[[alternative]]Investigating flood operation for parallel reservoir system by NSGA-II

碩士[[abstract]]臺灣地勢陡峻、河川坡短流急，因此於颱洪時期水庫適當的操作，達到消災減洪並有效蓄水為重要之議題。在平行水庫聯合防洪操作時，需同時考量洪峰消減率與洪峰時間稽延，並避免洪峰同時抵達匯流口造成水患災情等問題；因此，本研究探討平行水庫於颱洪時期聯合防洪操作時，除了考慮水庫防洪與蓄水外，同時考慮匯流口之洪水歷程，以期有效地提升洪峰消減率之效。 本研究以石門、翡翠水庫系統及下游匯流口為研究對象，建立兩平行水庫最佳化防洪操作模式，利用非優勢排序遺傳演算法(NSGA-II)搜尋平行水庫防洪最佳放流歷程。NSGA-II搜尋結果與原始操作結果比較顯示，NSGA-II獲得較佳之水庫洪峰消減率；無論是水庫或匯流口洪峰消減率也僅少數幾場與原操作相近，其餘皆達較好之洪峰消減率。綜合結果得知NSGA-II搜尋之放流歷程可有效達到較佳之洪峰消減率並降低匯流口洪峰，最後滿足蓄水之目標以利未來水資源運用。[[abstract]]Taiwan is located in the southeast of Asia where always hit by Typhoon. Because of the steep mountainous landform, most of the rainfall flow immediately into the ocean within a few hours. Reservoirs operation have become the most important issue during Typhoon periods. In the parallel reservoirs operation, it is crucial to ponder both the decreasing rate and time lag of flood peak and the prevention of disaster caused by flood peak arriving at confluence at the same time. Therefore, this study investigates optimal parallel reservoir system flood operation in typhoon periods not only to balance between the reservoir flood avoidance and water storage improvement but also to decrease the downstream. This study takes the Shihmen and Feitsui reservoir system and the downstream confluence as research objects to build up the parallel reservoir system flood operation optimal model by adopting the non-dominate sorting genetic algorithm (NSGA-II) as search engine. Comparing to the traditional operation, NSGA-II gains better decreasing rate of flood peak both on reservoir system and downstream confluence even if a few performances are close. In conclusion, the results demonstrate that NSGA-II obtains better decreasing rate of flood peak, reduces the flood damage downstream and increases final storage for future usages.[[tableofcontents]]目錄 謝誌 I 中文摘要 III Abstract IV 表目錄 VIII 圖目錄 IX 第一章 前言 1 1.1 研究緣起 1 1.2 研究目的 2 1.3 論文架構 3 第二章 文獻回顧 4 2.1 遺傳演算法發展與修正演算發之研究 4 2.2 遺傳演算法應用於水庫方面之研究 5 2.3 多目標遺傳演算法應用之研究 7 第三章 理論概述 9 3.1 遺傳演算法(GA) 9 3.2 遺傳演算法之基本架構與流程 9 3.3 遺傳演算法之基本元素與運算子 11 3.4 非優勢排序遺傳演算法(NSGA-II) 18 3.5 非優勢排序遺傳演算法演算流程 19 第四章 研究案例 23 4.1 研究區域概述 23 4.1.1 石門水庫簡介 23 4.1.2 翡翠水庫簡介 24 4.1.3 南勢溪簡介 24 4.1.4 匯流口簡介 25 4.2 水庫防洪運轉操作規則 27 4.2.1 石門水庫防洪運轉操作規則 27 4.2.2 翡翠水庫防洪運轉操作規則 28 4.2.3 相關水利法規 28 4.3 颱風資料蒐集與分析 29 4.4 平行水庫聯合防洪操作之決策模式 33 4.4.1 目標函數 33 4.4.2 限制式 35 4.4.3 修正後目標函數 39 4.4.4 NSGA-II之參數設定 41 4.4.5 搜尋範圍設定 42 4.5 結果與討論 45 第五章 結論與建議 73 5.1 結論 73 5.2 建議 74 參考文獻 75 附錄 NSGA-II搜尋結果圖 80 表目錄 表4.1 颱風基本資料 31 表4.1 颱風基本資料(續) 32 表4.2 歷時40小時的颱風之限制式 38 表4.3 NSGA-II之參數設定 41 表4.4 NSGA-II與原操作之比較結果 47 表4.4 NSGA-II與原操作之比較結果(續1) 48 表4.4 NSGA-II與原操作之比較結果(續2) 49 表4.5 颱風場次分類 51 圖目錄 圖3.1 GA演算流程圖 10 圖3.2 二位元編碼 11 圖3.3 實數編碼 11 圖3.4 輪盤選取法式意圖 14 圖3.5 柏拉圖 鋒線示意圖 19 圖3.6 NSGA-II流程圖 20 圖3.7 非優勢排序與擁擠距離比較示意圖 22 圖4.1 兩水庫集水區與下游匯流口位置圖 26 圖4.2 石門水庫洪峰發生前後階段區分示意圖 29 圖4.3 翡翠水庫洪峰發生前後階段區分示意圖 30 圖4.4 起訖時間示意圖 30 圖4.5 2000象神颱風柏拉圖鋒線 45 圖4.6 NSGA-II與原操作比較之結果 50 圖4.7 潭美颱風原操作與NSGA-II搜尋比較圖 53 圖4.8 海棠颱風原操作與NSGA-II搜尋比較圖 56 圖4.9 蘇拉颱風原操作與NSGA-II搜尋比較圖 59 圖4.10 亞伯颱風原操作與NSGA-II搜尋比較圖 62 圖4.11 泰利颱風原操作與NSGA-II搜尋比較圖 65 圖4.12 蘇迪勒颱風原操作與NSGA-II搜尋比較圖 68 圖4.13 艾利颱風原操作與NSGA-II搜尋比較圖 71[[note]]學號: 604480136, 學年度: 10