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研究生: 顏昱淇
Yen, Yu-Chi
論文名稱: 提昇水庫埤池聯合運用成效探討-以新化灌區為例
Strategies of Increasing the Irrigated Water of Reservoirs of Sinhua Irrigation Area
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: 93
中文關鍵詞: 灌溉水庫聯合運用模擬法優選法
外文關鍵詞: Irrigation, reservoirs, joint operation, simulation, optimization
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  •   本研究以嘉南農田水利會新化灌區為例,探討如何更新改善系統蓄水及調節能力,以有效運用灌區內水庫埤池水源,提升地區水資源利用率,並研議最佳方案組合的改善策略。本研究同時運用模擬法與優選法,評估離散與非離散的組合策略,運用水資源通用模擬模式WRASIM模擬新化灌區水庫埤池的水源運用,另利用BOBYQA非線性規劃法優選最小成本改善策略,據以研議可增加灌溉水量的最佳方案。
     本研究先針對離散的改善策略建置組合策略,再對各離散策略組合,在一定缺水限制下,優選各水庫埤池的清淤量,以最小的總開發成本研議整體最佳改善策略。對不同的缺水情況建立增供水量與投資經費的關係曲線,供在有限經費下選擇最佳的改善措施組合方案,得以最小成本提升灌區可供水量。最佳策略顯示,欲使新化灌區整體年平均缺水率下降至11%以下,最小成本的離散組合策略為活化烏瓦窯埤並設抽水機,以增加水源供灌大洋小組第1、3輪區及崁頂小組第1、2、3輪區,另用抽水機加壓將虎頭埤第一幹線水源送至南幹支線暗管以供灌大埤小組。

    This paper discussed how to increase the system water storage and improve the regulation ability to effectively utilize the water resources of the reservoirs and ponds in an irrigation district. It raised the utilization rate of the water resources in the area and developed the best combination of the improving strategies. In this study, both of the simulation and optimization analysis were applied to evaluate efficacy of the discrete and non-discrete improvement strategies. A generalized water resources simulation model, WRASIM, is used to simulate the water supply of the reservoirs in the irrigation district. The nonlinear programming method BOBYQA is used to optimize the minimum cost improvement strategy to increase irrigation water.

    This study first constructed a combination strategy of the discrete improvement strategies, and then, under the specific annual average water deficit, the amount of the dredging of the reservoirs is optimized. The overall improvement strategy is developed with the minimum total development cost. The relationship between the increase in water supply and investment cost for different water shortages, for the best alternative under the limited budgets to improve the combination of alternatives to minimize the cost of irrigation water. The best strategy shows that for the annual average water deficit for the Hsinwha irrigation district is less than 11%, the minimum cost of the discrete combination strategy is to activate the Wuwayao Pond and install a new pump to increase the water supply to the 1st and 3rd rotation zone of Dayang set and the whole Kanding set. The other strategy is to apply pump to deliver water to the pipeline of the south branch of the Chianan ditch to irrigate Dapi set.

