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研究生: 施宇謙
Shih, Yu-Cian
論文名稱: 促進系統最大收益之烏山頭水庫目標蓄水位
Target Storages of Wushantou Reservoir to Maximize System Income
指導教授: 周乃昉
Chou, N.-F Frederick
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 水利及海洋工程學系
Department of Hydraulic & Ocean Engineering
論文出版年: 2017
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 111
中文關鍵詞: 供水與發電收益水庫聯合運用目標蓄水位優選法模擬法
外文關鍵詞: The income of water supply and power generation, Reservoirs of joint operation, Target storages, Optimization, Simulation
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  •   曾文-烏山頭水庫聯合運用規線僅規定總蓄水量之限水標準,並未設定曾文及烏山頭水庫的個別目標蓄水量,而不同蓄水目標及水庫的蒸發、庫容、輸水等限制影響,有不同的供水能力及發電量,因此,本研究希望透過優選烏山頭水庫不同期間目標蓄水量,致使曾文-烏山頭水庫聯合運用系統有最大收益。
      本研究運用Chou與Wu (2010)發展之WRASIM模式建置曾文與烏山頭水庫水源聯合運用模擬系統,先分7個蓄水時期,以窮舉法列舉所有可能的烏山頭水庫目標蓄水位組合,模擬系統自民國64至104年的供需情形,一一比較其收益,再應用廊道搜尋法,逐步縮小搜尋範圍,直至找到最佳的水位組合。另外,利用BOBYQA以El.55m及El.57m為起始解以信賴域1000優選36旬水位,再將信賴域以間距200逐步減量遞減至200進行優選,求解各旬烏山頭水庫最佳蓄水位,使系統有最大收益並與窮舉法及36旬水位皆維持El.58m結果進行比較及探討。
      結果顯示,採用BOBYQA優選法烏山頭水庫於第11至15旬優先蓄至水位約El.54m,其他旬優先蓄至約El.58m會有最大系統收益,雖然平均每年減少88.7萬噸供水量,但能增加曾文、烏山頭、西口電廠總發電量496萬度,供水及發電價值平均每年可增加926萬元新台幣之整體收益。

    Existing operation rules for the Tsengwen and Wushantou reservoirs are controlled by total available water of both reservoirs without target storage for each reservior. However, evaporatation, capalicity of water deliver, reservoir storage and other factors will lead to the different system income with different target storage for each reservior. Therefore, this reaserch focus on determining the best target storage for Wushantou reservoir with maximum system income by simulation and optimal method.

    This reaserch first uses WRASIM developed by Chou and Wu in 2010 to set up joint water resource system of the Tsengwen and Wushantou reservoirs. Then, simulate the system’s daily supply and demand from 1975 to 2015 with enumeration method by list all possible target water level for Wushantou reservoir. Beside, corridor investigation method is applied to decrease the range of investigation for finding the best target water level with maximum system income more efficiently. Finally, BOBYQA optimal method is used to find the best target water level with maximum system income by taking El.55.0m and El.57.0m as initial solution for every 36 ten days.

    Reserch shows that, there is the maximum system income in searching by enumeration method when Wushantou reservoir takes El.55.7m from ninth to fourteenth ten days and El.58.0m for other ten days as target water level while Wushantou reservoir takes around El.54.0m from eleventh to fifteenth ten days and around El.58.0m for other ten days as target water level by BOBYQA optimal method. Altough the integalization of optimal solution for BOBYQA decreases 782.2 thousand tons of supply water for average year, it can increase the generation power of SHI-KOU, Tsengwen and Wushantou hydro power plant with total 4.96 million kilowatt-hours for average year. Total income for water supply and generation power is more NT 9.26 million dollars than now for average year.

