水利工程 91 年渠道水力學考古題

有一水平梯形渠道之流量為8m3/s，其底寬為3m，岸壁邊坡為1(水平):1(垂直)。假 設在此渠道內發生水躍，已知水躍前之水深為0.3m，試求水躍後之福祿數(Froude number)。（20 分）

九十一年公務人員高等考試三級考試第二試試題 科 別： 水利工程 考試時間： 二小時 座號： 不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。 全一頁 3m 2m 2m 3m 70m 80m 100m 1.5m 3.5m 1.5m 97m 66m 77m n1＝0.025 n2＝0.040 n2＝0.040 D34su3 一、回答以下問題： 何謂數值水理學(numerical hydraulics)？隨著電腦解析能力的增強，數值水理學近幾 年頗受水工學的重視，與實驗水理學比較，前者有那些優點？（10 分） 變量流(unsteady flow)與穩定流(steady flow)之流況的最大差異何在？（5 分） 發生水躍(hydraulic jump)的主要水理因素何在？（5 分） 何謂Kleitz-seddon 法則？（5 分） 二、計算題： 計算 ～ 矩形水路上，渠床坡降S＝1/625，糙率n＝0.019，試求等速流狀態時（流量 Q＝10m3 / s）之最佳水理斷面(the best hydraulic section)。（求出底寬、水深即可） （10 分） 題中，換為梯形斷面，其他條件與所求皆與 相同。（10 分） 對土地使用面而言，上述 與 之情況，何者較不經濟，何故？（10 分） 等速流情況時，試求下圖所示複式斷面之全流量與各部分（含主槽main channel 與 洪水平原flood plain）的平均流速。 但是，渠床坡降S＝1/1500，主槽與洪水平原糙率各為n1＝0.025、n2＝0.040（15 分） 流量Q＝10m3/s，底寬b＝6m，邊坡1：2（垂直比水平）之梯形斷面，水深y＝1.5m。 試求此斷面之比力(specific force)。(momentum coefficientβ＝1.04)（15 分） 渠床坡降S＝1/500，糙率n＝0.015，底寬b＝6m 的矩形斷面水路，等流水深y＝2m 發生了。試計算此流況時之Reynolds 數，並判別此流況為層流(laminar flow)或亂流 (turbulent flow)？（水溫＝20℃，此水溫之水的動黏性係數＝10-6m2/s）（15 分）

一寬3m 之矩形渠道，水深為1m，流速為1.5m/s，銜接一漸縮段後，渠寬減為2m。 假設流經漸縮段之水頭損失為0.04 乘以斷面束縮後之速度水頭，為保證下游束縮後 水流之福祿數等於0.8，則經漸縮段後之渠底下降量應為多少？（20 分）

一矩形渠道流入一河口，其起始水深為4m，流速為1m/s。假設渠道下游端之水位與 河口之水位相同、渠底坡度與渠道阻力可忽略不計。當河口水位開始以0.5m/hr 之速 率下降，且連續下降4 小時，試問距河口多遠處之渠道水深在經3 小時後剛好降為 3m？（20 分）

有一三角形渠道如下圖所示，渠底坡度為0.005，曼寧值為0.014。當流量為9 m3/s 時，其流況為超臨界流或亞臨界流？（20 分）

如下圖所示，二個矩形渠道由一水平之短漸縮段銜接，上游渠道之單位寬度流量為 q 1= 1.0 m 2/s，正常水深為y 1 n = 0.2m；下游渠道之單位寬度流量為q 2 = 1.5 m 2/s，正 常水深為y 2 n = 0.8m。假設流經漸縮段之水頭損失可忽略不計，試畫出可能之二種水 面線，並說明其理由。（20 分） 90。 30。 漸縮段 下游渠道 上游渠道 yn2 yn1