1.1 研究緣起
自來水管網因為管線的老舊劣化、腐蝕及交通荷重震動、地層運動等 因素增加管線損壞機率，造成破管漏水，進而影響供水的品質與穩定度並 增加修漏維護成本(Halhal et al., 1997； Kleiner et al., 2001； Dridi et al., 2005； Alvisi and Franchini, 2005； Dandy and Engelhardt, 2006)，故必須 定期維修汰換管線以穩定系統的供水效能(Luong and Nagarur, 2001；
Marinis et al., 2007； Kao and Li, 2007)。但在有限的汰管預算下，為有效 控 制 漏 水 ， 汰 換 逾 齡 管 線 與 高 漏 水 潛 勢 管 線 是 優 先 且 重 要 的 工 作 (Loganathan et al., 2002)。而相較於其他國家的漏水率及汰管率，如圖 1 所 示，台灣漏水率推估為 24.6% (實際漏水率有可能高於此比例)，遠高於其 他國家(如日本 7.4%，美國 14.5%，德國 9%)(水利署，95 年)，每年都有 非常多的水漏損，且又屬全球第 18 位的缺水國家(北水處，95 年)，實有必 要做好漏水控制，而控制漏水除了管線修漏維護之外，有效率的汰換管線 可以維持供水系統的可靠度及降低管線漏水率，因此國際水協會建議 1.5%
以上的汰管率(IWA, 2000)，然而如圖 2 所示，台灣的汰管率仍尚未達 1%，
如何利用有限的預算作最有效益的汰管規劃以降低漏水率及維持供水系 統的穩定度因而是一個有必要探討的重要問題，故本研究發展一些工具與 方法輔助規劃管線汰換。
一個管線是否汰換除了依其管齡與損壞維修等狀況來決定之外，尚需 要考量一些其他因子，例如漏水潛勢、漏水頻率、輸水能力、成本效益等 (自來水公司，91 年)；汰管率、管材、管齡等(莊，97 年)及關鍵性等(Kao and Li, 2007)，唯這麼多因子，如何用以篩選優先汰換的管線，有必要發展一 個系統化的方法，此亦為本研究的重點之一。而由於管線的狀況及所在環 境均不同，因而損壞的機率亦不同，故需要建立一個合理函數估算管線之
損壞機率，以作為後續評估漏水潛勢使用，本研究因而參考 Walski and Pelliccia (1982)所建議的方法來建立此函數。此外自來水管網連通性主要以 制水閥來控制，故本研究依 Walski (1987)之建議，以制水閥分區為分析基 本單位評估汰管造成的影響，此方式亦可簡化後續之分析並得到較合理之 結果。汰換某管線後將會提升其所屬制水閥分區的可靠度，而由於管網具 連通性，故亦會因而提昇受該制水閥分區所影響管網的供水品質。本研究 將依據上述所考量的因子、損壞函數及制水閥分區建立程序及模式以供篩 選及規劃優先汰換管線。
圖1 世界各國漏水率比較（整理自 水利署，95年）
汰管是提昇管網可靠度的重要工作之一，然而汰換管線需要相當龐大 的經費，但經費往往卻又很有限(Halhal et al., 1997)。且自來水管網是由許 多管線及管網元件組成的一個複雜系統，除了增加分析的困難度，若未作 好規劃，汰管的效益亦將不佳，因此，需要發展工具協助決策者進行分析 (Dridi et al., 2005)。而基於預算限制，不可能汰換所有管線，故宜優先汰 換逾齡管線、高漏水潛勢管線或是對管網供水穩定度有極大影響的管線(Li and Haimes, 1992； Hong et al., 2006)等，然而如何規劃汰管之策略，含定 義出何處的管線需要在何時及如何汰換(Alvisi and Franchini, 2005)是研究 的一大挑戰，且為簡化實際管網的複雜性及有效率、合理又快速的決定需 優先擬汰換之管線，本研究因而探討及建立一個啟發式篩選程序輔助汰換 管線規劃。
前述所發展的程序雖簡單快速好用，但不見得是最佳結果，故有必要 進一步探討發展優選模式的可能性，在過去有關汰管優選決策的研究中，
大多都以管線的維修、更換成本或是水力供水能力隨時間變化來模擬分析 管網的經濟性與水力供水可靠度，以求得在最低成本下之汰管規劃(Kleiner et al., 1998; Kleiner et al., 2001; Mailhot et al., 2003; Alvisi and Franchini, 2005; Tricarico et al., 2007)，而 Kao and Li (2007)更進一步依管線損壞關閉 制水閥對管網、用戶所造成的供水衝擊作為汰管規劃的依據，並據以發展 一個優選模式應用於一個虛擬案例中，本研究進一步將此模式應用於國外 實際案例，以期在一定經費限制下優選較佳的汰管策略。
本研究所建立的汰管啟發式篩選程序主要應用於國內自來水公司第 三區管理處的新竹系統，由於國內的管網資訊仍不足以進行模式模擬，故 優選模式之應用主要採用國外渥太華市的管網資料，分別測試及分析程序 及模式之實用性。
1.2 研究目的
為有效控制漏水以及提升管網系統的供水穩定性，必須執行管線汰換 工程，因而有必要發展適當的工具，依據汰管篩選因子及考量汰管率、汰 管預算、損壞影響、汰管效益等因素決定出需優先汰換的管線，以供決策 者在有限的汰管成本下作最有效益的汰管規劃。本研究主要研究目的因而 有下列二項：
1. 建立汰管啟發式篩選程序供迅速篩選出優先擬汰換之管線:自來水管 網是一個龐雜的系統，本研究採用制水閥分區簡化管網，並依據所收 集及建立的汰管篩選因子，建立一個汰管啟發式篩選程序篩選出自來 水管網中須優先汰換之管線，抽換可靠度低與漏水潛勢高的管線，以 提高管網的供水穩定度及降低漏水率，該程序預期簡單好用且執行效 率高。
2. 應用汰管優選模式規劃較有效益的汰管方案: 前述汰管程序雖然簡易 且執行效率高，但不見得能求得最有效益的方案，由於汰管成本頗高，
因而有必要妥善規劃如何使用有限的預算，讓有限的汰管成本作有效 益的汰管規劃，本研究群過去已建立汰管優選模式， 但從未在實際案 例中應用，故本研究將其應用於國外案例區上，以測試其實用性及求 得汰管效益較佳的方案。
1.3 論文內容
本論文之後續章節中，第二章回顧國內外自來水管網汰管之現況、汰 管所需考量因子與汰管成本及程序與模式之發展等相關文獻；第三章首先 簡介本研究流程，然後詳細說明本研究發展的汰管篩選之程序與之前研究
案例研討，以加拿大渥太華市的管網為案例區，首先簡介案例，然後整理 分析汰管相關資料，除了應用之前研究所發展模式，含結合 EPANET2 (Rossman, 2000)模式模擬結果，進行汰管方案優選。最後第六章總結本研 究並提供後續研究建議。