水資源工程考古題｜歷屆國考試題彙整

有一梯形渠道，其底寬爲6 m，側坡比為1 H：1 V，渠底縱坡爲0.001， 渠道終點爲自由跌水，若假設曼寧係數n 0.02  。當輸送流量爲30 cms 時， 求正常水深、臨界水深並判斷此水面剖線應為那一種曲線？為什麼？ （20 分）

公路橫斷水流的通路時，可設置涵洞使水流穿越，此涵洞之進水口控制 的流況通常可分爲那四種？詳述說明之。（20 分）

有一流量Q 水流流經平行雙管系如下圖所示，若AB 管長150 m，管徑 0.6 m，BC 沿1 號路徑管長1200 m，管徑0.45 m，沿2 號路徑管長 1500 m，管徑0.3 m，且CD 管長300 m，管徑0.45 m。假設沿管路產生 之摩擦損失條件均相同，忽略所有次要損失，以曼寧公式計算水頭損失， 曼寧糙度係數n 0.013  ，試求從B 點到C 點之水頭損失為何？（10 分） 從A 點到D 點之水頭損失為何？（10 分）答案皆以 x L h = KQ 之形式 表示。 註：圖片不依實際比例繪製。 A B hL C D

河川與海洋或湖泊相銜接部分稱為河口，常因其異質作用，使得河道變 寬、流速改變，於出口處經常形成沙洲，以輸沙之觀點出發，依大河川 及小河川（或區域排水）二類，分別提出河口治理之方法，使得河道於 計畫洪水量發生時，水流可順利安全通過。（20 分）

於地下水理論中，考量一均質且具等向性之水平非拘限（unconfined）含 水層內之地下水抽水，假設水井完全貫穿含水層，請推導水井力學估算 抽水量之平衡公式，即西姆（Thiem）公式。請以Q 表抽水量，h 表距離 抽水井中心r 處之不透水底部起算之水深，K 表水力傳導度，D 表含水 層厚度，抽水井半徑為rw，抽水井水位為hw，影響半徑為r0。以上符號 不一定全用，若有不足，可自行定義。（20 分）

給水工程又稱為自來水工程，係指以工程設施導引及供應合於水質標準 之用水給予民眾或產業使用。請描述自來水工程由取水至用戶端之流程 與設施。（25 分）

水文循環過程包含水的貯蓄（stock）及流動（flux），在長時間的水循環 平衡情境下，全球海水的體積約為1335 百萬立方公里，海水的每年蒸發 量約為0.41 百萬立方公里、海面的每年降雨量約為0.37 百萬立方公里、 陸地流入海洋的每年逕流量約為0.04 百萬立方公里，請估算長期平均而 言，水循環過程中，水於海洋的停留時間（residence time）。（25 分）

某水力發電計畫，水頭落差為30 m，引水流量為2 m3/s，引水管路總長 度為0.6 km，管徑為80 cm，Darcy–Weisbach 公式之摩擦損失因子為 0.035，管路之其它水頭損失以摩擦損失之10%估計，水輪機之效率為 89%，發電機之效率為94%。若每度電（kWh）可以有6 元之收益，且 每日以此條件發電20 小時，請問一年將有多少金額（元）之發電收益？ （25 分）

某水庫預定壩址之連續12 年年流量體積為：18、14、8、6、7、15、10、 7、4、8、7、15 單位，請運用序列尖峰法（sequent peak method）推求水 庫之最小所需容量，用以滿足每年8 單位之用水需求。（25 分）

請說明：（每小題10 分，共20 分） 抽蓄式發電運轉時有能量損失，為何仍具經濟運轉成效？ 何謂水庫運用規線？應如何設定防洪運轉所需之滯洪空間？

請有系統地，自上游至下游，依序說明一具有供水、發電及防洪標的之 多目標水庫的綜合防淤措施，以促進水庫的永續利用。（20 分）

某城市面對旱季給水、電力的需求增加、居民遊憩設施及減少沿岸居民 的洪災威脅等要求。今擬建造一洪災消滅、給水、發電及遊憩的多目標 水庫為替代方案之一。水庫建造費估計為4,050 萬元，營運維護費用為 每年50 萬元。經估算效益包括每年90 萬元的遊憩效益，70 萬元發電收 益，40 萬元給水效益等，另每年可獲得100 萬元的洪災消減基金。水庫 壽命預定50 年，效益發生於完工後第一年。資金利息為5%，請估算此 替代方案的淨效益與益本比。（20 分） 參考公式：現值為 N N i i i ) 1( 1 ) 1( A P + − + = ；式中A 為年值。

