高考申論題
107年
[水利工程] 渠道水力學
第 二 題
📖 題組:
已知一矩形渠槽(寬度 b1=15 m)以漸變段銜接一梯形斷面之渠道(寬度 b2=23 m),若流量為 357 cms,渠槽底床較渠道底床高 0.5 m,且渠道之水深為 6.7 m,側坡比(V:H)為 1:2,假設無任何水頭損失且能量修正係數為 1.0,試求:(15 分) (一)渠槽之水深。 (二)渠槽之斷面平均流速。(5 分)
已知一矩形渠槽(寬度 b1=15 m)以漸變段銜接一梯形斷面之渠道(寬度 b2=23 m),若流量為 357 cms,渠槽底床較渠道底床高 0.5 m,且渠道之水深為 6.7 m,側坡比(V:H)為 1:2,假設無任何水頭損失且能量修正係數為 1.0,試求:(15 分) (一)渠槽之水深。 (二)渠槽之斷面平均流速。(5 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題
小題 (二)
渠槽之斷面平均流速。
思路引導 VIP
本題核心為「能量守恆定律(伯努利方程式)」與「連續方程式」的應用。面對漸變段與底床抬升的題型,應先計算已知斷面(下游渠道)的總水頭並判別流況(確認為亞臨界流),再利用無水頭損失之條件,列出上游一元三次方程式推導渠槽之水深,最終求得平均流速。
小題 (一)
渠槽之水深。
思路引導 VIP
看到「無水頭損失」與斷面尺寸變化,應直覺聯想到使用「能量守恆方程式(白努利方程式)」。解題關鍵在於設定統一基準面計算下游總水頭,再推回上游求解;同時務必計算福祿數(Froude number)判斷流況,以決定三次方程式中哪一個才是合理的水深解。