羅蘭溪 (代碼: 11402Q, 拓樸: 0@114000@114020@114021@11402Q)
  - 北勢溪 (代碼: 114022, 拓樸: 0@114000@114020@114022)
    - 後寮溪 (代碼: 11402B, 拓樸: 0@114000@114020@114022@11402B)
    - 溪尾寮溪 (代碼: 11402C, 拓樸: 0@114000@114020@114022@11402C)
    - 坪溪 (代碼: 11402D, 拓樸: 0@114000@114020@114022@11402D)
    - 灣潭溪 (代碼: 11402E, 拓樸: 0@114000@114020@114022@11402E)
    - 金瓜寮溪 (代碼: 11402F, 拓樸: 0@114000@114020@114022@11402F)
    - 石硿子溪 (代碼: 11402G, 拓樸: 0@114000@114020@114022@11402G)
    - 後坑溪 (代碼: 11402H, 拓樸: 0@114000@114020@114022@11402H)
    - 𩻸魚堀溪 (代碼: 11402O, 拓樸: 0@114000@114020@114022@11402O)
  - 景美溪 (代碼: 114023, 拓樸: 0@114000@114020@114023)
    - 烏塗溪 (代碼: 11402I, 拓樸: 0@114000@114020@114023@11402I)
    - 指南溪 (代碼: 11402J, 拓樸: 0@114000@114020@114023@11402J)
    - 老泉溪 (代碼: 11402K, 拓樸: 0@114000@114020@114023@11402K)
    - 無名溪 (代碼: 11402L, 拓樸: 0@114000@114020@114023@11402L)
    - 中間溪 (代碼: 11402M, 拓樸: 0@114000@114020@114023@11402M)
    - 永定溪 (代碼: 11402N, 拓樸: 0@114000@114020@114023@11402N)
  - 青潭溪 (代碼: 114024, 拓樸: 0@114000@114020@114024)
- 基隆河 (代碼: 114030, 拓樸: 0@114000@114030)
  - 暖暖溪（含東勢坑溪） (代碼: 114031, 拓樸: 0@114000@114030@114031)
  - 大武崙溪 (代碼: 114032, 拓樸: 0@114000@114030@114032)
  - 拔西猴溪 (代碼: 114033, 拓樸: 0@114000@114030@114033)
  - 瑪陵坑溪 (代碼: 114034, 拓樸: 0@114000@114030@114034)
  - 友蚋溪 (代碼: 114035, 拓樸: 0@114000@114030@114035)
  - 保長坑溪 (代碼: 114036, 拓樸: 0@114000@114030@114036)
  - 茄苳溪 (代碼: 114037, 拓樸: 0@114000@114030@114037)
  - 禮門溪 (代碼: 114038, 拓樸: 0@114000@114030@114038)
  - 智慧溪 (代碼: 114039, 拓樸: 0@114000@114030@114039)
  - 北港溪 (代碼: 11403A, 拓樸: 0@114000@114030@11403A)
  - 康誥坑溪 (代碼: 11403B, 拓樸: 0@114000@114030@11403B)
  - 下寮溪 (代碼: 11403C, 拓樸: 0@114000@114030@11403C)
  - 大坑溪排水 (代碼: 11403D, 拓樸: 0@114000@114030@11403D)
  - 四分溪 (代碼: 11403E, 拓樸: 0@114000@114030@11403E)
  - 草濫溪 (代碼: 11403F, 拓樸: 0@114000@114030@11403F)
  - 內溝溪排水 (代碼: 11403G, 拓樸: 0@114000@114030@11403G)
    - 安泰溪 (代碼: 11403R, 拓樸: 0@114000@114030@11403G@11403R)
  - 雙溪 (代碼: 11403H, 拓樸: 0@114000@114030@11403H)
    - 內雙溪 (代碼: 11403S, 拓樸: 0@114000@114030@11403H@11403S)
    - 外雙溪 (代碼: 11403T, 拓樸: 0@114000@114030@11403H@11403T)
    - 猴洞坑溪 (代碼: 11403U, 拓樸: 0@114000@114030@11403H@11403U)
  - 磺溪 (代碼: 11403I, 拓樸: 0@114000@114030@11403I)
  - 磺港溪 (代碼: 11403J, 拓樸: 0@114000@114030@11403J)
  - 貴子坑溪 (代碼: 11403K, 拓樸: 0@114000@114030@11403K)
  - 石厝坑溪 (代碼: 11403L, 拓樸: 0@114000@114030@11403L)
  - 拔下二溪 (代碼: 11403M, 拓樸: 0@114000@114030@11403M)
  - 關渡溪 (代碼: 11403N, 拓樸: 0@114000@114030@11403N)
  - 深澳坑溪排水 (代碼: 11403O, 拓樸: 0@114000@114030@11403O)
  - 大內坑溪排水 (代碼: 11403P, 拓樸: 0@114000@114030@11403P)