城巿委員會欲建一小溪土壩，其成本為500 萬元，為保護土壩需做溢洪 道。根據當地的歷史洪水資料分析後，得知每年有0.25 機率出現一次或 多次嚴重洪水，有0.10 機率出現超大洪水。大、小兩種溢洪道在該兩類 洪水中損壞的估計機率如下： 嚴重洪水 超大洪水 破壞 安全 破壞 安全 大溢洪道 0.05 0.95 0.1 0.9 小溢洪道 0.10 0.90 0.25 0.75 若溢洪道在嚴重或超大洪水下失去排洪效用，則土壩將潰決，其修復費 為原壩的500 萬元，但修復費外需要再加上洪災損失。據估計因嚴重洪 水有70%和30%產生100 萬元和300 萬元的災損，而超大洪水則有70% 和30%產生300 萬元及500 萬元災損。請基於較小的期望支出，建議該 委員會建300 萬元的大溢洪道？還是200 萬元的小溢洪道？（20 分）

何謂逕流分擔與出流管制？為何需辦理逕流分擔與出流管制？請以一 綠地面積占50%的大型平地遊樂園區重新開發成商業區為例，說明技術 上可以如何削減洪峰流量，以達成出流管制之要求。（20 分）

有一集水區設計降雨量及逕流係數之統計量分別如下表所示： 參數 平均值 變異係數 面積（平方公里） 0.10 0.005 設計降雨量（mm/hr） 100 0.21 逕流係數 0.80 0.09 集水區下游已既有存在一排水管，若排水管輸水容量為1.71 立方公尺每秒。假設設 計流量及排水管輸水容量間差異分布為高斯分布，其標準高斯之累積機率分布f(Z) 如下表所示。試問設計逕流量超過既有排水管輸水容量之機率？（20 分） Z 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 0.2 0.579 0.587 0.595 0.603 0.610 0.4 0.655 0.663 0.670 0.677 0.684 0.6 0.726 0.732 0.739 0.745 0.752 0.8 0.788 0.793 0.800 0.805 0.816 1.0 0.841 0.846 0.851 0.855 0.860 1.2 0.885 0.889 0.892 0.896 0.900 1.4 0.919 0.922 0.925 0.928 0.931

有一管流水系，由A 管分流成B、C 兩條管，再匯流到D 管。各管件的長度及管徑如 下表所示。A 管及D 管兩端之水頭差為20 公尺。若各管件之摩擦係數均為f = 0.030， 試計算B 及C 管之流量。（20 分） 管件 長度（公尺） 管徑（公分） A 200 50 B 400 20 C 400 40 D 500 50

在一非拘限含水層進行抽水試驗。已知含水層厚度為15 公尺，井之抽水率為100 L/sec， 經24 小時的抽水試驗，量測離井50 及100 公尺處之水位洩降分別為 0.412 及0.251 公尺。試問含水層之水力傳導係數。（20 分）

有一圓排水管涵設於道路下方。排水管長30 公尺，縱坡0.004，曼寧糙度0.022。排 水管上游端為方緣入口（square-edged entrance），其流量束縮係數為0.62。已知排水 管之設計流量為5.0 立方公尺每秒，上游設計水位為3.5 公尺（自上游端管涵內徑底 部起算）。若下游為自由流況，試計算管涵之直徑。（20 分）

試詳述減低洪水災害損失的措施。（10 分）

試詳述提升灌溉用水效率的方法。（10 分）

某地區10 年內僅發生一次降雨量超過下水道設計流量而造成淹水的機率為1/6，試 問該地區下水道設計流量的迴歸期為何？（20 分）

一滯洪池的下游牆面上有一矩形出水口（下圖為側視圖），高度0.5 m，寬度0.6 m， 流量係數為0.65。若忽略上游流速，試計算出水口流出量。（20 分）

一抽蓄發電廠，總水頭為180 m，水庫的水域面積為8 km2，其發電及抽水流量均為 250 cms，每次連續運轉時間為5 小時。若水路損失為總水頭4%，發電水輪機的效 率為72%，抽水機的效率為64%，試求： 發電5 小時之總發電量（以kW-hr 為單位）？（10 分） 5 小時後水庫水位變化為何？（5 分） 該電廠的整體效率為多少？（10 分）

