本文研究目的為利用多標的優選模式尋求符合供水及河川水域環境的最佳水利設施營運策略。河川水域環境將以具有自然變化範圍的流量為評估標準，本文以變化範圍法(Range of Variability Approach，RVA)中的32個水文改變指標(Indicator of Hydrologic Alteration，IHA)來評估河川水流特性受水利設施蓄引水的影響，另將32個水文改變指標的水文改變度(degree of hydrologic alteration)整合成單一的整體水文改變度(overall degree of hydrologic alteration)，以利優選模式的演算。在水利設施的營運效率方面則以缺水率來評估。由於河川流量的保留與取水對水利設施的營運而言是互相衝突的標的，亦即無法同時達到個別的最低值，本文以多標的妥協規劃(compromise programming)的演算方式來尋求對河川水域環境影響最小且缺水率最少的水利設施營運策略。
本文將所建議的方法應用於曾文溪支流後堀溪的南化水庫系統，由於其水源除本身集水區逕流量外，另包括來自高屏溪支流旗山溪甲仙攔河堰的越域引水，因此本文所考慮的水利設施包括南化水庫及甲仙攔河堰，由於在興建之前即有引水利用，因此需保留既有的水權量，本文假設河道放流量有最高的優先順序，其次為既有水權量，最後為水庫之計畫供水量及攔河堰之越域引水量。水庫及攔河堰系統營運模式建立後，以1959年至1995年的日流量紀錄為基礎，首先確定未受水利設施影響各個IHA之RVA標的，其次以相同的流量紀錄經由模擬模式的演算探討無河道放流量、定值河道放流量及隨豐枯季節變化河道放流量對河川水域整體水文改變度及缺水率之影響，並利用妥協規劃推求最佳的營運策略。研究結果顯示，水利設施營運若無保留河道放流量，將會對河川水域環境產生嚴重的影響，由於水利設施營建及河川水域環境的維護無法同時達到個別的最佳狀態，但經由本文所建議多標的規劃方法的使用，對水利設施營運績效及河川水域環境維護有量化的評估結果，因此可提供水利設施管理者制定決策時之量化依據。

In this paper, a multiobjective optimization model is presented to search for the optimal reservoir-weir operation scheme aimed to simultaneously assure the water-supply stabilities and sustain the natural flow variations.  The Range of Variability Approach (RVA) and thirty-two hydrologic parameters, called Indicators of Hydrologic Alteration (IHA), are used to evaluate the hydrologic alteration of streamflows caused by reservoir-weir operation.  The resulting hydrologic alterations of 32 IHAs are then combined into a single index such that it can be incorporated in the objective function of optimization model.  Shortage ratio is used to evaluate the operation performance of water-supply system.  Since water supply and instream flow release are conflicting, the multiobjective optimization model is needed to solve these conflicting objectives in water-supply system.  The compromise programming algorithm is used in this study to derive the optimal reservoir-weir operation for simultaneously consideration of minimum impacts to aquatic environment and minimum shortage ratio.
The Nunhua reservoir, located at the Houchueh Creek, a tributary of Tsengwen Creek, is used as an example to illustrate the proposed methodology.  Part of Nunhua reservoir inflow is transported interbasinly from Chiahsien weir located at Chishan Ceek, a tributary of Kaoping Creek.  The water-supply facilities considered in this study include a reservoir and a weir.  Prior to construction, the registered agricultural withdrawal is diverted, this water withdrawal is also considered a operating goal of reservoir-weir system.  The water releasing priority is instream flow, registered agricultural withdrawal, and the projected water supply from reservoir.  The daily flow records from 1959 to 1995 are used to establish RVA target.  The same flow series is then used as an input to the simulation model to determine the post-impact flow series.  In this study, various operating schemes, including no instream flow release, constant inflow release and wet-dry season varying inflow release, are evaluated to determine associated impacts on shortage ratio and hydrologic alteration.       The results reveal that no instream flow released from hydraulic facilities would cause significant impacts on riverine environments.  It cannot achieve the individual optimal condition for conflicting purposes such as water-supply and sustaining riverine environment.  The methodology proposed in this study could serve as a useful quantitative evaluation tool for the decision makers of the water-supply systems.

