文獻回顧

本研究內容涵蓋了水資源調配、流程轉換與系統動學力學，以下 將對過去關於「水資源調配分析」、「流程轉換」與「系統動力學」的 研究作一整理與回顧。

1.2.1 水資源調配分析

傳統上對於水資源問題的分析方式可分為模擬法與優選法。

Yeh(1985), Wurbs (1993)曾對水庫管理及操作模式，做過理論發展演 進之整理及介紹，包含線性規劃(LP)、動態規劃(DP)、非線性規劃(NLP) 及模擬法。Labadie(2004)更對多水庫最佳操作，做過詳細的理論發展 演進之整理及介紹。

(1)模擬法

模擬模式為一種模仿實際系統行為的演算程序，可詳細並準確 描述水資源系統複雜之特性，符合實際現場操作之情況。其方法為一 種分析物理系統運轉的技巧，以程式語言將實體系統操作的特性與行 為複製，為一種模仿實體系統行為的演算程序。其代表性者為美國陸 軍工程師團的 HEC-5 模式，此模式可用以模擬流域性的水庫蓄水利 用及防洪作業；1985 年經濟部水資會(水利署前身)曾與荷蘭戴伏特水 工所(Delft Hydraulics)合作發展一針對台灣地區設計的水量分配電腦 模式(RIBASIM，RIver BAsin SIMulation)，荷蘭提出之 RIBASIM 模 式係修正自美國麻省理工學院發展之 MITSIM 模式，此模式可模擬一 複雜供水系統之水量調配，並具有水質分析、經濟評估等多項功能，

且模式已建立一 GIS 導向的使用者介面，使用者即可以此建構水資源 系統及輸入相關資料，惟其程式碼目前並未對外開放，造成使用者不 能詳細地了解模式之運作過程，亦無法對其作任何修改，皆亦屬於逐 一分配模擬模式之範疇。林松青等(1990)提出簡化型串聯水庫運用模

式，將串聯水庫疊加成一等量水庫，然後進行該等量水庫之模擬演 算，以求得整個串聯水庫系統之出水能力，並因忽略串聯水庫間之側 向流量，故特別分析側向流量相關因子之變動對於運用模擬結果之影 響，以推求簡化型模式適用之條件與範圍。徐年盛等（1992）進行淡 水河流域地表水與地下水最佳聯合運用之模擬模式的研究。吳瑞賢等 人(1996)以模擬分析配合局部搜尋之方法，應用於曾文水庫與烏山頭 水庫運轉規線之制定並研究其操作。林松青等人(1998)採用保持各水 庫水位指標相等原則之放水策略，藉由數學解析方式，推導並聯水庫 系統中任一水庫放水量之通式，並據以發展系統聯合運轉之模式。楊 淑敏(1998)利用 RIBASIM 模式進行分析攔河堰、淨水場及水庫增建 計劃在各目標年時不同方案組合之最大供水量，並試以找出一組最佳 聯合調配方案，使得淡水河流域地區在未來一、二十年內免於面臨缺 水之苦。黃文政等人(2000)藉由歷史流量及序率水文模式所產生的合 成流量，配合水庫旬計進水量及各標的常水年旬計配水量等資料，針 對水庫實際營運上所遭遇的問題，進行水庫系統的模擬分析與探討，

以尋求理想之操作規線。

模擬法雖然能掌握系統細節，符合實地操作現況，缺點為不能提 供數學意義上的最佳解。

(2)優選法

優選法係將問題以嚴謹的數學形式表達，再應用優選方法求解，

常用的數學規劃方法為線性規劃法(linear programming, 簡稱 LP)、動 態規劃法（dynamic programming, 簡稱 DP）及網流法(network flow programming, 簡稱 NFP)、混合整數規劃法(mixed-integer programming) 以及以人工智慧為基礎之類神經網路法(neural network)等，且多為探 討多水庫之規劃與經營操作問題。鄭韻如(2002)以線性規劃為核心建

立多水庫聯合營運模擬模式，並應用於南部區域水資源調配之探討，

其模擬模式中應用線性規劃法求解各個模擬時刻系統之最佳水量調 配；林松青(2002)將遺傳演算法結合解析模擬的觀念及可視化模擬技 巧，應用於整合型區域水庫與攔河堰聯合運轉系統之研究；張育雅 (2003)以線性規劃法為核心發展大甲溪與大安溪聯合營運單一時刻 內最佳的配水量模擬模式，並採用遺傳演算法針對鯉魚潭水庫優選出 可同時考慮長、短期水文狀況之複合式規線；李志鵬(2004)利用線性 規劃發展一有效率且可彈性地應用於各種複雜水資源系統之多水庫 聯合營運跨時刻優選模式，並以遺傳演算法為南部區域之曾文、烏山 頭及南化三座水庫制定一組可同時考慮長、短期水文狀況之多水庫聯 合營運複合式操作規線，以期使三水庫之營運能發揮最大效益，使南 部區域的水資源能有最佳之運用。