一個採用透水性鋪面的停車場面積為0.50 公頃，逕流係數為0.42，設計降雨強度為 120 mm/hr，試求停車場排水溝的設計流量。（15 分）

一水庫由上游河川流入大量的泥沙，泥沙顆粒的平均直徑為0.1 mm，比重為1.6，阻 力係數為21.8，水的密度1.0 g/cm3。若水庫的平均水深為54 m，試估算泥沙由水面 沈降至水庫底部所需的時間。（20 分） 出水口 2.0 m 0.5 m 0.4 m 0.6 m 0.5 m 出水口斷面

何謂伏流水（underflow）？其與地下水之異同為何？水權應如何審查登記？（15 分）

若欲興建土壩以完成乙座自來水水庫，請說明如何決定該水庫之壩高？（25 分）

一果園採用樹枝狀（branch type）管路之噴灌系統，請問在設計流量下，此一管網 之水力應如何計算以設計最佳管徑並檢核所需壓力？設計及操作上如何控制水量及 水壓以維持各噴頭穩定之噴灑區域？（25 分）

防洪的工程方法是建設防洪工程以降低洪水位或阻擋洪水，以減少洪水溢流氾濫的 機會，請概述防洪的工程方法。（15 分）

今欲自水源A 輸送水到B 村，初步擇定在3 個替代目的地之一建立淨水場：B1、B2 及B3，完成之輸水管路必須連結水源A 與其中之一的替代目的地。由於地形及地 質等因素，介於A 與B 之間經勘定有不同的路線可選擇佈管，惟管路建設成本不盡 相同，如下圖所示，管路可通過圖中自1 至11 之地點，連接兩地點的管路建設費 用標示於線條上方，請找出最小成本的一條輸水路線。（20 分） A 2 5 8 B2 B1 B3 11 10 9

3 1 4

3 4 4 4 4 3 3 4 4 5 5 5 5 5 1 1 2 2 2 6 6 6

8 8 7 7 7 9 1 9

某流域影響流量之參數包括流域面積、設計降雨強度及逕流係數，經估算結果三個 參數之平均值分別為3.6 km2、100 mm/hr 及0.70；變異係數（coefficient of variation, 標準差／平均值）分別為0.03、0.25 及0.10，試計算流域出口之平均流量（10 分） 及其標準差。（15 分）

有一水平管線系統，糙率係數n = 0.015，如圖所示，若A 與D 處之水頭差（head difference）為10 ft，且忽略次要損失，試計算分歧管Q1及Q2流量各為若干。（25 分）

民國98 年8 月莫拉克颱風侵襲臺灣，造成臺灣中南部地區重大災情，試分析災害 產生的原因，（15 分）另南部科學園區臺南園區在颱風侵襲時，幸未有重大災情， 試探討其原因。（10 分）

試說明推估蓄水庫容量的方法。（10 分）

說明地層下陷的原因及其對臺灣的影響。（15 分） A B C D 500ft 20 in dia. 1000ft 18 in dia. Q1 4000ft 10 in dia. 5000ft 12 in dia. Q2

由一小型混凝土重力壩的壩體橫切面顯示壩頂寬1.5 m，底座寬11 m，壩高20 m， 上游面為垂直。假設滿水位之水深為16 m，考慮完整上頂力，摩擦係數為0.7，每 立方公尺混凝土重24 kN（千牛頓），忽略地震及冰壓力，請估計此壩體傾倒及滑 動的安全係數。（20 分）

一反力（reaction）水輪機由一條長60 m、管徑200 cm 的壓力鋼管供水，鋼管糙度 （ε ）為1 mm，前池頭水位比尾水管入口高出30 m，後者比尾水道的尾水位高出5 m。 若水輪機效率為90%，流量為20 cms，則水輪機之輸出功率為多少kW？若欲使輸 出功率增加1,000 kW 時，流量應增加多少？（20 分） 註：摩擦因子得採用下式概估：f = 0.0151 + 5.30 512 − ε ε 2

茲擬在一特別易受洪水災害的河段建造堤防，為達成不同保護程度的堤防年成本 （包括投資成本及維護費用）列於下表。經估計當洪水流量超過河道可無害通過流 量時，將造成約3,000 萬元的損失，又此損失值與洪水位及洪水歷時相關性甚低。 現況下尚未改善的河道可通過10 年重現期的洪水，且每年所需維護費用為20 萬元， 上述興建堤防的年成本中已包含本項河道維護費用。若僅考慮經濟因素，請問有無 必要沿此河段興建堤防？如果有必要，請問應採取何種保護程度為宜？（20 分） 重現期 （年） 20 50 100 200 堤防年成本 （萬元） 120 200 270 320

