徐年盛臺灣大學：土木工程學研究所林宥成Lin, Yu-ChengYu-ChengLin2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50111本研究首先對各可靠度之系統配置方式及其計算方式加以分類比較。因傳統二元分類法未考量實際運用時水權及水量等因素，因此本研究採用多元系統可靠度（multi-state system），以求得符合實際狀況且較為保守之可靠度指標。 本研究利用混合整數線性規劃（MILP）優選模式結合最小切集法（minimum cut-set）建立之最小切集合搜尋模式，以實際流量、需水量條件，考慮水量之豐枯、水權大小及水庫操作規則等各條件影響，依實際之背景資料加以求解。首先，本研究將依研究地區水資源資料與水資源設施架構圖建立該區之供水系統優選模式。其次，由『最小切集法』配合混合整數線性規劃優選模式以「逐案優選之模擬模式」方法，求得系統中所有最小切集合。在系統中定義所有最小切集合管路為『關鍵管路』，並定各關鍵管路之使用年限之倒數為其破壞機率，以求得多元系統可靠度。 本研究依新竹地區水資源系統網絡架構圖及其水文資料，並考慮水庫蒸發損失等問題，依本研究建立之多元系統可靠度求解流程，以商業軟體LINGO逐案優選計算，將可求得新竹地區水利設施多元系統可靠度。本模式求解出新竹地區之多元系統可靠度Rm = 98.33(%)；但在關鍵管路方面，本研究求得管路[X2]、[X21]、[X22]、[X27]、[X35]、[X32,X39]等管路集合遭破壞時，將嚴重影響新竹地區公共用水輸送，而管路[X3]、[X12]、[X15]、[X18]、[X25]、[X27]、[X29]、[X31]等關鍵管路破壞時，將造成新竹地區農業用水在某些時刻無法供應水源至需水灌區。因此有關單位可參考此分析結果，與研究中探討防制關鍵管路破壞之方法，對關鍵管路加以保護，以防止缺水情形發生。致謝………………………………………………………………………………… 壹 摘要………………………………………………………………………………… 貳 目錄………………………………………………………………………………… 參 表錄………………………………………………………………………………… 肆 圖錄………………………………………………………………………………… 伍 第一章 緒論……………………………………………………………………… 1 1.1研究動機………………………………………………………………… 1 1.2文獻回顧………………………………………………………………… 1 1.3研究目的………………………………………………………………… 4 1.4研究內容………………………………………………………………… 5 第二章 二元系統設施可靠度估算及其與多元系統之比較…………………… 6 2.1二元系統元件配置方式及其可靠度估算……………………………… 6 2.2最小切集法概述………………………………………………………… 8 2.3二元系統與多元系統之比較…………………………………………… 12 第三章 優選模式之建立………………………………………………………… 17 3.1網流系統元件符號之定義……………………………………………… 17 3.2供水系統之網路化……………………………………………………… 19 3.3優選模式之公式化……………………………………………………… 21 第四章 多元系統設施可靠度估算方法之建立………………………………… 27 4.1最小切集合管路搜尋…………………………………………………… 27 4.2多元系統可靠度求解…………………………………………………… 28 第五章 多元系統設施可靠度估算方法之應用………………………………… 31 5.1新竹地區區域概述……………………………………………………… 32 5.2新竹地區優選模式之建立……………………………………………… 47 5.3新竹地區水資源可靠度分析…………………………………………… 55 第六章 結論與建議……………………………………………………………… 67 6.1結論……………………………………………………………………… 67 6.2建議……………………………………………………………………… 68 參考文獻…………………………………………………………………………… 69 委員意見與回覆…………………………………………………………………… 72 表錄 表2-1最小切集法應用範例介紹表……………………………………………… 10 表2-2二元與多元系統差異比較表……………………………………………… 16 表5-1新竹區域現有蒸發站之平均蒸發量……………………………………… 40 表5-2新竹區域現有雨量站之平均降雨量……………………………………… 