童慶斌臺灣大學：生物環境系統工程學研究所林嘉佑Lin, Chia-YuChia-YuLin2007-11-272018-06-292007-11-272018-06-292005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/55959水質模式常被應用於分析涵容能力與水質管理計畫，QUAL2E模式為最常被採用之水質模式。本研究應用模擬退火法於QUAL2E水質模式參數最佳化之研究，並以頭前溪流域為研究區域，希望憑藉模擬退火法之搜尋能力，從眾多參數組合中，優選最適合研究區域之水質參數。本研究提出一簡易流量修正方式，以下游監測站之流量資料作為依據，對上游流量資料進行修正工作，使研究區域達成流量平衡。在實際參數優選工作上，本研究將研究區域分為三種不同的分區優選模式參數，並比較不同參數分區下參數優選與水質模擬結果之差距。經由本研究之結果顯示，模擬退火法確實具有優選水質模式參數之能力，能夠以模擬水質與實際觀測值之差值為依據，優選模式最佳化參數，且優選所得之參數，亦能合理的預測研究區域之水質濃度。Water quality model is often used in developing pollution control plan and estimating the assimilative capacity. The QUAL2E is one of the most favorite water quality models. This study applies simulated annealing to optimize parameters of the QUAL2E model. The TouChen creek is chosen as a study area. For letting the model reaching water balance, the study proposes a measure to adjust the flow data before optimizing the parameters. In the process of parameter optimization, the study area is divided into three kinds of zonations and the results of different zonations are compared. According to the results, simulated annealing can successfully and efficiently identify parameters for the QUAL2E. The QUAL2E with optimized parameters can predict water quality reasonably.中文摘要 Ⅰ 英文摘要 Ⅱ 目錄 Ⅲ 表次 Ⅴ 圖次 Ⅶ 第一章 緒論 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究方法 2 1.3 研究流程 5 1.4 章節介紹 5 第二章 文獻回顧 2.1水質模式相關文獻 7 2.2啟發式演算法相關文獻 9 第三章 QUAL2E模式 3.1 模式簡介 12 3.2 模式計算方式與限制 13 3.3 模式理論 14 3.4 模式參數 16 3.5 QUAL2E模式之流量修正 28 第四章 模擬退火法之介紹 4.1模擬退火法之理論基礎 39 4.2模擬退火法之簡例應用 47 第五章 實例應用 5.1 研究區域介紹 61 5.2 QUAL2E模式之建立 64 5.3 模擬退火法之設定 70 5.4 模擬結果與討論 73 5.5研究區域上游與下游之水質模擬建議 79 第六章 結論與建議 6.1 QUAL2E模式之流量修正 81 6.2 QUAL2E之參數優選 82 參考文獻 85 表次 表3-1 QUAL2E預設之溫度修正係數θ值 18 表3-2 不同污水處理等級下之K1範圍 21 表3-3 K1 建議值(20℃) 21 表3-4 K2 之建議值(20℃) 23 表3-5 不同底部型態之SOD之值 25 表3-6 BOD與DO反應速率常數模式建議值 25 表3-7兩種流量修正方案之結果比較 31 表3-8 頭前溪1996年之平均流量資料 35 表3-9 頭前溪流域取水口位置圖 35 表3-10 頭前溪流域之灌溉圳路取水口資料 35 表4-1 簡例河川源頭流量與水質資料 49 表4-2 各河段之參數假設資料 51 表4-3 各水質測站之BOD、DO濃度監測值 52 表4-4 不同初始解之優選結果 55 表4-5 受不同程度擾動下之優選結果 58 表4-6 受1%擾動下之參數優選結果 58 表4-7 受2%擾動下之參數優選結果 58 表4-8 受3%擾動下之參數優選結果 59 表5-1 各測站水質之水質標準： 64 表5-2 河段劃分結果 64 表5-3 設計流量資料 66 表5-4 設計水溫資料 66 表5-5 懸浮物質平均濃度 67 表5-6 各河段曝氣係數採用值 68 表5-7 各河段曼寧係數採用值 69 表5-8 各河段流況係數之值 70 表5-9 研究區域點排放源資料 70 表5-10 優選參數之範圍與移步距離 72 圖次 圖1-1 流量修正簡易流程 3 圖1-2 參數優選流程 4 圖1-3 本研究之架構 5 圖2-1 非線性模式示意圖 10 圖3-1 QUAL2E河川分段與計算單元示意圖 14 圖3-2 BOD衰減示意圖 19 圖3-3 河川流量平衡示意圖 30 圖3-4 QUAL2E流量修正流程圖 33 圖3-5頭前溪流域流量監測站 34 圖3-6 模擬流量與觀測流量比較 35 圖3-7 模擬流量與修正流量比較 36 圖4-1退火過程示意圖 41 圖4-2 模擬退火法演算流程圖 48 圖4-3模擬退火法應用簡例流程 49 圖4-4簡例河川示意圖 50 圖4-5簡例河川主流DO濃度 51 圖4-6簡例河川主流BOD濃度 52 圖4-7模式演算流程圖 54 圖4-8-(a) 第一次搜尋之搜尋次數與目標函數示意圖 55 圖4-8-(b) 第二次搜尋之搜尋次數與目標函數示意圖 55 圖4-8-(c) 第三次搜尋之搜尋次數與目標函數示意圖 56 圖4-8-(d) 第四次搜尋之搜尋次數與目標函數示意圖 56 圖4-8-(e) 第五次搜尋之搜尋次數與目標函數示意圖 56 圖4-9迭代次數與目前最佳解關係圖 57 圖5-1 頭前溪流域水質監測站 62 圖5-2 頭前溪歷年DO濃度變化圖 63 圖5-3 頭前溪歷年BOD濃度化圖 63 圖5-4 河段與計算單元劃分圖 65 圖5-5 頭前溪歷年SS濃度變化圖 67 圖5-6 1995年頭前溪流量修正結果 74 圖5-7 1998年頭前溪流量修正結果 74 圖5-8 1995年頭前溪主流BOD模擬濃度 75 圖5-9 1995年年頭前溪主流DO模擬濃度 75 圖5-10 1998年頭前溪主流BOD模擬濃度驗證 77 圖5-11 1998年頭前溪主流DO模擬濃度驗證 771228073 bytesapplication/pdfen-US模擬退火法QUAL2E水質模式反算分析參數優選Simulated AnnealingWater Quality ModelInverse AnalysisParameter Optimization[SDGs]SDG11thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/55959/1/ntu-94-R92622013-1.pdf