臺灣博碩士論文加值系統

都市的自來水系統，新舊管線雜陳，錯綜複雜，為了減少地震災害發生時維生管線損壞的風險，檢討管線在災後的績效能力及預測是相當重要的一環，隨著電腦科技的日益精進，自來水管網系統發展出很方便的物理模式以計算管線中的各項參數，但對於地震發生時的災害尚未能有效的預測。在此背景之下欲發展一套模擬方法，能結合MikeNet物理模式精準計算管線中水理參數的優點又能簡單將地震發時強度模擬進入物理模式中，其計算結果便代表發生地震時所顯現的管網水理情況。對於管網而言，其受地震災損的程度可表現在災後還有多少可通水的程度上，在模擬地震時，首先基本環境根據真實資料來設定，此時物理模式算出來的水理參數是無地震時的參數，而後根據管線材質在不同地震強度下所得到破壞機率推估出研究區域在某地震強度下可能破壞的管數，最後配合災損率與災損點數代入物理模式計算得到地震發生時的流量。
藉由多次的隨機模擬可得到重要節點在任一地震強度下的流量可能分布，以中興新村為例在五級地震下剩餘水超過該區用水需求量的機率高達九成，而在六級地震之下僅剩三成機率大於用水需求量。相較於過去的研究只能做到可通水機率的計算，本研究可以推估出可通多少水量的機率，並以流量分部來展示出破壞程度，以期對於決策者在建構自來水系統時能對該區需要投入多少經費有一定程度的預知。

The urban water supply system is extremely complex. It’s very important to consider the performance ability and prediction in order to reduce the risk of lifelines broken in earthquake disaster. By progressing of computer technology, the water supply network system develops a convenience physical model to calculate the parameter in the model, but it’s a pity that the model couldn’t make a prediction effectively. Under this background, the study evolves a way of simulation to combine the advantage of calculating the network water-parameter in MikeNet physical model precisely, at the same time put the intensity simulation into physical model. The outcome is the situation of water supply network shown in the earthquake. To the water supply network, the destructiveness degree is presented in how much water supply after earthquake disaster. According to real data institutes the basic environment when simulating at first. The water-parameter calculated by physical model is the parameter without earthquake condition. Then according to the material damaged probability of network in different degrees of earthquake predetermine the expectancy broken numbers of network under certain degree of earthquake in the study area. Finally putting the damaged probability and numbers of damaged points into physical model get the water flow in earthquake.
By random simulation gets the data of water flow expectancy distribution of the key node in any degrees of earthquake. Taking Jhong-sin-sing village for example, it’s almost 90% that the partial probability of water left is over needed in the level five of Richter scale; it’s only 30% in the level six of Richter scale. Comparing to the reference, it only calculates the probability of water passed. The study is to predict the probability of water passed and show the destructiveness degree in the way of water flow distribution. When building water supply system, the decision-maker has known how many budgets are needed.

目 錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
圖目錄 vii
表目錄 viii
第一章 前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究架構 4
1.4 文獻回顧 5
第二章 自來水分布模式 10
2.1 物理模式簡介 11
2.1.1 MIKE NET 12
2.1.2 EPANET 13
2.1.3 WaterCcd 13
2.1.4 INFOWORKS 14
2.2 Mike Net理論架構 15
2.3 物理模式之控制元件 18
2.3.1 link 19
2.3.2 pump 21
2.3.3 Valves 23
2.3.4 Node 23
第三章 模式資料數值化處理 26
3.1 由纸面資料轉入數值資料的數化流程 28
3.2 DTM資料的處理與轉換 31
3.3 雙線性內插法推估節點高程 35
3.4 物理模式推估節點需求 40