40 表5-3新竹地區現有流量站之平均流量………………………………………… 41 表5-4新竹地區現有水庫基本資料……………………………………………… 41 表5-5新竹地區重要淨水廠設計出水容量一覽表……………………………… 43 表5-6新竹地區民生給水之需求水量…………………………………………… 43 表5-7新竹系統既有、開發及已編定之工業用水需求…………………………… 44 表5-8鳳山灌區農業用水量……………………………………………………… 44 表5-9芎林灌區農業用水量……………………………………………………… 44 表5-10竹北灌區農業用水量……………………………………………………… 45 表5-11橫山灌區農業用水量……………………………………………………… 45 表5-12竹東灌區農業用水量……………………………………………………… 45 表5-13竹東圳灌區農業用水量…………………………………………………… 46 表5-14寶山、寶二水庫歷年蒸發量統計表……………………………………… 46 表5-15權重係數表………………………………………………………………… 48 表5-16新竹地區之關鍵管路與多元系統可靠度………………………………… 56 表5-17新竹地區95年供水穩定度及旬缺水指數(SI)表(管路無破壞)………… 58 表5-18新竹地區關鍵管路破壞後公共用水供水情況…………………………… 59 表5-19新竹地區關鍵管路破壞後農業用水供水情況(1/3)……………………… 60 表5-20新竹地區關鍵管路破壞後農業用水供水情況(2/3)……………………… 62 表5-21 新竹地區關鍵管路破壞後農業用水供水情況(3/3)…………………… 64 圖錄 圖2-1串聯系統示意圖…………………………………………………………… 7 圖2-2並聯系統示意圖…………………………………………………………… 7 圖2-3串並聯混合系統示意圖…………………………………………………… 8圖2-4簡易供水系統示意圖……………………………………………………… 10 圖2-5簡易供水系統破壞示意圖………………………………………………… 12 圖2-6（a）簡易水利設施系統示意圖…………………………………………… 13 圖2-6（b）管線2破壞時水利設施系統運作示意圖…………………………… 14 圖2-6（c）管線1破壞並考慮實際用水狀況示意圖…………………………… 15 圖3-1水利設施網流系統圖各元件之符號定義………………………………… 18 圖3-2系統與節點類別示意圖…………………………………………………… 19 圖3-3區域性水資源供需系統網路結構示意圖………………………………… 20 圖3-4水庫操作規線示意圖……………………………………………………… 26 圖3-5水庫蓄水量-表面積關係示意圖…………………………………………… 26 圖4-1最小切集管路(關鍵管路)之搜尋流程…………………………………… 28 圖5-1多元系統設施可靠度估算流程示意圖…………………………………… 31 圖5-2鳳山溪水系地理圖………………………………………………………… 33 圖5-3頭前溪水系地理圖………………………………………………………… 34 圖5-4寶二水庫供水範圍示意圖………………………………………………… 37 圖5-5寶山、寶二水庫設施位置圖……………………………………………… 37 圖5-6寶山水庫之特性曲線(高程—體積—面積)……………………………… 42 圖5-7寶二水庫之特性曲線(高程—體積—面積)……………………………… 42 圖5-8新竹地區系統架構編碼圖………………………………………………… 51 圖5-9關鍵管路破壞對公共用水之影響………………………………………… 59 圖5-10關鍵管路破壞對農業用水之影響（鳳山灌區）……………………… 61 圖5-11關鍵管路破壞對農業用水之影響（芎林灌區）……………………… 61 圖5-12關鍵管路破壞對農業用水之影響（竹北灌區）……………………… 63 圖5-13關鍵管路破壞對農業用水之影響（橫山灌區）……………………… 63 圖5-14關鍵管路破壞對農業用水之影響（竹東灌區）……………………… 64 圖5-15關鍵管路破壞對農業用水之影響（竹東圳灌區）…………………… 652564179 bytesapplication/pdfen-US多元系統最小切集法可靠度multi-state systemminimum cut-setreliabilitythesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/50111/1/ntu-95-R93521324-1.pdf