(3.237.178.91) 您好!臺灣時間:2021/03/02 22:38
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:程運達
研究生(外文):Yun-Ta Cheng
論文名稱:不同型式出水口應用於水田滯減洪分析之研究
論文名稱(外文):A study on the application of different types of paddy field outlets to the analysis of flood detention effect
指導教授:陳榮松陳榮松引用關係
口試委員:吳瑞賢譚義績陳肇成陳佳正
口試日期:2020-01-08
學位類別:博士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:土木工程學系所
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:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:182
中文關鍵詞:平地水筒模式滯洪減洪堰式孔口式溢流式出水口田埂高迴水SCE-UA
外文關鍵詞:diffusive tank modelwater balance modelflood detentionflood reductionweir-typeorifice-typeoverflow-typeoutletridge heightbackwaterSCE-UA
相關次數:
  • 被引用被引用:1
  • 點閱點閱:57
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:8
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
近年來國內常發生急劇性暴雨,相關單位及學界不斷檢討國內現有設施的防排洪效果,卻忽略了水田的滯減洪效果。本研究以蓄留雨水抑制洪峰流出機能的觀點評估水田出水口,藉由水田調洪功能的提升,來因應近年來氣候極端化的趨勢。
本研究探討三種型式水田出水口,堰式、孔口式及溢流式;採用混合複合演化方法(SCE-UA)優選單一坵塊水田合適的出水口型式。於重現期距50年的24小時降雨情境,與堰式相比,孔口式表現良好,減洪率65.9%,洪峰滯延200 min。溢流式滯減洪效果略差,但與堰式一樣在田埂高度適用性較佳。水田的滯減洪效果僅是水田生產功能外的附加功能,本研究儘量保持現狀,只需調節板即可轉換出水口型式,本研究提出的方法已證明具滯減洪效果,且相對容易、快速、成本低。
於礁溪、鹿寮及大寮試驗區的平地水筒模式分析結果顯示,孔口式減洪率介於13~27%,滯洪時間大於30分鐘。但由單一坵塊水田減洪率可達66%來看,流域型水田群的減洪效果並未充分發揮。當河水溢淹水田時,各種出水口的滯減洪效果變差,惟孔口式與溢流式相對於堰式,效果仍相對較好,且孔口式優於溢流式。
流域水田群的滯減洪效果,受河道長短、與最下游控制點距離、集水區面積大小以及河道水迴水溢淹水田影響,因素相當複雜,依據本研究成果,調整出水口型式即可獲得13%以上的減洪效果,建議可先調整水田出水口為孔口式或溢流式,再進行田埂加高與迴水溢淹改善。
本研究已經備妥具有不同型式的水田出水口的平地水筒模式,後續可以應用本研究成果,進行符合最佳滯減洪效果條件的研究或規劃。
This study aims to improve the flood detention function of the outlets of the paddy fields to keep the rain in the paddy fields longer and the intensity of the rainfall flowing into the drainage reduced. This study evaluates three types of paddy field outlets --weir-type, orifice-type and overflow-type. The Shuffled Complex Evolution algorithm (SCE-UA) is used to optimize the outlet of a single plot paddy field. Compared with the weir-type, the orifice-type performs well, with 65.9% of flood reduction rate and 200 min of flood detention. This study maintains the status quo as much as possible. Only some adjustment plates are used to convert the outlet type. The simulation has proved that the flood detention effect is provided. The method is relatively easier, faster and less costly.
Judging from the fact that the flood reduction rate of a single plot paddy field can reach 66%, the flood reduction effect of the basin scale paddy field group has not been fully exerted. To obtain a flood reduction effect of more than 13%, it is recommended that the paddy field outlet be adjusted to the orifice-type or the overflow-type, then the paddy field ridge heightening and backwater flooding improvement be performed.
This study has prepared a diffusive tank model with different types of paddy outlets, which can be applied in the future to conduct research or planning that meets the conditions for optimal flood detention and reduction.
摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
表目錄 vi
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1降雨逕流相關研究 3
1.2.2平地水筒模式相關研究 4
1.2.3水田特徵相關研究 6
1.2.4水田調蓄洪水機能相關研究 6
1.2.5提高水田減洪機能相關研究 7
1.2.6水田蓄洪能力相關研究 8
1.2.7參數最佳化相關研究 10
1.3 研究方法 11
1.4 研究組織與架構 12
第二章平地水筒模式模組擴增 14
2.1 概述 14
2.2 平地水筒模式基本架構 14
2.3 河道水筒間流況 15
2.4 水田水筒與河道水筒間流況 17
2.4.1 HH低於田埂高 18
2.4.2 HH高於田埂高 19
2.5 旱田水筒與河道水筒間流況 19
2.6 不同型式出口的水田水筒的控制方程式 20
2.6.1堰流與孔口流流量方程式 20
2.6.2水田水筒連續方程式 22
2.6.3堰式出口各種可能流況的控制方程式 22
2.6.4孔口式出口各種可能流況的控制方程式 30
2.6.5溢流式出口各種可能流況的控制方程式 36
2.7 自動閘門與渡槽 50
2.7.1簡化閘門係數 53
2.7.2閘門(渡槽)水位控制方程式 54
2.8 機械排水 57
2.9 模式資料準備 58
2.10 模式初始條件與假設 61
2.11 解析控制方程式 61
2.12 SCE-UA參數最佳化方法 62
2.12.1 SCE-UA參數最佳化方法 62
2.12.2 SCE-UA演算參數選定 65
2.12.3 SCE-UA演算法特點 65
2.12.4 FORTRAN程式碼 69
2.12.5收斂判定 70
第三章 試驗區整備 71
3.1概述 71
3.2霧峰試驗區 71
3.3宜蘭礁溪試驗區 74
3.4台南新營試驗區 78
3.5雲林西螺試驗區 81
3.6嘉義東石試驗區 85
3.7雲林鹿寮大排試驗區 87
3.8高雄大寮試驗區 94
第四章 單一坵塊水田的出水口設計 100
4.1概述 100
4.2研究方法 102
4.2.1三種型式出水口介紹 102
4.2.2矩形堰的流量公式 104
4.2.3孔口式的流量表示式 104
4.2.4溢流式的流量表示式 105
4.3現場試驗說明 105
4.4洪峰流量模擬 108
4.4.1目標函數 108
4.4.2參數界限 108
4.4.3參數的限制 109
4.4.4流量係數 109
4.4.5選擇降雨量 110
4.4.6優化方法 110
4.4.7評估指標 110
4.4.8模擬的假設 111
4.5結果和討論 111
4.5.1現場試驗結果 111
4.5.2滯留效果和適用性 115
4.5.3討論 119
4.6小結 120
第五章 不同出水口應用於水田滯減洪能力評析 122
5.1概述 122
5.2各試驗區適用性驗證 123
5.2.1量化驗證指標 123
5.2.2試驗區模擬驗證 123
5.3田埂高度及出水口受迴水影響探討 151
5.3.1 簡易模型案例模擬評析 151
5.3.2 各情境模擬成果綜合評析 159
5.4應用於流域型試驗區的滯減洪能力評析 160
5.4.1評估指標 160
5.4.2不同出水口型式滯減洪效果 160
5.5小結 166
第六章 結論與建議 167
6.1結論 167
6.2建議 169
參考文獻 172
1.王如意、易任,1979,「應用水文學(上)(下)」,茂昌圖書。
2.水利局設計規範,1995,水利局。
3.中央氣象局,2009,臺灣氣候變化統計報告1897~2008。
4.日本農業土木學會,1958年4月,「農業土木HANDBOOK」,丸善株式會社。
5.內政部土地重劃工程局,2004,「農地重劃區農路、水路建造物規範手冊」。
6.經濟部水利署,2003,「台灣地區雨量測站降雨強度-延時Horner公式分析」。
7.經濟部水利署,2012,「雲林縣縣管區域排水鹿寮大排系統淹水優先改善規劃報告」。
8.經濟部水利署,2013,水利工程技術規範。
9.臺灣省水利局,1996,「水稻田生態環境保護規劃及示範計畫子題二-水稻田對調蓄洪水功能評估分級(一)」。
10.陳榮松、堀野治彥、丸山利輔、早瀨吉雄,1992,「等流條件下傾斜面粗糙係數之試驗研究-農用坡地排水計劃之有關基礎研究(Ⅱ)」,農業土木學會論文集,第160期,pp.43-49。
11.陳榮松,1993,「造成農地之排水計畫相關基礎研究」,博士論文,日本:京都大學。
12.陳榮松,1995,「河川及排水系統洪水模擬水理分析之研究」,行政院農委會84科技-2.12-林-13(5),農業綜合調整方案試驗研究報告,台北市。
13.陳榮松,1996,「水田轉作對排水系統之影響評估」,行政院農委會85科技-1.11-林-04(4),農業綜合調整方案試驗研究報告,台北市。
14.陳榮松、黃盈華,2000,「平地水筒模式於水田區域排水分析之應用研究」,中國農業工程學報,Vol.46,No.3,pp.59-68。
