徐年盛臺灣大學：土木工程學研究所劉建宏2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50468近年來臺灣地區工商發展迅速，以及人口快速增加，對水資源的需求是日益高漲。然臺灣地區因為河川的坡度陡峭，另一方面因為年雨量不平均的問題，因此在枯水期間時常會有缺水的問題發生，於是興建水庫貯蓄豐水期的水量以供枯水時期的供水調配，便成為一個解決缺水問題的重要方式。但是因為良好適合開發的壩址多已興建水庫，新的壩址稀少難尋，因此如何就現有水庫水資源做更有效的利用，就成了當前重要的課題。 水庫的供水標的可分為防洪、發電、灌溉、或公共用水等各方面的需求，根據不同的標的而有不同的操作原則，目前最常使用之原則為規線操作的方式，即依據訂定的上限、下限或是嚴重下限，在不同的時期依照所對應的蓄水量(或水位)來決定水庫供水為全額供水或是打折供水，以預先打折供水的方式，避免在枯水季節發生缺水集中或導致無水可用的情況。 本研究之目的在建立一最佳操作軌跡機率法，以供制定水庫操作規線之用。本研究所建立之方法首先須建立水庫供水優選模式以優選出水庫在最佳供水操作狀態下的水庫蓄水軌跡，而後將各旬之歷年軌跡依大小排序後，經過蓄水量之頻率分析，選訂相同超越機率之各旬蓄水軌跡連線作為水庫操作規線之候選規線；針對不同超越機率組合之候選規線進行供水模擬；再以旬缺水指數、總缺水率最小之目標函數下，選定最佳之結果做為水庫操作規線之建議規線，最後在已知規線之情況下，優選最佳之打折率。 本研究將所建立之模式實際應用於臺灣地區苗栗縣境內天花湖水庫供水系統以彰顯本模式之實用性。本研究將綜合以往調查、分析、評估及規劃成果，利用歷史流量(1956~2003共48年)之分析，建立合乎本區域供水需求之天花湖水庫操作規線，並優選最佳之打折率，經比較所建立之操作規線與原設計規線後，其結果顯示前者之目標值(旬缺水指數與總缺水率之和)較小，因此本研究之方法可求得較佳之規線。致謝……………………………………………………………………壹 摘要……………………………………………………………………貳 目錄……………………………………………………………………參 表目錄……………………………………………………………....伍 圖目錄………………………………………………………….…...陸 第一章 緒論…………………………………………………………1 1-1 研究動機……………………………………………………...1 1-2 文獻回顧………………………………………………………...2 1-3 研究目的……………………………………………………...8 1-4 研究方法與流程………………………………………………….9 第二章 水庫操作規線之特性討論…………………………………11 2-1 水庫系統分類………………………………………11 2-2 水庫操作規線與打折供水…………………………12 2-3 限水及合理運用水資源……………………………14 第三章 研究方法…………………………………………………16 3-1 網流法架構…………………………………………16 3-2 最佳操作軌跡機率法制定水庫運用規線…………26 3-3 最佳操作蓄水量軌跡之頻率分析…………………30 3-4 點繪法決定候選規線……………………………………………38 3-5 水庫操作模擬模式………………………………………………39 3-6 已知水庫操作規線之優選模式求解最佳打折..………………40 第四章 模式應用……………………………………………………45 4-1 研究區域概述………………………………………45 4-2 研究區域最佳操作優選模式………………………53 4-3 模式應用結果………………………………………61 4-4 已知規線情況下優選打折率之結..…………….………….69 第五章 結論與建議………………………………………………71 5-1 結論…………………………………………………71 5-2 建議…………………………………………………71 參考文獻 ……………………………………………………………73 附錄一…………………………………………………………………76 附錄二…………………………………………………………………88 表目錄 表2-1 水庫系統分類表………………………. ………………….11 表2-2 天花湖水庫打折供水原則…………………………………15 表3-1 常態分佈的10%顯著水準單端離群資料檢測頻率因子數值32 表3-2 Kolmogorov-Smirnov 適合度檢測臨界值……….…….33 表3-3 K-S 檢定計算表……………………………………………36 表4-1 打鹿坑攔河堰下游所需之保留水量統計表………………50 表4-2 天花湖水庫運轉規線值……………………………………56 表4-3 天花湖水庫水位－面積－容積關係表……………………57 表4-4 不同目標之權重係數………………………………………58 表4-5 民生及工業用水之年需水量………………………………59 表4-6 天花湖水庫線性規劃優選模式之目標函數….………..60 表4-7 天花湖水庫線性規劃優選模式之限制式…………………60 表4-8 三種機率分佈第一旬之K-S檢定比較表……………………62 表4-9 優選規線與原規線比較表………………..………………64 表4-10 供水指標較原設計規線為佳之20組規線之各項指標值….66 表4-11 不同目標函數組合求得之規線模擬結果比較……………68 表4-12 不同目標函數組合求得之規線模擬結果比較……………69 表4-13 優選法求得之打折率與試誤法求得之打折率比較表…..70 圖目錄 圖2-1 並聯水庫與串聯水庫………………………………………12 圖2-2 水庫構造與容量分區示意圖…………………………..….14 圖2-3 水庫操作規線示意圖………………………………………16 圖3-1 區域性水資源供需系統示意圖……………………………17 圖3-2 水庫j之容量分區定義示意圖………………………………19 圖3-3 水庫j之操作規線與打折供水率示意圖..…………………19 圖3-4 具水庫操作規線之網流架構圖……………………………20 圖3-5 水庫j之蓄水量—表面積關係圖………….………………24 圖3-6 最佳操作軌跡機率法制定水庫運用規線流程圖…………27 圖3-7 點繪法的示意圖……………………………………………39 圖4-1 後龍溪流域水系圖……………………………………….46 圖4-2 沙河溪流域概況圖………………………………….....47 圖4-3 下游保留水量與環保流量比較圖…….……...………..49 圖4-4 打鹿坑攔河堰之年水量及年可供越域引水水量…………51 圖4-5 天花湖水庫之旬蒸發深度…….……………….………….52 圖4-6 天花湖水庫平面位置圖………….…………………..…..54 圖4-7 天花湖水庫供水系統示意圖.…………………...………55 圖4-8 天花湖水庫運轉規線..............................56 圖4-9 水庫蓄水量－水面面積關係曲線……………………….58 圖4-10 天花湖水庫供水線性規劃模式圖……………..……59 圖4-11 天花湖水庫48年之最佳操作蓄水量軌跡線…………….61 圖4-12 常態分佈第一旬之K-S檢定點繪圖……….……………62 圖4-13 皮爾森第三型分佈第一旬之K-S檢定點繪圖……………..62 圖4-14 極端值分佈第一旬之K-S檢定點繪圖……….….……….63 圖4-15 建議規線與原規線之比較圖………………………………65 圖4-16 最佳操作規線之下限修正上下界示意圖…………………66 圖4-17 最佳操作規線之嚴重下限修正上下界示意圖………..…67 圖4-18 經平滑化後之建議規線示意圖……………………………682335790 bytesapplication/pdfen-US優選模式水庫操作規線Optimization modelReservoir Operation Rule Curvesthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/50468/1/ntu-94-R92521321-1.pdf