2. Mermaid 水文流向圖 (由上游流向下游)#

我們利用 graph BT（Bottom-Up，底端至頂端）繪製，能完美還原支流匯入主流、最終流向淡水河主流口的水文向心性：

用 mermaid.live 線上查看：
看起來，很多小溪沒弄進去。不知道這跟縣市管河川有沒有關係。

graph BT
    R_114010["大漢溪 (114010)"] ---> R_114000["淡水河 (114000)"]
    R_114011["三峽溪 (114011)"] ---> R_114010["大漢溪 (114010)"]
    R_11401B["大豹溪 (11401B)"] ---> R_114011["三峽溪 (114011)"]
    R_11401C["麻園溪(二鬮溪) (11401C)"] ---> R_114011["三峽溪 (114011)"]
    R_11401D["中埔溪 (11401D)"] ---> R_114011["三峽溪 (114011)"]
    R_11401E["竹崙溪 (11401E)"] ---> R_114011["三峽溪 (114011)"]
    R_11401F["竹坑溪 (11401F)"] ---> R_114011["三峽溪 (114011)"]
    R_11401G["橫溪 (11401G)"] ---> R_114011["三峽溪 (114011)"]
    R_114012["鶯歌溪(兔子坑溪排水) (114012)"] ---> R_114010["大漢溪 (114010)"]
    R_114013["塔寮坑溪排水 (114013)"] ---> R_114010["大漢溪 (114010)"]
    R_114014["塔克金溪 (114014)"] ---> R_114010["大漢溪 (114010)"]
    R_114015["三光溪 (114015)"] ---> R_114010["大漢溪 (114010)"]
    R_114016["泰崗溪 (114016)"] ---> R_114010["大漢溪 (114010)"]
    R_114017["白石溪(薩克雅尖溪) (114017)"] ---> R_114010["大漢溪 (114010)"]
    R_114018["玉峰溪(馬里闊丸溪) (114018)"] ---> R_114010["大漢溪 (114010)"]
    R_114019["永福溪幹線 (114019)"] ---> R_114010["大漢溪 (114010)"]
    R_11401A["街口溪幹線 (11401A)"] ---> R_114010["大漢溪 (114010)"]
    R_11401H["觀音溪幹線 (11401H)"] ---> R_114010["大漢溪 (114010)"]
    R_11401I["三坑溪幹線 (11401I)"] ---> R_114010["大漢溪 (114010)"]
    R_11401J["打鐵溪幹線 (11401J)"] ---> R_114010["大漢溪 (114010)"]
    R_11401K["二坪溪幹線 (11401K)"] ---> R_114010["大漢溪 (114010)"]
    R_114020["新店溪 (114020)"] ---> R_114000["淡水河 (114000)"]
    R_114021["南勢溪 (114021)"] ---> R_114020["新店溪 (114020)"]
    R_11402A["桶後溪 (11402A)"] ---> R_114021["南勢溪 (114021)"]
    R_11402P["軋孔溪 (11402P)"] ---> R_114021["南勢溪 (114021)"]
    R_11402Q["大羅蘭溪 (11402Q)"] ---> R_114021["南勢溪 (114021)"]
    R_114022["北勢溪 (114022)"] ---> R_114020["新店溪 (114020)"]
    R_11402B["後寮溪 (11402B)"] ---> R_114022["北勢溪 (114022)"]
    R_11402C["溪尾寮溪 (11402C)"] ---> R_114022["北勢溪 (114022)"]
    R_11402D["坪溪 (11402D)"] ---> R_114022["北勢溪 (114022)"]
    R_11402E["灣潭溪 (11402E)"] ---> R_114022["北勢溪 (114022)"]
    R_11402F["金瓜寮溪 (11402F)"] ---> R_114022["北勢溪 (114022)"]
    R_11402G["石硿子溪 (11402G)"] ---> R_114022["北勢溪 (114022)"]
    R_11402H["後坑溪 (11402H)"] ---> R_114022["北勢溪 (114022)"]
    R_11402O["𩻸魚堀溪 (11402O)"] ---> R_114022["北勢溪 (114022)"]
    R_114023["景美溪 (114023)"] ---> R_114020["新店溪 (114020)"]
    R_11402I["烏塗溪 (11402I)"] ---> R_114023["景美溪 (114023)"]
    R_11402J["指南溪 (11402J)"] ---> R_114023["景美溪 (114023)"]
    R_11402K["老泉溪 (11402K)"] ---> R_114023["景美溪 (114023)"]
    R_11402L["無名溪 (11402L)"] ---> R_114023["景美溪 (114023)"]
    R_11402M["中間溪 (11402M)"] ---> R_114023["景美溪 (114023)"]
    R_11402N["永定溪 (11402N)"] ---> R_114023["景美溪 (114023)"]
    R_114024["青潭溪 (114024)"] ---> R_114020["新店溪 (114020)"]
    R_114030["基隆河 (114030)"] ---> R_114000["淡水河 (114000)"]
    R_114031["暖暖溪（含東勢坑溪） (114031)"] ---> R_114030["基隆河 (114030)"]
    R_114032["大武崙溪 (114032)"] ---> R_114030["基隆河 (114030)"]
    R_114033["拔西猴溪 (114033)"] ---> R_114030["基隆河 (114030)"]
    R_114034["瑪陵坑溪 (114034)"] ---> R_114030["基隆河 (114030)"]
    R_114035["友蚋溪 (114035)"] ---> R_114030["基隆河 (114030)"]
    R_114036["保長坑溪 (114036)"] ---> R_114030["基隆河 (114030)"]
    R_114037["茄苳溪 (114037)"] ---> R_114030["基隆河 (114030)"]
    R_114038["禮門溪 (114038)"] ---> R_114030["基隆河 (114030)"]
    R_114039["智慧溪 (114039)"] ---> R_114030["基隆河 (114030)"]
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    R_11403B["康誥坑溪 (11403B)"] ---> R_114030["基隆河 (114030)"]
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    R_11403K["貴子坑溪 (11403K)"] ---> R_114030["基隆河 (114030)"]
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    R_11403N["關渡溪 (11403N)"] ---> R_114030["基隆河 (114030)"]
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    R_11403P["大內坑溪排水 (11403P)"] ---> R_114030["基隆河 (114030)"]