15.陳榮松、謝正晟、畢嵐杰,2003,「水筒模式參數全域最佳化率定之研究」,臺灣水利,第51卷,第2期,pp.34-45。
16.陳榮松、黃柏維、程運達,2016,「孔口式缺口應用於水田水庫之可行性研究」,農業工程學報,Vol.62,No.1,pp.64-76。
17.詹錢登、周乃昉、莊智安,1998,「台灣水稻田田埂分類及其特性」,農業工程研討會論文集,pp.719-725。
18.簡傳彬、吳瑞賢、方文村,2002,「臺灣續灌水田灌溉系統之水平衡模式」,農業工程學報,Vol.48,No.1,pp.28-30。
19.陳豐文、陳獻,2004,「影響水田有效雨量利用因素之探討」,農業工程研討會論文集,pp.1376-1379。
20.周乃昉,陳祉吟,2005,「封填土質田埂缺口提升水田滯洪成效之探討」,農業工程研討會論文集,pp.1617-1629。
21.黃盈華,1999,「平地水筒模式於水旱田區逕流模擬之應用」,中興大學土木研究所碩士論文。
22.龐永培,2000,「數值模式應用於水田區逕流模擬之研究」,中興大學土木研究所碩士論文。
23.原道安,2003,「水田蓄水調洪田埂穩定性之研究」,國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文。
24.施建銘,2009,「平地水筒於農田排水系統之應用分析-以安東排水系統為例」,國立中興大學土木研究所碩士論文。
25.李佳豪,2011,「水田蓄洪機制之研究」,中興大學土木研究所碩士論文。
26.戴源廷,2012,「低平地水筒模式於鹿寮大排之試驗研究」,中興大學土木研究所碩士論文。
27.黃威政,2013,「平地水筒模式於水田滯洪效果分析之研究」,中興大學土木研究所碩士論文。
28.菅原正巳,1972,「流出解析法」,日本:共立出版株式会社。(日文)
29.永井明博、角屋睦,1979,「流出模式參數之最佳化手法」,京都大學防災研究所年報,第22期B-2,pp.209-224。(日文)
30.角屋睦、永井明博,1980,「流出解析法(其12),水筒模式與SP法之最僅率定」,日本農業土木學會誌,第48卷,第1期,pp.51-59。(日文)
31.志村博康,1982,「水田、旱田之治水機能評估」,日本農業土木學會誌,第50卷,pp.25-29。(日文)
32.田方田穆、千家正照,1988,「水田轉作所伴隨的流出變化」,農業土木學會誌,第56卷,第11號,第31-37頁。(日文)
33.早瀨吉雄,1992,「中山間地區之水田的洪水防制機能評估」,農業土木學會應用水文研究部會,第4卷,第81-89頁。(日文)
34.早瀨吉雄,1992,「中山間地水田域之洪水防止機能評價」,日本農業土木學會應用水文研究部會,應用水文,第4期,pp.81-89。(日文)
35.早瀨吉雄、角屋睦,1993,「低平地水筒模式基礎的特性」,農業土木學會論文集第165號pp.75~84。(日文)
36.田中丸治哉,1995,「水筒模式參數的大區域探討」,日本農業土木學會誌,第63卷,第5期,pp.503-512。(日文)
37.田中丸治哉、永原仲彥,1997,「SCE-UA法於水筒模式參數大域探索之應用」,平成6年度土木學會關西支部年灌溉要,pp.Ⅱ-4-1~2。(日文)
38.早瀨吉雄、角屋睦,1988,「都市化所伴隨的出流水變化」,農業土木學會誌,第56卷,第11號,第5-9頁。(日文)
39.佐藤政良,1998,「水田地域還原水之流出特性分析」,農業土木學會誌,第66卷,第2期,pp.87-93。(日文)
40.增本隆夫,1998,「水田蓄留機能評估和水資源流域管理」,水文・水資源學會誌,第11卷,第7號,pp.711-722。(日文)
41.吉村亞希子、石田憲治、藤本直也、友正達美,2002,「中山間地區之水田擁有的流出抑制機能之比較」,農業土木學會大會講演會-講演要旨集,pp.6-20。(日文)
42.原田守博、大森美喜夫、森富雄、藤澤悟,2008,「水田蓄水功能對降雨逕流控制效果的現地試驗及其強化措施」,日本土木學會水工學論文集,Vol.52,pp.469-474。(日文)
43.沼津晃洋、原田守博、市川純、森富雄、大森美喜夫,2008,「水田的逕流控制功能評估及強化措施的現地試驗」,日本平成19年度土木學會中部支部研究發表會,pp.165-166。(日文)
44.吉川夏樹、長尾直樹、三澤真一,2009,「實施田埂堤防於緩和洪水機能的評估」,農業農村工學會論文集第261號pp.41~48。(日文)
45.吉川夏樹、長尾直樹、三澤真一,2009a,「水田出流控制板的洪峰控制功能評估」,日本農業農村工學會論文集,77(3), pp.263-271。(日文)
46.吉川夏樹、長尾直樹、三澤真一, 2009b, 「應用水田水庫於流域減洪功能評估」, Trans. of JSIDRE, 77(3), pp.273-280 。(日文)
47.吉川夏樹,2010,「水田水庫之出水量的調整所需之條件及設置垂直型調整板之合適的出水孔形狀」,日本農業工程學會論文集,No.268,pp.39-45。(日文)
48.吉川夏樹, 小出英幸, 三沢眞一,2010,「水田水庫出水量調整的條件和垂直型調整板的適當出水孔形狀」,日本農業農村工學會論文集,78(4), pp.273-279。(日文)