網流規劃為線性規劃的特殊解法之一，其將原線性規劃問題的對 偶模式(dual model)加以轉換，成為一跨時段的網路系統，再對此特殊 網路形式問題加以求解。網流法代表性模擬模型有美國德州水資源開 發理事會(Texas Water Development Board, TWBD)的 SIM、SIMYLD 模型(1972)，用以模擬德州水資源系統計畫的開發時程問題，包含何 項計畫、在何時、應興建至何規模，及應如何操作等，此一網流模擬 分析系統營運概念，其後被廣泛引用在世界其他國家水資源分析 (Graham,1986)。周乃昉(1998)利用動態網流模式由歷史紀錄分析水資 源在區域內跨時刻最佳配水量後，再進一步以類神經網路模式學習系 統內即時配水特性，並歸納系統最佳經營調配策略，分析民國 100 年 南部高屏嘉南地區水資源供需系統，結果顯示預估的系統最佳即時供 水策略相當良好。蔡嘉訓(2002)分別利用水庫水位指標相等(BWLI) 與已知水庫供水比例作為決定各個水庫供水量之規則建立一多水庫

系統之模擬模式，在考慮水庫水位指標下，在每一旬中利用兩向變數 將具水庫操作規線與打折供水規則之多水庫供水系統進行公式化成 一通用之模式，將每一旬中之通用模式以及各個水庫之水位指標計算 式做為限制條件，而令系統之缺水指標以及各個水庫間之水位指標差 為最小做為目標函數以進行該旬中多水庫供水系統之最佳聯合操 作；考慮水庫供水比例下，以水庫供水比例取代水庫水位指標，利用 長期優選模式且在系統中之水量能夠跨時段使用之條件下，事先求得 最佳水庫供水比例，並將所求得之最佳水庫供水比例，進行逐時段優 選模式以便與考慮水庫水位指標進行比較。

動態規劃相當適合用以求解多時段之水庫操作問題，但應用在多 水庫之操作問題時，最大的困難點在於多考慮一座水庫即增加一個系 統變數，及一個至數個決策變數，以致受到維度障礙(Curse of

Dimensionality)之限制。

上述水資源調配分析方法之文獻，皆先會對問題了解後繪製系統 圖與流程圖，再透過系統圖與流程圖來建置模擬模式，然而實際建置 模式時，卻已經將系統圖與流程圖整合，但是其整合的資訊經常隱藏 於分析者的思維中，而有礙於知識的傳承。

1.2.2 流程轉換

欲探討流程轉換之文獻，首先必須先對流程及流程表達工具進行 定義，再進行流程轉換之文獻回顧。

(1)流程之定義與概念

Davenport(1990)指出流程(Process)是企業為達成特定的成果所實 行一連串邏輯相關的工作表現，它也是企業的核心，一組流程構成一 個企業系統。Davenport 和 Short 提出出企業流程是由三種元件組合 而成：○1 個體(Entities)：指的是流程所流經過的組織或部門，它們可

以是組織內或是組織外的個體。○2 物件(Object)：指的是某一流程產 出的結果，產出的結果可以是實體型態也可以是資訊等形態的輸出。

○3 活動(Activity)：流程中的活動可以分成管理的活動或是一般性的作 業。Melan(1992)提出流程有三個關鍵要件：轉換活動、回饋控制與 可重複性。Davenport (1993)對流程有新的定義，將流程分成三個依序 層次。首先，在流程層次(Process Level)必須建立所有流程的流動與 互相連貫的流程願景(Process Vision)；其次，在次流程層式(Subprocess Level)以描述一般流程的手法闡述每一個次流程；最後，活動層次 (Activity Level)中清楚的描述從事每一個主要活動所需的人、資訊、

時間等。本研究中是利用流程圖進行流程表達工具，而且 Davenport 於 1990 年提出組成流程的三種元件正是流程圖所要表達出來的資 訊，因此本研究便採用此定義作為流程的概念。

(2)流程表徵工具：

流程表徵的定義反映了不同的流程定義與概念，欲表達出不同流 程的定義與概念，勢必採用不同的流程表徵工具。然常見的流程表徵 工具有流程圖(Flow Chart)、IDEF(Integrated Computer Aided

Manufacturing DEFinition)、斐氏網(Petri Nets)等流程表徵工具，本研 究是利用流程圖進行流程表達工具，故只針對流程圖進行說明，其說 明如下。

流程圖(Flow Chart)是一個使用簡單符號來描述工作與決策並且 使用線條將工作與決策之間的關係進行描述，所要表示的是針對特定 的流程進行由輸入到輸出的整個轉換工作。傳統的流程圖雖然簡單，

但是應用在企業界卻難以發揮效果，因為企業的許多核心流程往往都 是橫跨多個部門才能算是一個完整的流程，因此許多企業所採用的是 W. Edwards Deming 所創造，而由 Myron Tribus 在美國大力宣傳的交

互功能流程圖(Deployment Flow Chart)。交互功能流程圖是傳統流程 圖的一種變形，它將一個完整的流程圖切割成許多功能別的角色，再 依流程中各項元件的歸屬功能別分別繪製到該功能下，但是圖中各元 素之間的關係並沒有改變，改變的只是流程圖中的擺放位置。因此它 能夠繪製出一個完整跨單位的流程，而且能夠顯示出此流程中誰必須 負責來完成每項工作。也能利用此流程圖顯示在專案小組中的成員如 何展開其專案。因為它能夠顯示出某一特定的流程所流經的功能別，

及各功能別在此流程中所必須處理的工作及扮演的角色。故本研究採

及各功能別在此流程中所必須處理的工作及扮演的角色。故本研究採