有位農夫在某個生長季裡使用1 m 深的水灌溉其田地，作物耗水量為120 cm，有效雨 量為400 mm，灌溉水的鹽分濃度為500 mg/L。請估算田間灌溉效率與生長季結束時 土壤水的鹽分濃度。若農夫希望控制生長季結束時土壤水的鹽分濃度在2,250 mg/L， 則田間灌溉效率為何？（20 分）

自來水公司擬將水價自8.5 元/m3提高至10 元/m3，假設需求彈性為0.2，請問預期 需求水量可減少多少？當價格改變後，水公司統計發現需求水量減少4.5%，則真實 的需求彈性為何？（20 分） 提示： P dP Q dQ E − = ，式中，E 為需求彈性，Q 為需求水量，P 為水價。

試述水文模式於水利工程之重要性。並說明實際應用水文模式於工程規劃作業所需 之步驟？（25 分）

水源可分為地表水源與地下水源，請參考下圖，依一年之豐水期、枯水期地下水使 用時機，說明地表及地下水聯合運用的原則？（25 分）

河川之「流量延時曲線」有何應用？下表為某一河川流量資料，試求其「流量延時 曲線」。（列表表示即可，不用畫圖）（25 分） 項次 年 月 流量 項次 年 月 流量 1 1965 10 742 11 1966 8 283 2 1965 11 1,060 12 1966 9 322 3 1965 12 1,000 13 1966 10 404

1966 1 1,500 14 1966 11 787

1966 2 1,080 15 1966 12 2,100

1966 3 6,460 16 1967 1 4,410

1966 4 10,000 17 1967 2 2,750

1966 5 13,080 18 1967 3 3,370 9 1966 6 4,910 19 1967 4 5,170 10 1966 7 981 20 1967 5 19,680 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月 需水量曲線 川流量曲線 川流水使用 水庫蓄水 川流水流失 地下水補注 水庫供水 水庫供水 地下水補注 地下水補注 水 量 94 年公務人員升官等考試、94 年關務人員升官等考試試題 代號： 科 別： 水利工程 全一張 （背面） 36541 四、各時刻需水量均為3000 萬噸，水庫A 之初始蓄水量為2600 萬噸，水庫B 則為 1600 萬噸，在條件允許之下盡可能滿足需求，若超越壩頂則由溢洪道溢流至河川中， 請根據下列圖表之資料計算，並以兩水庫指標平衡為放水原則，計算各時刻各水庫 之供水量與溢流量。（25 分） 水庫分層與蓄水量關係(萬噸) 分層 水庫A 水庫B 壩頂 4000 2000 分層三頂 3000 1500 分層二頂 2000 1000 分層一頂 1000 500 壩底 0 0 各水庫入流量(萬噸) 時刻 水庫A 水庫B t = 1 200 400 t = 2 2000 1500 t = 3 500 400 水庫A 水庫 B 入流量 入流量 需求量 供水量 供水量 河川 溢流量 河川 溢流量

請說明生態工法規劃設計之理念，以及推動該工法時所面臨之問題。（20 分）

如何設置建築物之中水道及利用污水回收再利用以應付乾旱期之缺水損失？試說明 其佈置及方法。（25 分）

請問水庫之定義為何？ 請詳細說明興建水庫所將面臨之問題為何。 （20 分）

說明可靠度（reliability）、風險度（risk）在水資源工程之重要性。 如何定義可靠度及風險度？ （25 分）

在防洪工程中，關於各級河川及區域排水之防護標準為何？ 在水土保持技術規範中，涵洞之設計原則為何？ 請說明在涵洞之水力設計上注意那些事項？ （20 分）

如何選取最適合的水壩型式，其原則及原理為何？ 說明大壩安全評估的方法及最適合時程、間距？ （25 分）

請詳細說明防範洪水有那些方法？並請依不同之方法舉例說明。（20 分）

說明都市排水及防洪方法。 近年來，都市排水乃重視生態及自然方法，試說明其實施要點。 （25 分）

請詳細說明河川管理之工作與其所面臨的問題。（20 分）