49.吉田武郎、增本隆夫、堀川直紀,2012,「小流域於中山間水田之流出特性」,農業農村工學會論文集第278號pp.39~46。(日文)
50.Akan, A. O. (1990). Single-outlet detention-pond analysis and design. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 116(4), 527-536.
51.Barros, F. V. F., E. S. P. R. Martins, L. S. V. Nascimento, D. S. Reis Jr.(2010). Calibration of Hydrologic Models Using Multiobjective Evolutionary Algorithms.
52.Bras, R. L. (1990). Hydrology: An introduction to hydrologic science, Addison-Wesley, Reading, Mass.
53.Chen, R.-S., L.-C. Pi, and Y.-H. Huang (2003). Analysis of Rainfall-Runoff Relation in Paddy field by Diffusive Tank Model, Hydrological Processes Vol.17,pp.2541-2553.
54.Chen, R.-S., L.-C. Pi and C.-C. Hsieh(2005). Application of Parameter Optimization Method for Calibrating Tank Model, Journal of the American Water Resources Association, Vol.41, No.2, pp.389-402.
55.Chu, W.; X. Gao, and S. Sorooshian (2010). Improving the shuffled complex evolution scheme for optimization of complex nonlinear hydrological systems: Application to the calibration of the Sacramento soil‐moisture accounting model. Water Resources Research, Vol. 46, W09530.
56.Clark, C. O.(1945). Storage and the unit hydrography, Ttran. ASCE, Vol.100, No.2261, pp.1491-1446.
57.Dooge, J. C. I.(1959). A General Theory of The Unit Hydrograph, Journal of Geophysical Research, Vol.64, No.1, pp.241-256.
58.Duan, Q., S. Sorooshian, V. Gupta (1992). Effective and Efficient Global Optimization for Conceptual Rainfall-Runoff Models. Water Resources Research, Vol. 28, No. 4, Pages 1015–1031
59.Duan, Q., S. Sorooshian, V. Gupta, V. K.(1993), Calibration of Rainfall-Runoff Models: Global Optimization to the Sacramento Soil Moisture Accounting Model, Water Resources Research, Vol.29, No.4, pp.1185-1194.
60.Duan, Q., S. Sorooshian, V. Gupta (1994). Optimal use of the SCE-UA global optimization method for calibrating watershed models. Journal of Hydrology, vol. 158, no. 3-4, pp. 265–284.
61.Duan, Q.(2004). Matlab Source Code, transferred from Fortran Source Code, Shuffled Complex Evolution Method for Global Optimization Version 2.2.
62.Eagleson, P. S.(1970). Dynamic Hydrology, McGraw-Hill Book Co, New York, pp.325-366.
