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研究生: 劉源清
YUAN-CHING LIU
論文名稱: 建築物筏基空間於都市抗旱與防洪之研究-以台北市為例
A Study of Urban Drought Prevention andFlood Control Using Building Raft Foundation Space
指導教授: 鄭政利
Cheng-Li Cheng
口試委員: 江維華
none
林慶元
Ching-Yuan Lin
陳伸賢
none
彭雲宏
Y.H. Perng
丁育群
none
學位類別: 博士
Doctor
系所名稱: 設計學院 - 建築系
Department of Architecture
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 198
中文關鍵詞: 街廓建築物筏基翡翠水庫抗旱颱風都市防洪線性 規劃倒傳遞類神經網路K-means
外文關鍵詞: street blocks, mat foundations, Feitsui Reservoir, draught control, typhoon, city flood control, linear programming, back-propagation network, K-means
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  • 由於地球暖化氣候變遷,致使全球各地區天候異常,降雨型態極端變化,時而乾旱無雨,水庫乾枯缺水,時而超大豪雨,都市泛濫成災。而因應氣候變遷,天候異常而造成都市乾旱無水可用及颱風豪雨洪泛等危機肆虐,有效解決都會旱澇之方法之一,即增加都市之蓄水設施容量,乾旱時期可蓄水抗旱,颱風豪雨時期又可防洪減災。本研究提議利用台北地區既有且閒置之建築物筏式基礎空間容量,當作都市之蓄水設施容量。可於乾旱時節,調配台北地區之翡翠水庫之水量,以解決乾旱缺水問題,另一方面,亦可於颱風暴雨期間內蓄洪減災,據以降低颱風之洪峰逕流量,而達都市防洪安全之目的。本研究在「抗旱」方面,利用線性規劃建立抗旱模式並經實際案例演算,提出具體可行之筏基抗旱水量調配操作表,以期增加實際應用之實用性。在「防洪」方面,亦利用線性規劃建立防洪模式,同時也經實際案例演算驗證。研究結果顯示,筏基之防洪模式對於台北都市地區颱風暴雨期間之洪峰削減率,具有相當之防洪效益。本論文同時再利用倒傳遞類神經網路及K-means clustering 等方法,建立筏基之防洪模式並進行預測驗證,透過數值運算及推估分析,預測結果相當精確。研究成果顯示,本論文所建立之建築物筏基空間,運用於都市抗旱與防洪之操作模式,對於都市之防災有具體之效益與可行性。未來如何落實執行,仍有技術上之實質課題,需要後續研究深入探討。


    Global warming has caused many abnormal weather conditions, and the rate of
    rainfall across the globe has also been changed drastically, ranging from draught which causes the reservoirs to dry out completely, or heavy rain, which flooded the cities. These abnormal weather conditions have created many dangerous situations for cities as the rainfall goes from one extreme to another, from complete dryness to typhoon and major floods. One of the most effective solutions is to set up water storage within the cities to increase water storage facilities. There water storage can relief the damage caused by draught, and they can also prevent floods caused by typhoons or heavy rain. This research suggests that mat foundations in abandoned buildings can be used for such purposes. During the draught seasons, these storages can help allocate water resources for the Taipei Feitsui Reservoir and relieve water shortage problems. During rainy seasons, these reservoirs can also retain excess water and decrease runoffs caused by typhoons, which secures the safety of the cities.
    There are two major topics for this research. For draught control, linear programming and calculation can help design draught control models in order to draft functional water control charts of the mat foundations, which in return can help increase the functionality of this research. For flood control, linear programming and calculation can also be used to help design flood control models. Predictions can then be made using methods such as back-propagation networks and K-means. The result of this research supports the hypothesis that the mat foundations used as water reservoir for flood control can truly decrease the runoff peaks caused by heavy rain and typhoons, and it has greatly retained flood.

