评估流域性地表出水量优选模式之建立-以大汉溪流域为例.pdf

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1、第八屆海峽兩岸水利科技交流研討會，2004年12月評估流域性地表出水量優選模式之建立-以大漢溪流域為例徐年盛魏志強台灣大學土木工程研究所台灣大學土木工程研究所摘要本研究之目的為建立一可評估地表出水量之優選模式，此優選模式係採用線性規劃進行公式化，公式化過程中考慮因素包括水庫溢流引水、水庫放水引水、側入流引水、庫面蒸發損失及水庫放水之漏水損失等方面。本研究以大漢溪流域為研究區域，利用本研究所建立之優選模式可得到流域在特定供水穩定度下之最佳出水量分析結果，利用此分析結果再與採用模擬模式所得結果進行比

2、較，結果顯示在各設定供水穩定度下，採用優選模式所分析之地表平均年出水量均較模擬模式為高，其高出比例約為7%~9%之間。一、緣起1.前言近年來，水利相關單位在規劃水資源供、用水計畫時，為有效限制水資源之無限制開發或規範水資源開發規模，認為有必要建立一可估算流域內出水量之方法，以便具體地量化流域內水資源之總量，將此數據進行分配用水標的及區域間水量彈性調度分析之用。估算地表出水量（Surfaceyield）一般可利用模擬法進行計算分析。模擬法是一種分析物理系統運轉的技巧，將系統基本的特性與行為複製下來

3、，為一種模仿實際系統行為的演算程序，可掌握系統之細節，符合實際現場操作情況，然而在求解過程卻無23法保證演算結果為最佳解。因此本研究採用優選法建立評估流域性地表出水量之優選模式，冀望可提高估算地表出水量之精確度。2.文獻回顧優選模式可將流域架構系統內之各限制條件和平衡方程式以數學式清楚表示，並根據所設定之目標函數求得水資源系統之最佳運用方式（即系統之最佳解）。優選模式應用較普遍的包括線性規劃（LinearProgramming,LP）、動態規劃（DynamicProgramming,DP）、網流

4、法（NetworkFlow,NF）、混合整數線性規劃（Mixed-IntegerLinearProgramming,MILP）等模式。本研究回顧有關水資源規劃調配及系統水源運用之前人研究，採用優選法之相關研究有Yeh和Yang(1996)[1]假設省略蒸發的情況下，利用EMNET模式進行高屏嘉南地區水資源運用效率分析；魏志強(1998)[2]採用線性規劃法與網流法兩種方式進行地表水網流系統供需分析，並比較此二模式之優劣特性；徐年盛等(2000)[3]採用網流法求解多水庫、多標的及多目標營運優選模

5、式，評估台灣水庫系統聯合營運之最佳方式；徐年盛等(2002)[4]利用遺傳演算法結合優選模式之網流法，建立多水庫系統最佳聯合操作規線優選模式並求取最佳之聯合操作規線；Hsu及Cheng(2002)[5]以EMNET模式分析新店溪流域及大漢溪流域之水資源供需情形，並藉由優選與模擬的比較以及長期優選與單期優選的比較，來了解模式的操作特性；Tu,Hsu,andYeh(2003)[6]將現況規線操作之水庫系統公式化成混合整數規劃模式以分析多水庫系統之最佳營運情況。蔡嘉訓(2003)[7]建立一多水庫系統

6、聯合操作逐時段優選模式以供評估各種設施下之供需情況，模式中考慮並聯水庫系統與共池水庫操作系統及其操作規線與打折供水規則之公式化，亦同時考慮到水庫蒸發損失與溢流情況。二、水資源系統最佳運用優選模式之公式化本文採用線性規劃進行建立評估流域性地表出水量之最佳化模式，此最佳化模式可直接針對所設定之不同供水穩定度計算其最佳分析結果。1.水資源供需系統組成與架構水資源供需系統之組成可包括多個水庫、河川、渠道、管線與取水口等水利設施，以及生活、農業與工業等用水需求。在進行網流系統架構工作時，將水資源系統轉化為

7、水庫節點、用水節點、取水口節點、入流節點與一般節點等五種節點類型（如示意24圖1a），然後利用水庫蓄水、水庫溢流以及河道與管線輸水等箭線型式將系統之節點聯結並予以編號以組成一個網流架構圖（如示意圖1b）。（a）系統與節點類別示意圖(b)網流架構示意圖圖1流域性水資源供需系統示意圖2.水資源系統最佳運用優選模式之公式化本研究採用Tu,Hsu,andYeh(2003)及蔡嘉訓(2003)所提出的優選模式進行網流系統公式化，以完整呈現水資源系統之供需關係。此優選模式可考慮水庫溢流引水、水庫放水引水、側

8、入流引水、庫面蒸發損失及水庫放水之漏水損失的水資源供需系統。茲將水資源系統最佳運用優選模式之一般通式（公式化方式）說明如下。(1)目標函數(Objectivefunction)本研究之目標函數包括側入流取水量最大化、水庫放水取水量最大化、水庫蓄水量最大化與水庫溢流取水量最大化等四個優選目標，各目標函數之優先順序為利用權重係數(Weightingcoefficients)之大小來決定。依據上述方式可組合一多時段網流系統線性模式之目標函數。此目標函數之公式化可表示如下：Max∑∑cLR⋅+xc⋅⋅+