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研究生:鄭筱玫
研究生(外文):Hsiao-Mei Cheng
論文名稱:抽水井群最佳化操作方式之研究
論文名稱(外文):The Study on Optimized Operation of Pumping Well Clusters
指導教授:徐年盛徐年盛引用關係
口試委員:江崇榮劉振宇李振誥王逸民
口試日期:2013-07-26
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:土木工程學研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:115
中文關鍵詞:井群操作平均水位振幅主導型重點水井抽水時段優選模式
外文關鍵詞:pumping well clusters operationaverage water level amplitudedominant wellspumping periodoptimization model
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本研究之目的即在建立抽水井群最佳化操作方式之優選模式,以地下水位平均振幅最小化為目標函數,限制式包括各井之出水能力、規劃抽水量、操作週期24小時以及地下水流模式,評估井群最佳化操作之開啟井數、抽水延時與起抽時間,最後提出井群抽水最佳化操作規則之建議。
為使優選模式求解過程更有效率且省時,所訂定之求解方法分為三個階段,第一階段為抽水井數目的選擇與搜尋最佳抽水井組合,在此階段選擇的方式應避免選擇主導型重點水井;第二階段則是抽水延時組合的準備;第三階段利用模擬退火法配合禁忌演算法優選起抽時間,需將主導型重點井抽水延時搭配起抽時間之抽水時段盡量錯開,本研究所設立之優選模式將可更快速有效的求得井群最佳化操作方式。
以虎尾淨水場9口公共用水井做為三階段求解方法分析之實際案例,虎尾地區實際抽水操作方式主要為長時間少數井連續抽水,長期以同一口井抽水將會造成該的需水位持續嚴重下降。因此,本研究設計規劃抽水量為3000CMD,原本設定9口水井起抽時間為第1小時,抽水延時為8小時,所造成之平均水位振幅為2.59公尺,經過本研究建立之優選模式,所得最佳化操作方式為使用5口抽水井,錯開主導型重點水井之抽水時段,可將平均水位振幅降至0.47公尺,改善率達82%。因此有效的遵循本研究所訂定之抽水規則,搭配抽水井數目與抽水井組合的選取,達到主導型重點水井的抽水時段錯開,即可以達到平均水位振幅最小化,有效減緩地層下陷。


The purpose of this study is to establish an optimized operation model of pumping well clusters and to propose the operation rules. The objective function is that the maximum averaged water level amplitude being minimized; the constraints include water productivity, planned water supply, 24-hour operation cycle, and groundwater flow model to assess the optimal operation variables, i.e. the number of wells, pumping duration and the starting time.
The solution method is divided into three stages for the efficient and time-saving solution process. The first stage is to choose the numbers of the wells and finding the best well group. In this stage, the best choice about how to choose well group is avoid the dominant wells. The second stages is to optimize the pumping duration. The third stage is to use Simulated Annealing Algorithms and Tabu Search to optimiz the starting time of pumping, it is needed that the pumping duration and the starting time of the dominant wells should be staggered, this study set an optimized model can solve this problem efficiently.
The 9 public wells from Hu-Wei water purification plant is chosen as the actual case for optimiation analysis. The actual pumping operation Hu-Wei region is mainly use few wells pumping continually for a long time, it may caused a lacal drawdown deeply. The study at planned water supply 3000CMD, original set-up is that 9 wells all start pumping at the first hour and the pumping duration are 8 hours, causing 2.59 meters of averaged water level amplitude. After optimization, that the pumping period stagger in 5 better wells. The average water level amplitude is lowered to 0.47 meter with an improvement rate of 82%. Follow the optimization model and the operation rules set by this study, with the number of pumping wells and the best well group selected, staggered the period of dominant wells, we can minimize the average water level amplitude and effectively slow down the land subsidence.


口試委員審定書 I
誌謝 II
摘要 IV
Abstract V
目錄 VII
圖目錄 IX
表目錄 XIII
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 6
1.4. 研究架構及章節介紹 6
第二章 研究方法建立 7
2.1. 選擇抽水影響地層下陷之指標 8
2.1.1. 抽補強度 8
2.1.2. 由水位歷線計算抽補強度 9
2.1.3. 平均水位振幅 14
2.2. 抽水時地下水位之計算 – 泰斯公式 21
2.2.1. 基本假設 21
2.2.2. 控制方程式推導 21
2.2.3. 井群間歇性抽水之計算 24
2.3. 抽水井群操作方式優選模式建立 28
2.3.1. 優選模式之目標函數、決策變數及限制式和模式公式化 28
2.3.2. 抽水井群操作方式優選模式之求解方法 33
第三章 研究方法應用 42
3.1. 研究區域概述 42
3.1.1. 含水層水文地質資料 44
3.1.2. 抽水井群基本資料 47
3.2. 抽水井群案例設定 52
3.3. 抽水井群最佳化操作方法與結果 55
3.3.1. Case A 55
3.3.2. Case B 66
3.3.3. Case C 96
3.4. 抽水井群操作方式規則建議 104
第四章 結論與建議 105
4.1. 結論 105
4.2. 建議 107
參考文獻 108
附錄A 停抽時間與水位回升量之探討 110
附錄B 頻率域之地下水流方程式初步推導 113


1.Calderhead, AI, R Martel, J Garfias, A Rivera, R Therrien, “Sustainable management for minimizing land subsidence of an over-pumped volcanic aquifer system: Tools for policy design,” Water Resource Management, 26, P.1847-1864, 2012.
2.Chu, HJ, LC Chang, “Optimizing capacity-expansion planning of groundwater supply system between cost and subsidence,” J. of Hydrologic Engineering, 15, P.632-641, 2010.
3.Don, NC, NTM Hang, H Araki, H Yamanishi, K Koga, “Groundwater resources and management for paddy field irrigation and associated environmental problems in an alluvial coastal lowland plain,” Agricultural Water Management, 84, P.295-304, 2006.
4.Howe, CW, “Policy issues and institutional impediments in the management of groundwater: lessons from case studies,” Environment and Development Economics, 7, P.625-641, 2002.
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11.經濟部、農委會、內政部,「雲林、彰化地區地層下陷防治計畫」,2005。
12.行政院,「雲彰地區地層下陷具體解決方案暨行動計畫」,2011。
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15.鄭國平,「地下水合理開發量推估」,朝陽科技大學環境工程與管理學系,2005。
16.吳明穎,「整合性地下水營運之最佳規劃研究」,交通大學土木工程研究所,2009。
17.李光敦,「水文學」,2005。
18.王定欽、陳文福,「水文學500題」,2007。
19.張毓玲,「利用地震後地下水位變化推求侷限含水層之水文地質參數」,國立台灣大學土木工程學系研究所碩士論文,2012。
20.林聖婷,「濁水溪沖積扇補注量抽水量空間分佈模式建立」,國立台灣大學土木工程學系研究所碩士論文,2012。
21.「經濟部水利署水文水資源資料管理供應系統」,經濟部水利署,http://gweb.wra.gov.tw/wrweb/
22.「經濟部水利署地下水觀測網」,經濟部水利署,http://pc183.hy.ntu.edu.tw/index.php



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