    摘要.....................................................Ⅰ 英文摘要.................................................Ⅲ 謝誌.....................................................Ⅴ 目錄....................................................VII 圖目錄...................................................XI 表目錄.................................................XIII 符號表..................................................XV 第一章 緒論........................................... 1 1.1 研究緣起........................................ 1 1.2 研究目的........................................ 4 1.3 研究方法與步驟.................................. 5 1.4 研究架構........................................ 10 第二章 文獻回顧與調查................................. 13 2.1 抗旱研究文獻................................... 13 2.1.1「水資源供給端」之乾旱研究................ 13 2.1.2「水資源需求端」之乾旱研究................ 17 2.2 防洪研究文獻及資料調查......................... 20 2.2.1 防洪操作研究............................. 21 2.2.2 台北乾旱及淹水記錄........................ 24 2.2.3 建築物筏基利用之調查...................... 30 第三章 理論基礎....................................... 35 3.1 線性規劃(Linear Programming, LP) .............. 35 3.1.1 線性規劃發展沿革......................... 35 3.1.2 線性規劃概論............................ 36 3.1.3 線性規劃實例說明......................... 38 3.2 倒傳遞類神經網路 (Back-Propagation Neural Network, BPNN) ................................. 40 3.2.1 類神經網路發展沿革........................ 40 3.2.2 倒傳遞類神經網路的架構.................... 41 3.2.3 誤差倒傳遞演算法(Error Back-propagation, EBP) ..................................... 42 3.2.4 權重與偏權值修改.......................... 43 3.2.5 EBP 學習演算法程序........................ 45 3.3 K-means 分群法................................. 47 第四章 筏式抗旱模式.................................. 53 4.1 抗旱模式之概要說明............................. 53 4.2 研究對象之資料調查............................. 55 4.2.1 研究對象建築物之資料..................... 55 4.2.2 台北市年累積降雨量之資料................. 55 4.2.3 台北市月累積降雨量之資料................. 57 4.2.4 研究對象建築物之用水量概況............... 58 4.3 翠水庫資料及操作............................... 60 4.3.1 翡翠水庫概況............................. 60 4.3.2 水庫操作規線............................. 60 4.3.3 翡翠水庫各旬之平均水位高度............... 62 4.4 抗旱模式之條件界定............................. 63 4.5 抗旱模式之建立................................. 67 4.6 小結................................. 73 第五章 街廓筏基防洪模式.............................. 77 5.1 防洪模式之概要說明............................. 77 5.2 研究對象之資料調查............................. 83 5.2.1 研究對象街廓-筏基之資料.................. 83 5.2.2 颱風降雨量之資料......................... 84 5.3 防洪模式之建立.................................. 87 5.3.1 防洪評估指標............................. 87 5.3.2 防洪模式之構想........................... 88 5.3.3 防洪模式之建立........................... 89 5.4 結果與討論..................................... 93 5.4.1 防洪模式之結果........................... 93 5.4.2 洪峰削減率之分析......................... 95 5.4.3 雨水流量控制閥值之分析................... 96 5.5 防洪操作預測與結果............................. 99 5.5.1 防洪操作之預測........................... 99 5.5.2 預測輸出值轉換表......................... 100 5.5.3 預測結果................................. 103 第六章 結論與建議..................................... 107 6.1 結論........................................... 107 6.2 建議........................................... 109 參考文獻............................................... 111 作者簡介............................................... 117 著作目錄............................................... 119 附錄................................................... 151

