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普考申論題 106年 [水利工程] 水文學概要

第 一 題

📖 題組:
一、請試述下列名詞之意涵:(每小題 4 分,共 20 分) (一)日雨量(Daily rainfall) (二)最大時雨量 (三)孔隙率(porosity) (四)比出水量(Specific yield) (五)河溪的蜿曲度(sinuosity)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

日雨量(Daily rainfall)

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看到「日雨量」,應立刻聯想到降雨的「累積深度」與「觀測時間區間」。作答時除了寫出24小時內的總降雨量外,務必補充說明實務上的起訖時間規定(如00:00至24:00)及常用單位(mm),並點出其在水利工程上的應用,以獲取完整分數。

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「日雨量(Daily rainfall)」係指在一個觀測日(連續 24 小時)內,某一雨量測站所觀測到的累積降雨總深度,標準單位為毫米(mm)。 特徵包含:(1)時間區間:依據台灣中央氣象署規定,一般日雨量計算時間為當日 00:00 至 24:00(部分水文觀測或歷史資料可能採用上午 09:00 至翌日上午 09:00);(2)累積特性:代表該段期間內降水的絕對總量,但無法反映出降雨強度的歷時變化。 實務應用為:作為水文頻率分析、防洪排水規劃(如推算日逕流量)及水資源管理(如水庫進水量評估、乾旱指標分析)中最基礎且核心之觀測數據。

小題 (二)

最大時雨量

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看到「最大時雨量」,應直覺聯想到降雨事件中『連續60分鐘內的最高累積雨量』。作答時除了寫出精確定義外,務必補充其在市區排水設計或小集水區洪峰流量推估等防洪工程上的應用價值。

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「最大時雨量」(Maximum hourly rainfall)指在一特定降雨事件、一日或某一觀測期間內,任意連續 60 分鐘(或特定整點至整點的 1 小時內)所累積測得的最大降雨深度(單位通常為毫米, mm)。 其物理特徵與意義包含: (1) 反映短延時強降雨的極端程度。

小題 (三)

孔隙率(porosity)

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看到孔隙率,應立刻想到其核心公式 n = V_v / V(孔隙體積除以總體積)。作答時除了給出精準定義,務必補充其在地下水文學的物理意義,即決定含水層的「最大儲水空間」,並可點出它等於比出水量與比水留量之和以獲取高分。

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「孔隙率(Porosity,符號常以 n 表示)」指岩石或土壤介質中,孔隙體積(V_v)占總體積(V)之比例,公式為 n = (V_v / V) × 100%。 其物理意義代表該介質所能容納水分的最大極限(飽和含水空間)。孔隙率受顆粒大小、排列方式、均勻度(級配)影響,例如排列鬆散或級配不良的土壤通常孔隙率較大(如黏土的總孔隙率通常大於砂土)。 實務應用上,孔隙率是評估地下水含水層儲水潛能的關鍵參數,且在數值上等於比出水量(Specific yield)與比水留量(Specific retention)之總和。

小題 (四)

比出水量(Specific yield)

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看到「比出水量」,應立刻聯想到地下水文學中含水層的釋水特性。答題時需精確指出其為「受重力作用排出之水量與總體積的比例」,並補充「孔隙率 = 比出水量 + 比留水量」的關係,以及其在評估可開發地下水量上的實務意義。

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「比出水量(Specific yield)」指飽和含水層中,因重力作用而自然排出之水量體積與該含水層(土壤或岩石)總體積之比值,通常以百分比(%)或純小數表示。其特徵包含:(1) 反映了含水層實際可供開發利用的地下水量;(2) 顆粒越粗(如砂礫石)重力排水越易,比出水量越大;反之黏土總孔隙率雖大,但因毛細管力與分子吸附力強,比出水量極小;(3) 物理關係上,總孔隙率(Porosity)等於比出水量加上比留水量(Specific retention,因毛細作用保留無法排出的水量)。 實務應用為評估無壓含水層(Unconfined aquifer)抽水潛能及估算地下水安全可供水量之核心水文地質參數。

小題 (五)

河溪的蜿曲度(sinuosity)

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看到「河溪的蜿曲度」,應直覺想到它是描述河川平面彎曲程度的地貌指標,核心公式為「河道實際長度」除以「河段兩端直線距離」。答題時除了給出精確定義,務必補充大於1.5即屬「蜿蜒河川」的分類標準,並點出其對水流沖淤及防洪工程的實務影響。

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「河溪的蜿曲度(sinuosity)」指河道實際的彎曲長度(Channel length)與該河段兩端點間之河谷直線距離(Valley length)的比值,為描述河川平面型態彎曲程度的重要幾何指標。特徵包含:(1) 其數值恆大於或等於 1(1 代表完全筆直);(2) 依據河相學分類,若蜿曲度 ≥ 1.5,則稱該河段為蜿蜒河川(Meandering river),若 < 1.5 則偏向平直或交織河川;(3) 蜿曲度愈大,代表水流邊界阻力愈大、流程愈長且坡降相對平緩。實務應用為防洪規劃與河道治理,因高蜿曲度河段極易產生二次流,導致「凹岸嚴重沖刷、凸岸泥沙淤積」的現象,故在水利工程設計時,需據此評估是否需截彎取直或加強凹岸之護岸及丁壩防護。

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