隨著生活及工業用水需求的持續上升,區域供水調配越顯困難,
區域水資源供水系統為一複雜系統,而系統內之各水庫及供水設施間 應如何配合蓄水與操作,與區域的水文特性、水庫位置、容量、需水 位置、需水量大小及分析標的等有關。傳統上對於水資源調配問題所 用的方式有模擬法與優選法兩種方式,而系統動力學屬於模擬法的一 種,其能顯示整個系統動態行為隨時間變化的特性,幫助決策者瞭解 一個複雜系統的架構和特性的方法論。其最初是 Jay W. Forrester (1956)在福特基金會(Ford Foundation)與史隆基金會(Alfred P. Sloan Foundation)贊助下發展,並曾利用一個訊息傳遞的因果回饋關係,分 析企業政策的制定,後來此方法進而被擴展到複雜的物理,生物學,
社會學、經濟等領域。
由於系統動力學適合於應用在與時間演進有密切關係之問題,近 年來應用益形廣泛,包括環境資源與環境污染、生態系統分析、工商 業管理及其他離散性模擬(Discrete simulation)分析,(如交通號誌 系統管制及大樓電梯停靠樓層使用管理等)、地表水污染模擬、水庫 供水系統模擬、生態系統族群變化、大氣化學與污染傳輸及溫室氣體 與全球暖化和現金流量的問題。另外,國內外學者應用系統動力學於 水資源領域之研究如下:
Simonovic et al. (1997) and Simonovic and Fahmy (1999) 利用系統 動力學概念建立水資源供需模型並應用在埃及地區,藉以評估氣候變 遷對於水資源供需的影響情形,結果顯示水庫的蒸發對於水資源規劃 是非常重要的。Stave et al. (2003) 利用系統動力學方法與水管理的概 念建立拉斯維加斯水資源模型,藉由模型闡述水資源保育的重要性與
究,以加拿大曼尼托巴流域的溫尼伯地區為研究對象,結果顯示目前 所劃分的洪水警戒區域可因應未來氣候變遷所造成的洪水容量。廖朝 軒(1994) 對區域需水量系統作模擬與預測,將之分成生活用水與工 業用水作探討。劉弘雁(1997) 以整體流域整體資源利用的觀點擬定 水資源政策,利用系統動力學模擬出自然地區、土地使用、都市地區 與水資源經營管理等系統之間的相互關係。陳婉瑜(1998) 利用系統 動力學模擬雙溪水庫計畫供水區之目標年及需水量。詹麗梅、廖朝軒 (2001) 利用系統動力學理論建立區域供水系統之模擬模式,其中包 含需水量預測與用水調配模擬模式,並建立永續性評價指標體系與評 價方法,以探討不同供水策略對供水系統永續性之影響。李孟璁(2002) 以高雄愛河為研究對象,利用河川水質模式,配合上游集水區的人口 變化、土地使用以及降雨型態的差異,並使用系統動力學的軟體 STELLA 來建構模式模擬現況,其根據研究問題與目的,建構了閘門 操控以及污水處理策略模式,並以實際資料針對模式加以驗證修改,
確定模式結構正確後,評估不同的閘門操控策略以及污水處理策略方 案對愛河水環境與生態環境的衝擊。蘇昀柏(2007) 提出一整合系統 圖與流程圖成為系統動力流圖的新方法,並以五個水資源案例來驗証 此方法之有效性,透過各種情境模擬來進一步分析系統的反應。陳禹 志(2007) 以大甲溪流域為研究對象,針對各項污染源架構出因果回 饋環路,模擬評估增加河川生態基流量、養猪離牧、風景區遊憩污染 防治及鄉鎮污水下水道系統等相關防治方案之成效。周建宏(2007) 以系統動力學理論中之各種系統基模組合出整體的综合治水模式,並 分析各基模變數間的因果關係和趨勢型態。上述論文中提出各項水資 源問題的解決方法,然而沒考量經費問題,忽略了經費對供水調度上 的重要性。
黃鈺珊(2001) 以系統動力學(System Dynamics)為基礎,並用 STELLA 軟體進行模擬,建構高屏溪流域水資源使用與都市系統模 型,並以情境分析,針對當前高屏溪流域之水資源與都市發展政策進 行政策試驗,檢視其是否達到永續發展之理念,並進一步找出兼顧經 濟與環境永續發展之策略。陳明業、童慶斌(2002) 建立淡水河水資 源系統動力模式,研究範圍包括台北、板新、石門及基隆供水區域,
針對2002-2020 年之供需水情況,進行各項規劃方案之永續性評估。
劉少華(2003) 探討汐止地區的都市發展,並加入洪災事件影響,同 時 也 對 政 府 的 防 洪 措 施 加 以 評 估 。 其 以 系 統 動 力 學 (System Dynamics)為基礎,並用 iThink 電腦軟體進行模擬,建構汐止地區 的都市系統與洪災模型,針對都市成長管理與防洪工程進行政策測 試,檢視是否達到經濟效益,在政府相關單位進行決策前,提供可能 方案的影響評估,藉以提高決策品質,減少風險。張婉如(2006) 應 用系統動力學建立多元化水資源策略分析模型,以台中地區大甲溪與 大安溪流域作為研究區域,分析各種供水策略並探討缺水量與成本之 間相互影響。李任馥(2007) 提供高屏溪流域水量水質改善參考外,
並展示用系統動力學於河川水量水質管理策略評估的可行性。上述論 文中,提出水資源的解決問題與考量水工結構物的經費,以概估性的 固定及操作成本來算出總成本,卻忽略了結構物的使用年限、還款方 式等等較為詳細的部份。
沈維民(2004) 分析傳統水庫開發成本與新興海水淡化成本問 題,並針對近十年來已開發之水資源計畫及規劃中之計畫做實證研 究,有著詳細的經費計算項目。提出在興建及營運期間所需支用之總 經費金額。包括規劃階段作業費、建造成本、利息、營運及維修成本
費、工程建造費及施工期間利息等項目。此篇論文考量了詳細的經費 項目,但未考量水量的調配以及其他多元化策略。
本研究以系統動力學為基礎,考慮多元化策略,配合詳細的經費 項目,考量結構物的使用年限、還款方式(自籌經費或政府公債)、營 運期間償還之金額,來作適當的水資源調配。