    A. 期刊
    A-1 張凱堯、張斐章,「人工智慧於都市防洪排水系統控制之研究」,臺灣農業
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    A-3 張麗秋、林永堂、張斐章,「結合OLS 與SGA 建構輻狀基底類神經網路
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    A-4 林旭信、蔡孝忠、甘秉玄、廖英博,「結合群聚分析與人工智慧於颱風時
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    A-5 黃文政、袁倫欽、李詩茜,「翡翠水庫規線調整方案之探討」臺灣水利,
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    A-6 王如意、潘宗毅、宋文元,「遞迴式類神經網路之系統識別及其於降雨-
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    B. 書籍
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    B-2 張斐章、張麗秋,「類神經網路」,東華書局。
    B-3 張智星,「MATLAB 程式設計與應用」, 清蔚科技。
    B-4 羅華強,「類神經網路-MATLAB 的應用」,高立圖書有限公司。
    B-5 莊鎮嘉、鄭錦聰,「MATLAB 設計程式實務」,全華科技圖書股份有限公司。
    B-6 王玉磊、邱罡,「從零開始學MATLAB」,中国鐵道出版社
    B-7 張乃斌,「環境系統分析原理 (上、下冊) 」,茂昌圖書有限公司。
    C. 研討會論文
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    C-3 劉源清,鄭政利,姚汾涼,丁家偉,(2006.9.),「建築物筏基雨水收集利
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    D. 學位論文
    D-1 黃鳴毅,「颱風災害救災能量配置評估之研究-臺北市為例」,碩士論文,
    國立交通大學,新竹(2003),指導教授陳俊勳。
    D-2 袁倫欽,「水庫供水操作與乾旱預警系統之研究」,博士論文,國立臺灣海
    洋大學,基隆(2005),指導教授黃文政。
    D-3 賴怡君,「台灣地區降雨乾旱分析之研究」,碩士論文,國立臺灣海洋大學,
    基隆(2006),指導教授黃文政。
    D-4 邱奕儒,「社區雨水利用與節能之經濟整合評估模式建立」,博士論文,國
    立臺灣海洋大學,基隆(2008),指導教授廖朝軒。
    D-5 高靜儀,「建築物導入雨水利用系統之設計與模擬評估」,碩士論文,國立
    臺灣科技大學,台北(2000),指導教授鄭政利。
    D-6 邱寶慧,「台灣地區雨水利用潛能分析與評估」,碩士論文,國立臺灣海洋
    大學,基隆(2006) ,指導教授廖朝軒。
    D-7 廖明誠,「建築雨水利用之降雨分區與節水潛力評估研究」,博士論文,國
    立臺灣科技大學,台北(2008),指導教授鄭政利。
    D-8 程培嘉,「雨水抽水站監控系統之模糊控制研究」,碩士論文,國立臺灣科
    技大學,台北(2007),指導教授黃緒哲。
    D-9 葉佳典,「都市低漥地區於暴雨期間滯洪池排水操控模擬之研究」,碩士論
    文,國立屏東大學,屏東(2004),指導教授柯亭帆。
    D-10 姚汾涼,「既有建築物筏式基礎防洪效益評估-以台北市為例」,碩士論
    文,國立臺灣科技大學,台北(2006),指導教授鄭政利。
    D-11 黃景川,「以地下室輔助建築物防洪應變之研究」,碩士論文,國立暨南國
    際大學,南投(2007),指導教授林政德。
    D-12 丁家偉,「既有建築筏式基礎導入雨水利用系統效益評估之研究— 以台
    北市為例」,碩士論文,國立臺灣科技大學,台北(2005),指導教授鄭政利。
    D-13 張堯忠,「水庫標的線性規劃問題之損益網絡模式與解法」,碩士論文,
    國立臺灣大學,台北(2010),指導教授劉佳明、童慶斌。
    D-14 顏君凌,「翡翠水庫不同乾旱限水標準之評比」,碩士論文, 成功大學,
    台南(2003),指導教授周乃昉。
    D-15 蔡孟蓉「類神經網路結合衛星影像預報颱風降雨量」(2006),指導教授張
    斐章。
    D-16 江衍銘、張斐章,「類神經網路於水文氣象-以雷達及數值天氣預報資訊建
    構洪水預測」,博士論文,國立臺灣大學,台北(2007),指導教授張斐章。
    D-17 高慧珊,「以自組特徵映射網路推估蒸發量」,碩士論文,國立臺灣大學,
    台北(2007),指導教授張斐章。
    D-18 莊子弘,「類神經網路於淹水範圍推估之研究」,碩士論文,淡冮大學,台
    北(2010),指導教授
    D-19 鄭伊婷,「以複合型模式分析區域淹水潛勢」,碩士論文,淡冮大學,台北
    (2010),指導教授張麗秋。
    D-20 王珍貴,「應用類神經網路模式模擬颱風降雨量」,碩士論文, 成功大學,
    台南(2006),指導教授周乃昉。
    E. 研究報告
    E-1 經濟部水利署,「台灣地區水資源開發綱領計畫」,臺北,臺灣 (2003)。
    E-2 經濟部水利署,「台灣地區民國九十二年蓄水設施水量營運統計報告」,臺
    北,臺灣 (2003)。
    E-3 經濟部水利署,「台灣地區民國九十年各標的用水量統計報告」,臺北,臺
    灣 (2003)。
    E-4 經濟部水利署,「台灣地區民國九十二年工業用水量統計報告」,臺北,臺
    灣 (2003)。
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    灣 (2003)。
    E-6 蔡勳雄、李至倫,「當前缺水現況與因應對策」,2002。

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