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普考申論題 105年 [水利工程] 水資源工程概要

第 二 題

📖 題組:
矩形渠道寬 1.3 m,流量 1.10 m³/s,水深 0.85 m。若有一 30 cm 寬的橋墩位於渠道中央: (一) 請問橋墩面對上下游兩側的水深為何?(10 分) (二) 不會引起上游水面壅塞上升的最小橋墩寬度為何?(10 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (二)

不會引起上游水面壅塞上升的最小橋墩寬度為何?(10 分)

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看到「不會引起上游水面壅塞上升」,應立即聯想到明渠水流的「縮流(Choking)」臨界條件。透過計算上游斷面的比能,假設橋墩處發生臨界流(比能守恆且達最小比能),反推該處所需的有效渠寬,進而求得臨界橋墩寬度。

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【解題關鍵】利用明渠水力學比能守恆原理,不引起上游壅水的極限條件為橋墩斷面恰好達到臨界流(E1 = Ec)。 【解答】 計算:

小題 (一)

請問橋墩面對上下游兩側的水深為何?(10 分)

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本題為經典的「橋墩縮限斷面」水理計算題。解題關鍵在於:首先計算上游未縮限前的水流狀態與比能(E1),接著計算橋墩段(有效寬度縮減)的臨界比能(Ec2)。若 E1 > Ec2,代表不會產生壅水現象,上游水深維持不變;最後利用能量守恆定律(E1 = E2)並搭配試誤法,求出橋墩處的水深。

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【解題關鍵】利用比能方程式(Specific Energy Equation)及臨界比能判斷是否產生壅水現象,再由能量守恆定律搭配試誤法(Trial and error)求解。 【解答】 已知條件整理:

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