第四章 模擬地震災損後之供水模式 45
4.1 災損點之重要與應用 47
4.2 地震災損模擬架構 48
4.3 管線破壞程度定義 51
4.3.1 每一災損點修復所需成本推估 54
4.3.2 換管所需成本推估 55
4.4 模擬製造流量分佈 56
第五章 應用實例分析 57
5.1 分析區域 57
5.2 中興供水區現況 59
5.3 將災損點加入水力分析 68
5.3.1 管網環境設定 70
5.3.2 模擬地震 74
5.4 建立受震破壞後可靠的流量分佈 88
第六章 結論與建議 92
6.1 結論 92
6.2 建議 94
參考文獻 96
符號彙編 99
附錄A：matlab程式碼與說明 101
附錄B：自來水公司維護修補工程各項單價表 105
附錄C 地震災損模擬狀況 111
附錄D各鄉鎮災損迴歸公式 117
圖目錄
圖1.1自來水管線流量分析架構 3
圖2.1 Mike Net操作介面 12
圖2.2 EPANET之操作介面 14
圖 2.3 物理模式計算流程 19
圖3.1 跨軟體處理流程 28
圖3.2 自來水管線維修派工單格式(型式一) 29
圖3.3 自來水管線維修派工單格式(型式二) 29
圖3.4 災損資料庫形式 30
圖3.5 ERDAS轉成DTM資料示意圖 32
圖3.6 ER MAPPER切割圖形操作 33
圖3.7 ER MAPPER切割後產生新圖形 33
圖3.8 ER MAPPER微調校正切割區域 34
圖3.9 DTM匯出轉成文字形式 34
圖3.10經處理得到文字格式的XYZ三維座標 35
圖3.11 格網三維座標與管網節點高程關係示意圖 36
圖3.12 雙線性內插法示意圖 37
圖3.13 ArcView多邊型鄉鎮界及所屬屬性資料 43
圖3.14 設定人口參數對應多邊型屬性資料中屬於人口數欄位的資料 43
圖3.15 MIKENET結合ArcView最終推估出節點用水量 44
圖4.1 地震災損模擬流程 50
圖4.2 輕度、中度與嚴重破壞在物理模式中的模擬 51
圖4.3 修補處即代表災損點的存在 53
圖5.1 中興供水區所在地理位置圖 59
圖5.2管網模式中Tank操作畫面 63
圖5.3林子頭淨水場設備及水位示意圖 65
圖5.4營盤口淨水場設備及水位示意圖 66
圖5.5中興供水區與北中寮地區設備及水位示意圖 67
圖5.6 921地震中興供水區的實際災損點出現位置 68
圖5.7管網管徑分佈狀況 69
圖5.8 管網模擬模擬地震前初始環境示意圖 73
圖5.9 管網流量分佈狀況 88
圖5.10 五級地震高供水點流量分佈 89
圖5.11 五級地震低供水點流量分佈 90
圖5.12 六級地震高供水點流量分佈 91
圖5.13 六級地震低供水點流量分佈 91
表目錄
表1.1修訂麥加利地震烈度表 7
表1.2 九二一地震管線受震破壞類型與破壞件數(王炳鑫，2000) 8
表 2.1 各種摩擦方程式的計算式 20
表 2.2 各種材質的粗操係數 20
表 2.3 管網系統中，各種狀況的次要損失係數 21
表4.1 管線在不同地質、震度之軸向應變破壞機率 47
表4.2 大地應變災損迴歸關聯表 48
表5.1 各深井設備功能表 60
表5.2 各淨水場、加壓站電動抽水機設備情況 61
表5.3 配水池設備情況 62
表5.4 北中寮各加壓站與配水池及其規格 63
表5.5營盤口淨水場加壓站操作組合 71
表5.6林子頭淨水場加壓站操作組合 72
表5.7 環境設定和附屬元件參數的關係 73
表5.8 中興供水區管線設備狀況表 74
表5.9 五級地震第一次模擬破壞程度 75
表5.10 六級地震第一次模擬破壞程度 79
表5.11 五級地震模擬20次破壞程度比例與流量表 88
表5.12 六級地震模擬20次破壞程度比例與流量表 90
表6.1 五級地震模擬時在不同選管條件下的平均破壞程度比例與流量 93

參考文獻
[1] 吳富春、沈易徵，以蒙地卡羅模擬探討非飽和土壤異質性對入滲之影響，台灣水利，第四十七卷，第三期，1999，第66∼81頁。
[2] 徐德修等，自來水埋置管線系統破壞度評估（一），行政院國家科學委員會防災科技研究報告76-08號，1987。
[3] 蔡錦松、葉奕昌、周立德，自來水地下管線耐震分析法探討，自來水會刊，第二十卷，第二期，第34-44頁。
[4] 蔡錦松等，自來水主要管線材料之耐震特性與改善探討，自來水會刊，第二十一卷，第二期，第25-35頁。
[5] 蔡錦松、侯信宇，延性鑄鐵管通過斷層之設計原則，自來水會刊，第二十一卷，第三期，第40-51頁。
[6] 黃翰林、徐義人、余家慶，河堤溢流之風險分析，農業工程學報，第四十三卷，第一期，1997，第36-48頁。
[7] 葉錦勳，地震災害損失評估方法，土木技術，第二卷，第四期，1999，第73-80頁。
[8] 羅俊雄等，Haz-Taiwan地震災害損失評估系統，國立台灣大學「台大工程學刊」，第八十五期，2002，第14-32頁。
[9] 張景鐘、倪雪甄，九二一集集大地震建物災損評估模式探討，土木工程技術，第五卷，第一期，2001，第97-122頁。
[10] 鄭蘩、李咸亨、陳志佩，台北市地下管線地震危害度，結構工程，第十三卷，第一期，1998，第3-24頁。
[11] 周鴻昇等，南投地區地工震災調查與分析，地工技術，第八十一期，2000，第69-84頁。
[12] 朱健行，自來水有效維持管理要點之探討，中華民國自來水協會會刊，第十九卷，第三期，第28-45頁。
[13] 朱健行，自來水管網水力分析淤參數優選之探討，自來水會刊雜誌，第五十二期，第37-56頁。
[14] 朱健行，自來水工程與專家系統，自來水會刊雜誌，第四十七期，第33-45頁。
[15] 王炳鑫，台灣九二一集集地震公共給水管線設備損害報告，中華民國自來水協會會刊，第十九卷，第一期，2000，第64-81頁。
[16] 詹統光，921地震三週年對天然氣系統災害防治的省思，第21-36頁。
[17] 葉遵賢節譯，1999集集大地震的災害及處理─輸氣管線篇之（一），第9-22頁。
[18] 葉遵賢節譯，1999集集大地震的災害及處理─輸氣管線篇之（二），第52-66頁。
[19] 吳章銘，地震災害的狀況分析及消防關的因應對策，第42-52頁。
[20] 弓銓企業股份有限公司，渦流流量計安裝使用操作維護說明書，e-mail:metertek@seed.net.tw.。
[21] 吳陽龍等，自來水管線參與管道共構計畫之探討，自來水會刊，第三十八期，1991，第27-43頁。
[22] 吳瑞賢、林永敏，自來水管網之最佳化設計及擴建分析，自來水會刊雜誌，第五十五期，第42-55頁。
[23] 廖宗盛、吳陽龍，自來水供應的穩定與安全─台北區自來水系統的現況與未來，自來水會刊雜誌，第四十四期，第39-52頁。
[24] 蔡錦松、侯信宇、周立德，自來水管線通過斷層之耐震對策，自來水會刊，第二十卷，第三期，第3-15頁。