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謝誌	                                              i
中文摘要	                                             ii
ABSTRACT                                              iv
目錄	                                             vi
圖目錄	                                            vii
表目錄	                                           xiii
第一章 緒論	                                     1
1.1緣起	                                              1
1.2文獻回顧	                                     2
1.3內容導論	                                     6
第二章 研究方法	                                     7
2.1變化範圍法	                                     7
2.2水庫及攔河堰系統營運模式	                           13
2.3缺水指標	                                    20
2.4妥協規劃	                                    21
第三章 個案研究─南化水庫及甲仙攔河堰系統             23
3.1南化水庫及甲仙攔河堰概述	                           23
3.2壩址及攔河堰流量記錄	                           24
3.3水權量	                                             26 
3.4計畫供水量	                                    28
第四章 結果與討論	                                    29
4.1水庫及攔河堰興建前之流量變化特性	                  29
4.2無河道放流量時之水文改變狀況及缺水率               34
4.3定值河道放流量時之水文改變狀況及缺水率             36
4.4權重值對定值最佳河道放流量的影響	                  42
4.5隨豐枯季變化河道放流量之水文改變狀況及缺水率	45
第五章 結論與建議	                                     47
5.1結論	                                              47
5.2建議	                                              48
參考文獻　	                                     49
附錄

