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高考申論題 107年 [水利工程] 渠道水力學

第 一 題

📖 題組:
一矩形斷面渠道之寬度為 1 m,水深為 0.8 m,底床縱坡為 0.001,試求:(每小題 10 分,共 20 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

底床拖曳平均剪應力為多少 Nt/m²?

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看到計算底床拖曳剪應力,首先想到核心公式 τ₀ = γR_hS₀。接著根據題目給定的幾何條件(矩形斷面、寬度、水深)計算面積與潤周,進而求得水力半徑 (R_h),最後代入水的單位重 (γ=9810 N/m³) 與底床坡度 (S₀) 即可得解。

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【解題關鍵】底床拖曳平均剪應力公式:τ₀ = γR_hS₀,需先求出水力半徑 R_h = A / P。 【解答】 計算:

小題 (二)

剪速度(shear velocity)為多少 m/s?

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看到「剪速度」,應立即聯想到其定義式 u_* = $\sqrt{\tau_0/\rho}$或推導後的公式 u_* = $\sqrt{gRS}$。解題關鍵在於先由已知斷面幾何條件計算出水力半徑 R,再代入重力加速度與底床縱坡即可求得解答。

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【解題關鍵】利用剪速度公式 u_* = $\sqrt{gRS}$進行求解,需先計算斷面之水力半徑 R。 【解答】 計算:

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