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高考申論題 107年 [水利工程] 水資源工程學

第 一 題

📖 題組:
一、請試述下列名詞之意涵:(每小題 5 分,共 20 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

囚砂率(trap efficiency)

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看到「囚砂率」,應立即聯想到水庫泥砂淤積與壽命評估問題。作答時除了寫出基本定義(淤積泥砂量與流入總泥砂量之比值),務必點出核心影響因子(如水庫容量與年逕流量之比值 C/I ratio,以及 Brune 曲線)與工程實務意義,以展現專業度獲取滿分。

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「囚砂率(Trap Efficiency)」指流入水庫之泥砂總量中,沉積並留存於水庫內之泥砂量所佔的百分比(淤積泥砂量 / 流入泥砂量)。特徵與主要影響因子包含: (1) 水庫容量與年逕流量比(C/I ratio):為最主要影響因子。水庫容量愈大或年逕流量愈小,水流滯留時間愈長,泥砂愈容易沉降,囚砂率愈高。 (2) 泥砂特性:粗顆粒(如砂礫)易沉降,囚砂率高;細顆粒(如坋土、黏土)易懸浮隨水流出,囚砂率低。

小題 (二)

基載發電

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看到「基載發電」,應直覺聯想電力負載曲線最下方的平坦區域(最低電力需求)。作答時需點出其「全天候連續運轉」、「低變動成本」與「穩定輸出」三大特性,並務必舉出與水資源工程相關的「川流式水力發電」作為實例以切合考科。

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「基載發電」(Base Load Power Generation)係指為滿足電網系統全天候持續存在的最低基本用電需求(即基載),而提供連續且穩定電力輸出的發電方式。特徵包含:(1) 穩定性高:可長時間滿載連續運轉,不受日夜或氣候劇烈影響,確保基礎電力供應無虞;(2) 變動成本低:機組初期建置成本雖高,但燃料或單位發電運轉成本相對低廉,具長期經濟效益;(3) 起停反應較慢:機組啟動與停機耗時,不適合配合尖峰負載進行頻繁的升降載調節。實務應用上,常見的基載發電設施包括核能發電與大型燃煤火力發電;在水資源工程領域中,川流式水力發電(Run-of-the-river hydroelectricity,無大型蓄水庫調節,依河川基本基流量發電)亦常作為提供基載電力之用。

小題 (三)

水錘(water hammer)

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看到「水錘」,應立即聯想流體力學中的「動量轉換為壓力能」之物理機制。答題時需精準點出其定義(流速劇變引發壓力波)、對系統的危害(管線破壞),以及工程實務上的防護對策(如調壓塔、緩慢關閉閥門),以展現水利工程技師的專業廣度。

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「水錘(Water Hammer)」指封閉壓力管路系統中,因閥門突然啟閉或水泵驟停,導致流體流速發生劇烈變化,流體動量瞬間轉換為壓力能,產生高壓波動(壓力波)在管內以音速來回傳遞之流體力學現象。 特徵與影響包含: (1) 物理特徵:壓力波傳遞時伴隨巨大噪音與強烈震動,猶如重錘敲擊管壁,故得此名。

小題 (四)

水庫運轉規線(rule curve)

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看到此題,應立即聯想到水庫管理中平衡「蓄水(供水)」與「防洪」兩大目標的時間-水位圖表。答題需精準點出其定義(以時間為橫軸、水位/蓄水量為縱軸)、曲線劃分的區域(防洪區、正常區、限水區)以及提供操作決策依據的實務功能。

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「水庫運轉規線(rule curve)」指水庫在一年中不同時間(通常以旬或月為時間軸)所應維持之水位或蓄水量之指導曲線,作為水庫操作管理者決定放水量之依據。 特徵包含: (1) 劃分操作區帶:通常由多條曲線(如上限、下限、嚴重下限等)組成,將水庫蓄水空間劃分為防洪運轉區、正常供水區、限制供水區(打折供水)及嚴重缺水區等。

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