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研究生:徐培真
研究生(外文):Pei-Jen Shiu
論文名稱:隨機規劃應用在多目標水庫水污染防治策略之研究
論文名稱(外文):A Study of Reservoir Water Pollution Control Using Probabilistic Programming
指導教授:孔祥琜
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:環境工程與科學所
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:108
中文關鍵詞:隨機規劃人工浮島污染削減水庫
外文關鍵詞:probabilistic modelfloating islandeco-technologypollution controlReservoir
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台灣地區水庫在水資源統籌運用上,常具備多重功能,例如防洪、灌溉、發電及給水功能等;目前台灣有40餘座水庫提供不到四分之一的需水量。且台灣人口,經濟迅速成長及工商業、民生用水的需求量大幅增長,使得用水供需失衡亦日趨嚴重。多目標水庫為了維護水庫水質、增加供水量、提高水力發電及提升觀光旅遊等目標,如何選取污染控制之最佳管理策略 (BMPs) 來達到這些目標是相當重要的。
本研究中水庫多目標隨機規劃是以水質維護為主軸來探討水庫達到各目標的可行性。水庫其他的目標如水力發電、觀光旅遊、民生用水等與水庫的水質都有密切的關係。本研究利用多目標隨機規劃,探討水庫在符合水質標準要求下,各種污染源最佳之污染削減策略及人工浮島之貢獻。本研究以日月潭水庫來做方法可行性的驗證。結果顯示水庫的多目標隨機規劃方法是可行的。分析結果,日月潭水庫集水區之生態工法,水庫內人工浮島,及水庫上游引水的污染處理需要密切合作以達到日月潭水庫的眾多目標。此多目標規劃模式的應用會隨不同的多功能水庫及不同的水庫污染而有不同的成效,且設置人工浮島對於營養鹽的吸取相當有幫助。分析結果可做為台灣各水庫管理的參考,並可提供給水庫管理局及環保單位未來規劃水庫水質標準的參考,期望此研究能有所助益。
Most of the reservoirs in Taiwan are designed for multi-purpose, such as flood control, irrigation, power generation, water supply, and tourism. There are over 40 reservoirs in Taiwan, but they only provide less than one-quarter of the water supply. The population, economic, industrial, and commercial growths resulted in large demand in water. Therefore, it is important to identify best management practices (BMPs) to attain and maintain water quality, to increase water supply and electric generation, and to promote tourism.
The objective of this research is to develop probabilistic models for identifying best control strategies to reach all the multi-objective goals. The study uses Sun Moon Lake to demonstrate the feasibility of the probabilistic model. Results showed that Sun Moon Lake requires a combination of control strategies (eco-technology for water sheds, artificial floating islands in the lake, and treatment of upstream water) to help Sun Moon Lake meet the stringent water quality standards and the oligotrophic status. The probabilistic model can be applied to other reservoirs in Taiwan. Control strategies will differ for different reservoirs. Analysis results of this research can provide invaluable information as bases for amendments in future water quality standards.
致謝
摘要...................................................I
英文摘要.............................................. II
目錄...................................................III
表目錄.................................................VI
圖目錄.................................................VII
第一章 緒論..........................................1-1
1.1前言................................................1-1
1.2研究動機及方法..................................... 1-2
第二章文獻回顧.........................................2-1
2.1台灣地區水庫現況................................... 2-1
2.2台灣水庫污染防現況................................. 2-6
2.3生態工法........................................... 2-12
2.4灰色系統理論....................................... 2-17
2.4.1灰色系統理論簡述..................................2-17
2.4.2灰關聯分析........................................2-19
2.4.3灰色線性規劃......................................2-20
2.4.4灰色系統理論相關研究..............................2-22
2.5多目標規劃理論基礎................................. 2-24
2.5.1多評準決策....................................... 2-24
2.5.2多目標規劃....................................... 2-29
2.5.3多目標規劃之一般式............................... 2-31
2.5.4權重法........................................... 2-31
2.6線性規劃軟體:LINDO................................ 2-33
2.7隨機規劃........................................... 2-35
2.7.1隨機線性規劃..................................... 2-36
第三章研究方法........................................ 3-1
3.1水庫規劃方法....................................... 3-2
3.1.1集水區生態工法................................... 3-2
3.1.2水庫人工浮島設施..................................3-7
3.1.3水庫上游引水..................................... 3-10
3.1.4觀光旅遊生活污水處理..............................3-13
3.2水庫多目標規劃..................................... 3-13
3.3隨機規劃........................................... 3-16
3.3.1多目標隨機規劃.................................. 3-18
3.3.2人工浮島最低需求................................. 3-20
3.3.3水庫優養化及水庫水質標準......................... 3-20
第四章模式驗證........................................ 4-1
4.1日月潭水庫現況..................................... 4-1
4.2日月潭多目標規劃................................... 4-5
4.2.1多目標隨機規劃削減成本........................... 4-5
4.2.2人工浮島最低需求................................. 4-8
4.2.3水庫優養化及水庫水質標準......................... 4-9
4.3日月潭水庫規劃結果與討論........................... 4-10
4.3.1隨機規劃結果…....................................4-10
4.3.2人工浮島最低需求................................. 4-11
4.3.3水庫優養化及水庫水質標準......................... 4-11
第五章結論與建議...................................... 5-1
5.1結論............................................... 5-1
5.2建議及未來研究方向................................. 5-3
參考文獻...............................................6-1
附錄A日月潭多目標規劃詳情............................. A-1

































表 目 錄

表2-1 台灣地區主要水庫資料表............................................. 2-2
表2-2 95年度台灣變化五大水庫水質狀況.............................. 2-4
表2-3 優養湖特徵的定性判別標準....................................….. 2-10
表2-4 結構性BMPs污染控制成效......................................... 2-14
表2-5 日月潭及Lake Mead人工浮島成效.............................. 2-16
表2-6 日月潭人工浮島植栽對氮及磷之吸收效率(2006) ........ 2-18
表2-7 多目標規劃與多屬性決策差異...................................... 2-28
表4-1 日月潭水庫各集水區及武界污染產生量.......………….. 4-3
表4-2 日月潭水庫集水區及武界取水之污染量及污染削減建議量...............………………………................………...
4-4
表4-3 日月潭水庫觀光旅遊之水污染......................................
4-6
表4-4 水庫多目標隨機規劃結果............................................. 4-12
表4-5 水庫多目標隨機規劃結果(浮島最小面積) .................... 4-13
表4-6 日月潭水庫多目標隨機規劃結果(總磷最大削減量)...... 4-15
表4-7 日月潭水庫多目標隨機規劃結果(總氮最大削減量)...... 4-16








圖 目 錄

圖2-1 以灰色系統理論來分析水庫污染防治策略之研究演算法執行流程圖...............................................................
2-25
圖2-2 應用多評準決策分析與衛星影像在水庫污染削減位置優選之研究研究流程圖................................................
2-26
圖3-1 水庫集水區污染削減成本示意圖..……………………… 3-3
圖3-2 水庫集水區污染削減成本計算圖.................................. 3-4
圖3-3 人工浮島污染去除成本示意圖...................................... 3-8
圖3-4 污水處理廠成本示意圖................................................ 3-11
圖3-5 公式(3-20)中之臨界值.................................................. 3-17
圖4-1 日月潭水庫污染源示意圖............................................. 4-2
中文參考文獻
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