🔗 官民大整合：淡水河流域完整拓樸整合版 (WRA-Civ)#

為了解決官方拓樸資料庫在細微溪谷與山區野溪上的缺失，我們將水利署官方的 74 條權威拓樸河段，與社群第一階段及第二階段深度下鑽擴充的 34 條民間 WRA-Civ 拓樸子流進行了全面大對合。

歷程參考：官方拓樸跟官民合併（本文）->民間編碼與南勢溪補充->淡水河補充＋二階溪流->合併

這份整合圖（共計 108 條水系節點）以 graph TD 樹狀分支視角，完整還原了淡水河從主流、主要支流（大漢溪、新店溪、基隆河）、二級官方支流，一路下鑽至三級、四級民間微細末梢野溪（如處女瀑布源流 11401B-C01-C01、哈盆古道露門溪 114021-C06）的完整階層脈絡：

mermaid.live 可視化

graph TD
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    class R_114036_C01,R_11402A_C01,R_114021_C05,R_114021_C06,R_11402F_C01,R_11402E_C01,R_11402E_C02,R_11401B_C03 civilian;
    class R_11401B_C01_C01,R_114018_C01 civilian;

AI 協作聲明：本文由筆者提供原始遊記草稿與心情隨筆，由 AI 助手 Antigravity 彙整架構與修辭。結合了 WalkGIS 的地理紀錄特點與哈爸筆記的敘事風格，展現人機協作下的流域探索成果。中英文與數字間保留半形空格，完美紀錄現場實遊軌跡。

解碼水利署官方資料：淡水河水系拓樸的 Python 萃取與 Mermaid 樹狀視覺化實踐##

🛠️ 技術挑戰與解題思路##

挑戰 1：跨行文字斷線（Line-wrapping）##

挑戰 2：Unicode 正則匹配 bug（中文與拓樸代碼混淆）##

挑戰 3：過濾表格頁首雜訊##

💻 核心 Python 萃取腳本##

🌊 淡水河水系拓樸分析報告 (官方數據還原)##

1. 水系樹狀階層結構##

2. Mermaid 水文流向圖 (由上游流向下游)##

🔗 官民大整合：淡水河流域完整拓樸整合版 (WRA-Civ)##

📖 延伸閱讀（相關筆記）