水利工程 106 年水資源工程學考古題

有一抽水系統，設計抽水量為2.0 m3/min，總動水頭為50 m，假定抽水機及馬達 效率各為80%，試求理論水馬力（註：常數= 0.163，1 KW = 1.34 Hp）及馬達所需 之馬力數（Hp）？（10 分） 若須在1.2 km 內埋設一輸水管線，輸送自來水（攝氏20 度）流量為0.04 cms，其 允許之管流能量損失液頭2.4 m（註： g v

都會防洪計畫之工程手段包含建構海綿城市、配合野溪治理、河道治理、興建堤防、 加強區域排水、建置滯洪設施與興建抽水站。請以颱風暴雨及短延時強降雨兩類洪 災分別討論說明這七項工程手段的防洪功能特性及如何進行整體防洪效益的評估。 （25 分）

灌溉渠道常利用堰來量測流量，通常種類有三角形堰及矩形堰。此兩者有何差異， 且優缺點為何？若利用三角形堰量測流量，為何流量與水頭h（溢流水深）的2.5 次 方成正比？（20 分）

D L f h 2 f = ），試設計應採購之鑄鐵管直徑 應為若干（mm）？ （ν20℃,water = 1.011 × 10 -6 m2/sec ，鑄鐵管之管壁粗糙高度Ks = 0.000259 m ， 14 .1 log 0.2 1 + = S K D f ）（15 分） 二、何謂在槽水庫、離槽水庫？優缺點為何？請從國內水庫中列舉二個水庫及其所屬水 系分別屬於在槽水庫、離槽水庫。（25 分）

水資源規劃時常以缺水指數（SI）為推算某一水庫完成後之供水潛能，請問若以此公 式分析比較已經完成之某水庫因為氣候變遷後供水潛能的變化，需要注意那些因素？ 缺水指數定義為SI = 2 1 100 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ∑ = 年需水量 年供水量 年需水量 N i N ，式中N 為分析年數。（25 分）

有一大型集水區，下游因都市開發需設置防洪牆，其設計標準為200 年洪水。該集 水區設有數個雨量站，且下游設有一個流量站，因此已收集到各雨量站20 年的時雨 量資料及3 年流量站的流量資料。試問如何推求200 年洪水量？請具體說明推估的 步驟流程及可能用到的相關理論與方法。（20 分）

試推導等向（isotropic）、均質（homogeneous）之拘限含水層（confined aquifer）之 三維地下水水流方程式（flow equation）為： t h k S z h y h x h 0 2 2 2 2 2 2 ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + + （h = piezometric head 測壓管水頭，k = hydraulic conductivity 滲透係數，S0 = specific storage，t = time；其餘定義詳見附圖）（25 分）

某一城鎮之堤防為提高保護標準，將原先為重現期10 年的洪水保護標準提高為重現 期20 年洪水保護標準，試問在完工後20 年內發生溢頂的風險可降低到原來情況的 多少%？（25 分）

若需水量是固定的，為30 m3/s。水庫預定地點的入流量如下，試問最小庫容應為多 少？（20 分） 月 1 2 3

臺灣年平均總降雨量約930 億噸，請說明如何估算？因水資源不足所以需要水庫， 試從森林水庫、人工水庫及地下水庫觀點闡述永續水庫的真諦。（25 分） y z dy dx dz qy qx qz x qy qz qx dy dz z x y dx

如下圖所示，一條矩形渠道中有一個等寬度的洩水閘門，渠道單位寬度流量為0.20 m2/s， 閘門上游水深 y1 = 0.50 m，下游水深 y2 = 0.07 m，V1 及V2 為上、下游流速。若底 床坡度為水平，水的密度為1,000 kg/m3，試求閘門所受的水流衝擊力（F）？（25 分） F 洩水閘門 y2 y1 V2 V1

9 10 11 12 流量m3/s 48 42 23 11 14 22 45 55 43 35 27 21 四、兩河川平行且相距1000 m，其間含水層的K 值為0.5 m/day，該區域每年降雨量 15 cm，蒸發量每年10 cm，若一邊河川的水位為20 m，另一邊河川的水位為18 m， 兩條河流間單位寬度的流量為何？（20 分） 五、水力發電乃利用流量及落差達到發電的目的，試問水力發電的方式大致可分為幾 種，並說明其個別的特性及條件？（20 分）