63.Efstratiadis, A., D. Koutsoyiannis (2001). Global optimisation techniques in water resources management, XXVI General Assembly of European Geophysical Society, Nice, France, 26 - 30 March 2001
64.Fumikazu, N., M. Toshisuke, H. Yoshio, H. Takimoto, N. Kimihito (2010). Evaluation of Water resource by Snow storage Using Water balance and Tank Model Method in Tedori River basin in Japan.
65.Hsu, H.-H. and C.-T. Chen (2002). Observed and Projected Climate Change in Taiwan. Meteorol. Atmos. Phys., 79, 87-104.
66.Le,V. C., K. Hiramatsu, M. Harada, M. Mori (2007). Optimal Gate Operation of a Main Drainage Canal in Flat , Low lying , Agricultural area Using a Tank Model.
67.Mitchell, M., M. Newman(2002). Complex Systems Theory and Evolution, Encyclopedia of Evolution (M. Pagel, editor), New York: Oxford University Press.
68.Moosavian, N., M. R. Jaefarzadeh(2014). Hydraulic Analysis of Water Distribution Network Using Shuffled Complex Evolution, Journal of Fluids, Volume 2014, Article ID 979706, 12 pages
69.Muttil, N., A. W. Jayawardena (2008). Shuffled Complex Evolution Model Calibrating Algorithm: Enhancing its Robustness and Efficiency. Hydrological Processes, Vol. 22, Issue 23, pp. 4628-4638.
70.Muttil, N., A. W. Jayawardena(2008). Shuffled Complex Evolution Model Calibrating Algorithm: Enhancing its Robustness and Efficiency, Hydrological Processes, Vol. 22, Issue 23, pp. 4628-4638.
71.Muttil, N., S.Y. Liong , O. Nesterov(2009). A Parallel Shuffled Complex Evolution Model Calibrating Algorithm to Reduce Computational Time.
72.Nash, J. E.(1957). The from of instantaneous unit hydrograph. Inti. Assos. Sci. Hydrology, Vol.45, No.3, pp.114-121.
73.Ndiritu, J. G.(2009). Automatic Calibration of the Pitman Model Using the Shuffled Complex Evolution Method.
74.Nelder, J.A. and Mead, R. (1965). A simplex method for function minimization. Comput. J., 7, pp. 308–313.
75.Nelson, L., E. Grant, G. Barlow, M. White (2005). Evolution of Complex Autonomous Robot Behaviors using Competitive Fitness.
76.Nossent, J.(2009). Shuffled Complex Evolution method (SCE-UA), A global optimization algorithm.
77.Singh, S., D. J. Mackill, A.M. Ismail (2009). Responses of Sub1 rice introgression lines to submergence in the field: yield and grain quality. Field Crops Res. 113:12–23.
78.Tavakolan, M., B. Ashuri, N. Chiara(2011). Applying the Shuffled Frog-Leaping Algorithm to Improve Scheduling of Construction Projects With Activity Splitting Allowed”, Management and Innovation for a Sustainable Built Environment, 20-23 June 2011, Amsterdam, The Netherlands
79.Vrugt, J. A., B. O. Nuallainb, B. A. Robinsona, W. Bouten, S. C. Dekker, P. M.A. Sloot(2006). Application of parallel computing to stochastic parameter estimation in environmental models, Computers & Geosciences, Vol.32, No.8, pp.1139-1155.
80.Vrugt, J. A., H. V. Gupta, W. Bouten, S. Sorooshian(2003). A Shuffled Complex Evolution Metropolis algorithm for optimization and uncertainty assessment of hydrologic model parameters, Water Resources Research, Vol. 39, No. 8, 1201, doi:10.1029/2002WR001642.
81.Yu, P.-S., T.-C. Yang and C.-C. Kuo (2006). Evaluating Long-Term Trends in Annual and Seasonal Precipitation in Taiwan. Water Resources Management, 20, 1007-1023.
82.Zelelew, M. B., K. Alfredsen(2008). Uncertainty Propagation and Risk Aanalysis in Water Resource Ssystem Using Probabilistic Operation and Modelling Approach, October 28, 2008
83.Zhao, F., J. Zhang(2012). An Improved Shuffled Complex Evolution Algorithm and Its Performance Analysis, Journal of Computational Information Systems 8: 20, 8495-8502
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
系統版面圖檔 系統版面圖檔