[25] 陳志豪，以管線承受應變來源探討自來水管線受震破壞之風險分析，碩士論文，國立台北科技大學環境與管理規劃研究所，台北，2003。
[26] 林一鳴，應用921地震前後三角點位移資料建立自來水管線災損模式之研究，碩士論文，國立台北科技大學環境規劃與管理研究所，台北，2003。
[27] 駱尚廉、楊萬發，環境工程（一）自來水工程，茂昌圖書有限公司，2000
[28] A. Sevtap Selcuk, M. Semih Yucemen, Reliability of Lifeline Network under Seismic Hazard, Journal of Reliability Engineering and System Safety, 1999,pp.213-227.
[29] C. H. Loh, A. H-S. Ang, and Y. K. Wen, Spatial Correlation Study of Strong Motion Array Data with Application to Lifeline Earthquake Engineering, Journal of Civil Engineering Studies, Structural Research Series No.503, March 1983.
[30] Che-Hao Chang, Yeou-Koung Tung, and Jinn-Chuang Yang, Evaluation of Probability Point Estimate Methods, Journal of Appl. Math. Modelling 1995, Vol. 19 ,February.
[31] Che-Hao Chang, Jinn-Chuang Yang, Member, ASCE, and Yeou-Koung Tung, Member ASCE, Uncertainty Analysis by Point Estimate Methods Incorporating Marginal Distributions, Journal of the Hydraulic Engineering, March 1997,pp.244-250.
[32] C. H. Yeh, L. C. Chou, and C. Y. Lee, Verification of Haz-Taiwan Using Parameters Derived from Chi-Chi Earthquake, The First International Conference on Structural and Dynamics, December, 2000,pp.653-658.
[33] Epp,R. and Fowler,A.G.., Efficient Code for steady state Flows in Networks, Journal of the Hydraulics Division ,Proceedings of the American Society of Civil Engineers,vol.96,NO.HY1,January,1970,pp.43-56.
[34] Hamam, Y.M., & Brameller, A. 1971. Hybrid method for the solution of piping networks, Proc. IEE, Vol. 113, No. 11, pp. 1607-1612.
[35] Masakatsu Miyajima and Masaru Kitaura, Response Analysis of Water Supply Pipelines Network for Seismic Diagnosis, Post-Earthquake Lifeline System Reliability,pp.424-431.
[36] M. Shinozuka, S. Takada, H. Ishikawa, Some Aspects of Seismic Risk Analysis of Underground Lifeline Systems, Journal of Pressure Vessel Technology, February 1979,vol.101,pp.31-43.
[37] Osiadacz, A. J., Simulation and Analysis of Gas Networks, E & F Spon Ltd., London,UK,1991.
[38] Petr Ingeduld, Modeling of Water Distribution Systems with Mike Net, 2003
[39] Rajesh S. Rao,A.M. ASCE and Mehdi S. Zarghamee, F. ASCE, Seismic Risk Analysis of Concrete Pipelines, Post-Earthquake Lifeline System Reliability,pp.401-413.
[40] Salgado, R., Todini, E., & O''Connell, P.E. 1988. "Extending the gradient method to include pressure regulating valves in pipe networks". Proc. Inter. Symposium on Computer Modeling of Water Distribution Systems, University of Kentucky, May 12-13.
[41] Shamir, U., and Howard, D. D., Water Distribution Systems Analysis, Journal of the Hydraulic Division, ASCE, Vol. 94, No. HY1, January, 1968, pp.219-234.
[42] Todini, E. & Pilati, S. 1987. "A gradient method for the analysis of pipe networks". International Conference on Computer Applications for Water Supply and Distribution, Leicester Polytechnic, UK, September 8-10.
[43] Wailed A. Moussa, Risk-Based Reliability Evaluation of Multi-Site Damage in Pipelines, Journal of Computers ind. Engng Vol.35,Nos 3-4,pp.595-598,1998.