水利設施多元系統可靠度之研究

Abstract

本研究首先對各可靠度之系統配置方式及其計算方式加以分類比較。因傳統二元分類法未考量實際運用時水權及水量等因素，因此本研究採用多元系統可靠度（multi-state system），以求得符合實際狀況且較為保守之可靠度指標。 本研究利用混合整數線性規劃（MILP）優選模式結合最小切集法（minimum cut-set）建立之最小切集合搜尋模式，以實際流量、需水量條件，考慮水量之豐枯、水權大小及水庫操作規則等各條件影響，依實際之背景資料加以求解。首先，本研究將依研究地區水資源資料與水資源設施架構圖建立該區之供水系統優選模式。其次，由『最小切集法』配合混合整數線性規劃優選模式以「逐案優選之模擬模式」方法，求得系統中所有最小切集合。在系統中定義所有最小切集合管路為『關鍵管路』，並定各關鍵管路之使用年限之倒數為其破壞機率，以求得多元系統可靠度。 本研究依新竹地區水資源系統網絡架構圖及其水文資料，並考慮水庫蒸發損失等問題，依本研究建立之多元系統可靠度求解流程，以商業軟體LINGO逐案優選計算，將可求得新竹地區水利設施多元系統可靠度。本模式求解出新竹地區之多元系統可靠度Rm = 98.33(%)；但在關鍵管路方面，本研究求得管路[X2]、[X21]、[X22]、[X27]、[X35]、[X32,X39]等管路集合遭破壞時，將嚴重影響新竹地區公共用水輸送，而管路[X3]、[X12]、[X15]、[X18]、[X25]、[X27]、[X29]、[X31]等關鍵管路破壞時，將造成新竹地區農業用水在某些時刻無法供應水源至需水灌區。因此有關單位可參考此分析結果，與研究中探討防制關鍵管路破壞之方法，對關鍵管路加以保護，以防止缺水情形發生。