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WRASIM為本分署於民國93~95年間「通用性區域水資源調度與供需分析模式建立」之計畫成果。WRASIM 由成功大學周乃昉教授研究室參考美國科羅拉多州立大學開發之MODSIM 模式發展而來。

所採理論概要

WRASIM係以最小成本網流規劃法為基礎所建置之通用性廣域水資源供需利用模擬模式。所謂網流係指由許多的節點與箭線所組成的網路圖形,節點代表一處位置,箭線則為節點間具方向性的連結,其上具有水流動。模式主要的限制條件為流入一節點與流出該節點的流量應守恆,且箭線具有水流流量上下限的限制,而每條箭線被賦予一單位水流的成本或權重係數。最小成本網流規劃即是要在符合節點間水流進出守恆、且每條箭線上的流量符合上下限制的情況下,找出最小成本的整體流動方式。若一網流具有m個節點,則其最小流動成本的網流命題如圖1。

式中,`m` =節點總數,`i, j` = 節點編號,`x_(ij)` = 自節點i流至節點j的流量,`c_(ij)` = 自節點i至節點j間箭線上每單位水量的流動成本或權重,`i_(ij)` = 連接節點`i`至節點`j`之間箭線上流量的下限值,`u_(ij)` = 連接節點i至節點j間之箭線流量的上限值。在上述各式中,第(2)式代表流量進出節點守恆的限制式,而第(3)式則代表箭線流量大小的限制式。

圖2所示為一通用性水資源系統的網流圖例,圖中將水資源系統之組成區分為:入流、水庫、水力電廠、淨水場、匯流點或引水點、用水需求與終端等7類節點,各節點間相連之箭線則可能為:河道、水庫放水工、圳路、引水隧道及輸水管路等。依據如第(1)~(3)式之數學命題,網流模式將可求得符合優先順序要求之水量分配結果。

WRASIM之最大優勢為其水量分配概念明確,藉由適當設定需求或水庫蓄水的順序,模式可有效求解複雜的廣域系統水量分配課題。 

功能

為能分析台灣地區各類的水資源廣域運用課題,WRASIM模式包含一系列的模組提供各類功能選項,參見圖3。

輸出入資料

WRASIM模式將實體系統節點主要分為:水庫 (單獨運用或聯合運用水庫)、一般需求 (消耗性或非消耗性需求)、尖峰發電用水需求 (考慮與水庫蓄水間之非線性關係)、特定農業用水需求 (考慮迴歸水)、入流 (天然入流或水文模式模擬流量)、河道蓄水、抽水區域、淨水場、一般匯流、分流與系統終端等類。

應用範圍與限制

模式提供圖形化之拖曳式節點與箭線網路建置界面,便利建立水資源系統,可快速建立不同樣態之系統。

依據所建置網路架構,定義之入流量歷線、水庫庫容、用水需求、水量分配順序等條件,模式將每一日於網路內水量分配自動轉換成網流規劃之命題,並由網流規劃的演算法求解配水結果,獲得之結果可確保符合水量守恆及考慮淨水、輸水設施之容量限制。

透過合宜設定水量分配優先順序,可模擬水權順序、優先引用未受控制川流水源、依據運用規線分配水量、多水庫聯合運用之蓄水與放水順序、水資源系統內不同輸水路線偏好等。