圖目錄
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圖2-1 水庫及攔河堰系統示意圖	14
圖3-1南化水庫及甲仙攔河堰位置圖	24
圖3-2南化水庫各月份平均入流量	26
圖3-3甲仙攔河堰各月份平均流量	26
圖3-4南化水庫計畫供水量各月份平均用水比例	28
圖4-1南化水庫五月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化情     
形	31
圖4-2南化水庫年最大一日流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化     情形	31
圖4-3南化水庫高流量延時在水庫興建前後及不同河道放流量之變化情形	32
圖4-4甲仙攔河堰五月平均流量在攔河堰興建前後及不同河道放流量之變     化情形	33
圖4-5甲仙攔河堰年最大一日流量在攔河堰興建前後及不同河道放流量之     
變化情形	33
圖4-6甲仙攔河堰高流量延時在攔河堰興建前後及不同河道放流量之變化     情形	34
圖4-7 南化水庫計畫供水量在不同河道放流量時之缺水率	37
圖4-8 南化水庫既有水權量在不同河道放流量時之缺水率	38
圖4-9南化水庫在不同河道放流量時之整體水文改變度	38
圖4-10甲仙攔河堰既有水權量在不同河道放流量時之缺水率	39
圖4-11 甲仙攔河堰在不同河道放流量時之整體水文改變度	40
圖4-12不同河道放流量時之標的函數值(L)	41
附圖-1南化水庫一月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化情    
形	52
附圖-2南化水庫二月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化情   
形	52
附圖-3南化水庫三月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化情    形	53
附圖-4南化水庫四月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化情    形	53
附圖-5南化水庫五月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化情    
形	54
附圖-6南化水庫六月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化情    形	54
附圖-7南化水庫七月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化情   
形	55
附圖-8南化水庫八月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化情    
形	55
附圖-9南化水庫九月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化情    形	56
附圖-10南化水庫十月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化情   
形	56
附圖-11南化水庫十一月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化   
情形	57
附圖-12南化水庫十二月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化   
情形	57
附圖-13南化水庫年最小一日流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化   
情形	58
附圖-14南化水庫年最大一日流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化   
情形	58
附圖-15南化水庫年最小三日流量平均值在水庫興建前後及不同河道放流量之   
變化情形	59
附圖-16南化水庫年最大三日流量平均值在水庫興建前後及不同河道放流量之   變化情形	59
附圖-17南化水庫年最小七日流量平均值在水庫興建前後及不同河道放流量之   變化情形	60
附圖-18南化水庫年最大七日流量平均值在水庫興建前後及不同河道放流量之   變化情形	60
附圖-19南化水庫年最小三十日流量平均值在水庫興建前後及不同河道放流量   之變化情形	61
附圖-20南化水庫年最大三十日流量平均值在水庫興建前後及不同河道放流量   之變化情形	61
附圖-21南化水庫年最小九十日流量平均值在水庫興建前後及不同河道放流量   之變化情形	62
附圖-22南化水庫年最大九十日流量平均值在水庫興建前後及不同河道放流量   之變化情形	62
附圖-23南化水庫年最小七日流量平均值對年平均流量比值在水庫興建前後及   不同河道放流量之變化情形	63
附圖-24南化水庫年最大ㄧ日流量發生時間在水庫興建前後及不同河道放流   量之變化情形	63
附圖-25南化水庫年最小ㄧ日流量發生時間在水庫興建前後及不同河道放流   量之變化情形	64
附圖-26南化水庫年每年發生低流量之次數在水庫興建前後及不同河道放流   量之變化情形	64
附圖-27南化水庫年每年發生高流量之次數在水庫興建前後及不同河道放流   量之變化情形	65
附圖-28南化水庫發生高流量延時在水庫興建前後及不同河道放流量之變化   情形	65
附圖-29南化水庫發生低流量延時在水庫興建前後及不同河道放流量之變化   情形	66
附圖-30南化水庫流量平均增加率在水庫興建前後及不同河道放流量之變化   情形	66
附圖-31南化水庫流量平均減少率在水庫興建前後及不同河道放流量之變化   情形	67
附圖-32南化水庫每年流量逆轉次數在水庫興建前後及不同河道放流量之變化   情形	67
附圖-33甲仙攔河堰一月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化   情形	68
附圖-34甲仙攔河堰二月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化   情形	68
附圖-35甲仙攔河堰三月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化   情形	69
附圖-36甲仙攔河堰四月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化   情形	69
附圖-37甲仙攔河堰五月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化   情形	70
附圖-38甲仙攔河堰六月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化   情形	70
附圖-39甲仙攔河堰七月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化   情形	71
附圖-40甲仙攔河堰八月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化   情形	71
附圖-41甲仙攔河堰九月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化   情形	72
附圖-42甲仙攔河堰十月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變化   情形	72
附圖-43甲仙攔河堰十一月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變   化情形	73
附圖-44甲仙攔河堰十二月平均流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變   化情形	73
附圖-45甲仙攔河堰年最小ㄧ日流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變   化情形	74
附圖-46甲仙攔河堰年最大ㄧ日流量在水庫興建前後及不同河道放流量之變   化情形	74
附圖-47甲仙攔河堰年最小三日流量平均值在水庫興建前後及不同河道放流量   之變化情形	75
附圖-48甲仙攔河堰年最大三日流量平均值在水庫興建前後及不同河道放流量   之變化情形	75
附圖-49甲仙攔河堰年最小七日流量平均值在水庫興建前後及不同河道放流量   之變化情形	76
附圖-50甲仙攔河堰年最大七日流量平均值在水庫興建前後及不同河道放流量   之變化情形	76
附圖-51甲仙攔河堰年最小三十日流量平均值在水庫興建前後及不同河道放流   量之變化情形	77
附圖-52甲仙攔河堰年最大三十日流量平均值在水庫興建前後及不同河道放流   量之變化情形	77
附圖-53甲仙攔河堰年最小九十日流量平均值在水庫興建前後及不同河道放流   量之變化情形	78
附圖-54甲仙攔河堰年最大九十日流量平均值在水庫興建前後及不同河道放流   量之變化情形	78
附圖-55甲仙攔河堰年最小七日流量平均值對年平均流量比值在水庫興建前後   及不同河道放流量之變化情形	79
附圖-56甲仙攔河堰年最大ㄧ日流量發生時間在水庫興建前後及不同河道放   流量之變化情形	79
附圖-57甲仙攔河堰年最小ㄧ日流量發生時間在水庫興建前後及不同河道放   流量之變化情形	80
附圖-58甲仙攔河堰每年高流量次數在水庫興建前後及不同河道放流量之變   化情形	80
附圖-59甲仙攔河堰每年低流量次數在水庫興建前後及不同河道放流量之變   化情形	81
附圖-60甲仙攔河堰高流量延時在水庫興建前後及不同河道放流量之變化情   形	81
附圖-61甲仙攔河堰低流量延時在水庫興建前後及不同河道放流量之變化情   形	82
附圖-62甲仙攔河堰流量平均增加率在水庫興建前後及不同河道放流量之變   化情形	82
附圖-63甲仙攔河堰流量平均減少率在水庫興建前後及不同河道放流量之變   化情形	83
附圖-64甲仙攔河堰每年流量逆轉次數在水庫興建前後及不同河道放流量之變   化情形	83

表目錄
頁次
表2-1 RVA所使用之水文改變指標(IHA)	9
表2-2各組IHA對河川生態系統的影響	10
表3-1南化水庫及甲仙攔河堰月平均流量	25
表3-2南化水庫及甲仙攔河堰之保留水權量	27
表4-1南化水庫及甲仙攔河堰興建前流量之RVA上下限	30
表4-2不同河道放流量時之水庫及攔河堰缺水率及整體水文改變度	36
表4-3不同權重值之水庫及攔河堰最佳河道放流量與相對應之缺水率及整體   水文改變度	44

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