    目錄 摘要 i Abstract ii 誌謝 v 目錄 vi 表目錄 ix 圖目錄 xii 符號對照表 xiv 第一章 緒論 1 1.1 問題背景 1 1.2 研究動機 1 1.3 研究目的 1 1.4 章節架構 2 第二章 文獻回顧 3 2.1 水庫營運研究課題 3 2.2 水量配置(allocation)分析 3 2.2.1 優選法 3 2.2.2 優選及模擬法 4 2.2.3 網流法 4 2.3 最佳營運 5 第三章 研究方法 7 3.1 通用性區域水資源調度模擬模式(WRASIM) 7 3.2 最佳蓄水策略分析方法 12 3.2.1 窮舉法 12 3.2.2 優選法 12 第四章 曾文與烏山頭水庫系統基本資料蒐集 15 4.1 曾文─烏山頭聯合運用系統 15 4.2 降雨量與水文資料 15 4.2.1 曾文、烏山頭水庫基本資料 15 4.2.2 曾文、烏山頭水庫系統水文資料 17 4.2.3 蓄水利用原則 17 4.2.4 電廠資料 24 4.3 水庫供水與發電收益 28 4.3.1 水庫供水收益 28 4.3.2 發電收益 28 第五章 模擬條件與評估指標 39 5.1 水源運用模擬條件 39 5.2 模擬評估指標 39 5.3 模擬結果評估 41 第六章 烏山頭水庫最佳旬蓄水位研擬 43 6.1 二水庫蓄水之利用原則 43 6.2 最適目標蓄水位篩選及比較策略研擬 44 6.3 窮舉法比較最適目標蓄水位步驟 53 6.4 區分目標水位區間原則 53 6.5 窮舉法搜尋結果 54 6.6 BOBYQA優選測試 55 6.6.1 不同起始水位及其信賴域半徑測試 55 6.6.2 不同信賴域半徑修正結果為起始水位再以相同的信賴域半徑優選測試 56 6.6.3 信賴域逐步減小之測試 60 6.6.4 旬水位探討 75 6.6.5 整數解與實數解 78 6.7 BOBYQA優選36旬目標水位 85 6.8 窮舉法及BOBYQA成果、特性與討論 91 第七章 結論與建議 107 7.1 結論 107 7.2 建議 108 參考文獻 109 表目錄 表4-1 曾文水庫水位-表面積-容積關係 17 表4-2 烏山頭水庫水位-表面積-容積關係 18 表4-3 曾文水庫旬蒸發量 19 表4-4 曾文水庫與烏山頭水庫各標的年基準分配水量 20 表4-5 曾文水庫與烏山頭水庫各標的年基準供水量 21 表4-6 曾文發電廠水輪發電機經濟運轉出力表 27 表4-7 南水局歷年工業用水售水單價 29 表4-8 每度電能量費率 33 表4-9 預估每月容量電費 36 表4-10 烏山頭電廠平均能量費率 37 表6-1 曾文與烏山頭蓄水策略 45 表6-2 一月~六月烏山頭蓄水位發生天數 52 表6-3 七月~十二月烏山頭蓄水位發生天數 52 表6-4 各策略蓄水位搜尋結果 54 表6-5 各起始水位不同信賴域之每年平均目標函數比較 60 表6-6 6組區間起始水位為El.55m各信賴域測試 61 表6-7 6組區間起始水位為El.57m各信賴域測試 62 表6-8 以起始水位El.55m信賴域優選之各結果再採用信賴域1000優選 63 表6-9 以起始水位El.57m信賴域優選之各結果再採用信賴域1000優選 65 表6-10 各起始水位不同信賴域以信賴域1000修正之每年平均目標函數比較 67 表6-11 以起始水位El.55m信賴域優選之各結果再採用信賴域200優選 68 表6-12 以起始水位El.57m信賴域優選之各結果再採用信賴域200優選 70 表6-13 各起始解不同信賴域以信賴域200修正之每年平均目標函數比較 72 表6-14 6組區間以起始水位El.55m信賴域1000之優選結果為起始解逐步進行修正 73 表6-15 6組區間以起始水位El.57m信賴域1000之優選結果為起始解逐步進行修正 74 表6-16 6組區間各起始解信賴域1000以信賴域200之間距逐步縮小之每年平均目標函數比較 75 表6-17 6組區間以起始水位El.55m信賴域1000之優選結果為起始解逐步進行修正 76 表6-18 6組區間以起始水位El.57m信賴域1000之優選結果為起始解逐步進行修正 77 表6-19 6組區間各起始解信賴域1000以信賴域400之間距逐步縮小之每年平均目標函數比較 77 表6-20 8組區間以起始水位El.55m信賴域1000之優選結果為起始解逐步進行修正 79 表6-21 8組區間以起始水位El.57m信賴域1000之優選結果為起始解逐步進行修正 80 表6-22 8組區間各起始解信賴域1000以信賴域200之間距逐步縮小之每年平均目標函數比較 81 表6-23 8組區間以起始水位El.55m信賴域1000之優選結果為起始解逐步進行修正 81 表6-24 8組區間以起始水位El.57m信賴域1000之優選結果為起始解逐步進行修正 82 表6-25 8組區間各起始解信賴域1000以信賴域400之間距逐步縮小之每年平均目標函數比較 82 表6-26 