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地特三等申論題 107年 [水利工程] 渠道水力學

第 一 題

📖 題組:
某一觀測站觀測一水面平均寬度約 500 m 之河川,今上游突然發生洪水,在觀測站處之流量估計約 8000 cms,水位上升率約 0.5 m/hr,試以一維變量流理論估算:(每小題 10 分,共 20 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

此時距此觀測站上游 1 km 處之洪水流量約多少 cms?

思路引導 VIP

看到「一維變量流理論」與「水位上升率」,應立即聯想到「一維非恆定流之連續方程式」。透過「河段水體儲蓄量變化率等於入流量減出流量」的物理觀念,以觀測站流量加上河段儲存水量變化率,即可推算上游流量,計算時務必注意時間單位(小時轉換為秒)的一致性。

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【解題思路】利用一維非恆定流(變量流)連續方程式,結合水段儲蓄量變化的物理概念進行求解。 【詳解】 已知:

小題 (二)

此時距此站下游多遠處之洪水量約為 6000 cms?

思路引導 VIP

看到一維變量流且給定「水位上升率(時間變化)」與「流量改變(空間變化)」,應立刻聯想到聖維南方程式(Saint-Venant equations)中的「連續方程式」。利用連續方程式 $\partial Q/\partial x + B(\partial y/\partial t) = 0$,先求出流量隨空間的衰減率,再搭配有限差分法推算達到目標流量的距離。

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【解題關鍵】利用一維變量流之連續方程式(聖維南連續方程式) $\frac{\partial Q}{\partial x} + B\frac{\partial y}{\partial t} = 0$ 求解空間流量變化率。 【解答】 已知:

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