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高考申論題 107年 [水土保持工程] 坡地穩定與崩塌地治理工程

第 一 題

📖 題組:
四、某邊坡地形與地下水位面如下圖,若山頂位置與山谷處垂直線恰為地下水分水嶺,且邊坡材料為均質等向材料: (圖中標示:山頂 EL. 100 m、山谷 EL. 0 m;坡谷處地表下有 A (EL. 0 m)、B (EL. -25 m)、C (EL. -50 m) 三點;另有地下水位線與不透水邊界標示) (一)請繪製該邊坡之流線網(Flow Net),包括流線與等總水頭線。(15 分) (二)請估計坡谷處地表面下 A, B, C 三個深度之總水頭值,假設位置水頭基準點為高程 EL. 0 m 處。(10 分)
題組圖片
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

請繪製該邊坡之流線網(Flow Net),包括流線與等總水頭線。(15 分)

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首先,確立流線網的四大邊界條件:地下水位線(總水頭等於高程)、底部不透水層(邊界流線)、山頂與山谷的垂直分水嶺(無越流邊界,視為流線)。其次,根據水流由高水頭(山頂補注區)流向低水頭(山谷排洩區)的原則繪製互相正交的流線與等勢線。最後,由排洩區水流「向上流動」的物理機制,推導深部總水頭必大於淺部(h_C > h_B > h_A),並說明如何透過流網的等勢線降階數(Nd)來內插估算具體數值。

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【解題思路】利用區域地下水流模型(Tóth flow model)概念,判定流網邊界條件並依據正交原則作圖。再藉由山谷區為「地下水排洩區」之向上滲流機制,推導總水頭隨深度變化的關係,並依據流網降階進行估算。 【解答】 一、 該邊坡流線網(Flow Net)之繪製原則與步驟

小題 (二)

請估計坡谷處地表面下 A, B, C 三個深度之總水頭值,假設位置水頭基準點為高程 EL. 0 m 處。(10 分)

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看到這類與流網連動的題目,首先確認邊界條件:A點位於排泄區地表,總水頭等於高程(0m)。接著應用物理機制:山谷處地下水流向為垂直向上,故深處總水頭必大於淺處(h_C > h_B > h_A = 0),最後說明需利用第一小題繪製的等勢線水頭降(Δh)來讀取具體估計值即可拿高分。

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【解題關鍵】判斷山谷為地下水排泄區,水流方向垂直向上,總水頭隨深度遞增,並利用流線網之水頭降(Δh)推估具體數值。 【解答】 一、 A 點總水頭計算

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