6組區間各起始解信賴域1000以信賴域200之間距逐步縮小之每年平均目標函數實數解與調整數後之比較 83 表6-27 6組區間各起始解信賴域1000以信賴域400之間距逐步縮小之每年平均目標函數實數解與調整數後之比較 83 表6-28 8組區間各起始解信賴域1000以信賴域200之間距逐步縮小之每年平均目標函數實數解與調整數後之比較 84 表6-29 8組區間各起始解信賴域1000以信賴域400之間距逐步縮小之每年平均目標函數實數解與調整數後之比較 84 表6-30 36旬以起始水位El.57m信賴域1000之優選結果為起始解逐步進行修正 88表6-31 36旬以起始水位El.55m信賴域1000之優選結果為起始解逐步進行修正 89 表6-32 36旬各起始解以信賴域1000以信賴域200之間距逐步縮小之每年平均目標函數實數解與調整數後之比較 90 表6-33 優選法最佳水位旬水位 90 表6-34 各策略年平均發電量 92 表6-35 各策略年平均供水量 97 表6-36 各策略年平均溢流量比較 98 表6-37 各策略SI比較 101 表6-38 各策略年平均缺水率比較 102 表6-39 各策略嚴重乾旱年缺水率比較 102 表6-40 各策略DPD比較 102 表6-41 各策略嚴重乾旱年DPD比較 103 表6-42 各策略系統年平均供水收益探討 104 表6-43 各策略系統年平均發電收益 105 表6-44 各策略系統年平均總收益探討 106 表6-45 窮舉法與優選法特性比較 106 圖目錄 圖3-1 曾文-烏山頭水庫聯合運用系統示意圖 9 圖3-2 實體系統與及新增節點及箭線之循環網流圖 10 圖3-3 靜態逐時段模擬概念示意圖 11 圖4-1 模擬曾文-烏山頭水庫用水模擬之計算系統圖 16 圖4-2 曾文水庫旬蒸發量 19 圖4-3 曾文水庫每年各超越機率流量過程 22 圖4-4 烏山頭水庫集水區與曾文水庫集水區各月降雨體積比值 22 圖4-5 曾文水庫至東口堰集水區與曾文水庫集水區各月降雨體積比值 23 圖4-6 曾文-烏山頭水庫水源運用優先原則 24 圖4-7 曾文-烏山頭水庫串聯運用規線 25 圖4-8 烏山頭與西口電廠位置示意圖 26 圖4-9 夏月、非夏月、尖峰、半尖峰、離峰時段 33 圖4-10 容量電費計算流程 34 圖4-11 能量電費計算流程 35 圖6-1 曾文與烏山頭水庫蓄水策略 45 圖6-2 一月烏山頭水庫蓄水位統計 46 圖6-3 二月烏山頭水庫蓄水位統計 46 圖6-4 三月烏山頭水庫蓄水位統計 47 圖6-5 四月烏山頭水庫蓄水位統計 47 圖6-6 五月烏山頭水庫蓄水位統計 48 圖6-7 六月烏山頭水庫蓄水位統計 48 圖6-8 七月烏山頭水庫蓄水位統計 49 圖6-9 八月烏山頭水庫蓄水位統計 49 圖6-10 九月烏山頭水庫蓄水位統計 50 圖6-11 十月烏山頭水庫蓄水位統計 50 圖6-12 十一月烏山頭水庫蓄水位統計 51 圖6-13 十二月烏山頭水庫蓄水位統計 51 圖6-14 歷年統計歷史最常發生水位 53 圖6-15 累積水量時間分布 54 圖6-16 窮舉法最佳水位搜尋結果 57 圖6-17 BOBYQA分析流程示意圖 87 圖6-18 歷史最常發生水位與窮舉法最佳水位日發電量比較 92 圖6-19 歷史最常發生水位與窮舉法最佳水位烏山頭電廠日發電量比較 93 圖6-20 歷史最常發生水位與窮舉法最佳水位西口電廠日發電量比較 93 圖6-21 歷史最常發生水位與窮舉法最佳水位曾文電廠日發電量比較 94 圖6-22 各旬皆為El.58m與窮舉法最佳水位及優選最佳水位日發電量比較 94 圖6-23 各旬皆為El.58m與窮舉法最佳水位及優選最佳水位烏山頭電廠日發電量比較 95 圖6-24 各旬皆為El.58m與窮舉法最佳水位及優選最佳水位西口電廠日發電量比較 95 圖6-25 各旬皆為El.58m與窮舉法最佳水位及優選最佳水位曾文電廠日發電量比較 96 圖6-26 歷史最常發生水位、各旬皆為El.58m、窮舉法最佳水位及優選法最佳水位系統供水量比較 97 圖6-27 歷史最常發生水位與優選法最佳水位烏山頭水庫溢流量比較 98 圖6-28 歷史最常發生水位與優選法最佳水位曾文水庫溢流量比較 99 圖6-29 歷史最常發生水位與優選法最佳水位總溢流量比較 99 圖6-30 各旬皆為El.58m與窮舉法最佳水位及優選法最佳水位烏山頭水庫溢流量比較 100 圖6-31 各旬皆為El.58m與窮舉法最佳水位及優選法最佳水位曾文水庫溢流量比較 100 圖6-32 各旬皆為El.58m與窮舉法最佳水位及優選法最佳水位總溢流量比較 101

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    下載圖示 校內:2022-08-30公開
    校外:2022-08-30公開
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