    目錄 摘要 i Abstract ii 誌謝 v 目錄 vi 表目錄 viii 圖目錄 x 符號對照表 xii 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 2 1.4 章節架構 2 第二章 文獻回顧 3 2.1 農業水資源利用 3 2.2 水庫水源 3 2.2.1 網流模式 4 2.2.2 優選法 4 2.2.3 優選與模擬法 5 2.3 最小成本 5 第三章 水庫埤池系統水源運用模擬模式建立 7 3.1 系統分布 7 3.1.1 分析範疇 7 3.1.2 供水系統概要 8 3.1.3 模擬模式建置 9 第四章 曾文與烏山頭水庫水資源系統及基本資料蒐集 15 4.1 基本資料 15 4.1.1降雨量與水文資料 15 4.1.2水庫埤池之蓄水容積 26 4.1.3灌溉區域內幹支分線水路輸水能力 32 4.1.4灌溉需水量 33 4.2 水庫埤池進水量推估 51 4.2.1判定集水區 52 4.2.2土地利用及植被資料計算集水區CN值 53 4.2.3由日雨量推估日逕流量 53 4.3 用水原則 60 4.4 缺水評估指標 67 第五章 改善措施及方案 69 5.1 分析目標 69 5.1.1 目標函數 69 5.1.2 限制條件 70 5.1.3 懲罰成本 71 5.2 分析情境 71 5.2.1 虎頭埤不供灌大埤小組 71 5.2.2 虎頭埤供灌大埤小組 72 第六章 系統水源聯合運用成效模擬評估 77 6.1 單位增供水量成本估算 77 6.2 各組合方案模擬成果 78 6.3 不同缺水改善情況下最佳方案投資 82 第七章 結論與建議 87 7.1 結論 87 7.2 建議 87 附錄 BOBYQA演算法 89 參考文獻 91 表目錄 表4-1 曾文水庫與烏山頭水庫各標的年基準分配水量 17 表4-2 曾文水庫與烏山頭水庫各標的年基準供水量 18 表4-3 年入流量統計 26 表4-4 曾文水庫:水位-表面積-容積關係 27 表4-5 烏山頭水庫:水位-表面積-容積關係 28 表4-6 民國101年虎頭埤水庫之水位-表面積-容積關係 29 表4-7 民國96年鹽水埤水庫之水位-表面積-容積關係 30 表4-8 本研究重點埤池相關資料 31 表4-9 新化地區抽水站限制 33 表4-10 新化地區渠道限制及損失 33 表4-11 曾文-烏山頭水庫灌區耕作方式與研究灌溉面積一覽表 38 表4-12 南幹支線大埤小組申報灌溉研究表 39 表4-13 南幹支線營尾小組申報灌溉研究表 40 表4-14 南幹支線崁頂小組申報灌溉研究表 41 表4-15 南幹支線大洋小組申報灌溉研究表 42 表4-16 虎二幹線虎山小組申報灌溉研究表 43 表4-17 虎二幹線營尾小組申報灌溉研究表 44 表4-18 虎二幹線崁頂小組申報灌溉研究表 45 表4-19 虎二幹線大洋小組申報灌溉研究表 46 表4-20 曾文水庫5至6月間各旬水庫進水量統計 54 表4-21 水土保持局土壤質地分類 56 表4-22 水土保持局土壤分類對應之SCS土壤分類 56 表4-23 逕流曲線數 57 表4-24 烏瓦窯埤集水區各類土地利用面積 59 表4-25 北勢埤集水區各類土地利用面積 59 表4-26 冷水埤集水區各類土地利用面積 59 表4-27 各埤池原集水區面積與新集水區面積比較 60 表4-28 各埤池以SCS法進水量推估 60 表4-29 虎頭埤水庫運用規線表 64 表4-30 虎頭埤水庫運用規線表 65 表4-31 鹽水埤水庫運用規線表 66 表5-1 目標函數各符號對照表 70 表5-2 新化地區各方案差異 73 表5-3 新化地區各方案 76 表6-1 各組合方案模擬成果 80 表6-2 方案-投資-缺水減量-單位水量平均投資成本 82 表6-3 方案-投資-缺水減量-單位水量平均投資成本 84 表6-4 最小成本各方案之埤池清淤量 85 表6-5 單位水量成本及成本與缺水率關係比較 85 表6-6 單位水量成本及成本與缺水量關係比較 86 表6-7 單位水量成本及成本與灌區缺水減量比較 86 圖目錄 圖3-1 新化地區—案例檢討之水庫埤池 7 圖3-2 嘉南大圳各水庫、埤池及相關水路位相關係示如圖 8 圖3-3 新化地區—南幹支線流向 10 圖3-4 新化地區—虎頭埤給水幹線流向 10 圖3-5 新化地區—鹽水埤給水流向 11 圖3-6 曾文─烏山頭聯合運用系統 11 圖3-7 曾文-烏山頭水庫與嘉南農田水利會水庫埤池聯合運用系統示意圖 12 圖3-8 實體系統與及新增節點及箭線之循環網流圖 13 圖3-9 靜態逐時段模擬概念示意圖 14 圖4-1 曾文水庫每年各超越機率流量過程 19 圖4-2 烏山頭水庫集水區與曾文水庫集水區各月降雨體積比值 19 圖4-3 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 20 圖4-4 虎頭埤民國99-104年日入流量 21 圖4-5 鹽水埤民國99-104年日入流量 22 圖4-6 北勢埤民國99-104年日入流量 23 圖4-7 烏瓦窯埤民國99-104年日入流量 24 圖4-8 冷水埤民國99-104年日入流量 25 圖4-9 曾文烏山頭水庫灌區耕作方式與灌溉制度標準圖 37 圖4-10 南幹支線大埤小組申報灌溉研究日需求水量 47 圖4-11 南幹支線營尾小組申報灌溉研究日需求水量 48 圖4-12 南幹支線崁頂小組申報灌溉研究日需求水量 48 圖4-13 南幹支線大洋小組申報灌溉研究日需求水量 49 圖4-14 虎二幹線虎山小組申報灌溉研究日需求水量 49 圖4-15 虎二幹線營尾小組申報灌溉研究日需求水量 50 圖4-16 虎二幹線崁頂小組申報灌溉研究日需求水量 50 圖4-17 虎二幹線大洋小組申報灌溉研究日需求水量 51 圖4-18 曾文水庫各旬進水量統計鬚盒圖 55 圖4-19 曾文水庫各旬進水量與農業用水基準分配水量關係圖 55 圖4-20 烏瓦窯埤、冷水埤集水區劃分 58 圖4-21 北勢埤集水區劃分 58 圖4-22 新化地區 63 圖4-23 新化地區蓄水及供水順序 64 圖4-24 虎頭埤水庫運用規線 65 圖4-25 鹽水埤水庫運用規線 66 圖5-1 所有模擬組合 70 圖5-2 烏瓦窯埤活化後不增設抽水機供水示意圖 74 圖5-3 烏瓦窯埤活化後增設抽水機供水示意圖 75

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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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