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地特四等申論題 110年 [水土保持工程] 集水區經營與水文學概要

第 一 題

📖 題組:
四、若有一洪氾區位於 A 與 B 兩河堤保護區,A 河堤之設計重現期距為 20 年,B 河堤之設計重現期距為 25 年,假設兩河川之洪水事件為獨立,且在無河堤保護的情況下,兩河川淹水機率分別為 0.5 與 0.7,試求該洪氾區: (每小題 5 分,共 25 分) (一)在 A 與 B 河堤建造後每年發生淹水機率減少多少? (二)若無河堤保護下,2 年內發生淹水機率。 (三)在河堤保護下,每年因 B 河川導致淹水機率。 (四)在河堤保護下,5 年內發生淹水的機率。 (五)在河堤保護下,第 15 年該洪氾區發生淹水之機率。
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

在 A 與 B 河堤建造後每年發生淹水機率減少多少?

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本題測驗重現期距與超越機率之轉換(P=1/T),以及獨立事件機率的運算。須先分別計算「無河堤時」與「有河堤時」洪氾區整體(A或B發生淹水)的機率,兩者相減即為所求。

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【解題關鍵】利用重現期距計算超越機率($P=1/T$),並應用獨立事件之餘事件相乘原則求取洪氾區整體淹水機率。 【解答】 計算:

小題 (二)

若無河堤保護下,2 年內發生淹水機率。

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本題重點在於『獨立事件機率』與『風險機率(Risk)』的計算。首先需利用兩獨立事件皆不發生的乘積,求出無河堤保護時『每年發生淹水』的綜合機率;接著再利用『1 - 均不發生之機率』的餘事件概念,算出 2 年內至少發生一次淹水的機率。

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【解題關鍵】利用獨立事件的聯集機率求出每年綜合淹水機率,再以餘事件計算多年內至少發生一次的機率。 【解答】 計算:

小題 (三)

在河堤保護下,每年因 B 河川導致淹水機率。

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看到「設計重現期距」與「每年淹水機率」,立刻聯想超越機率公式 P = 1/T。題目問在「河堤保護下因 B 河川導致淹水」,代表 B 河川的洪水規模超過了 B 河堤的防洪設計標準(25年重現期距),直接取其倒數即可求得超越機率。

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【解題關鍵】重現期距(T)與超越機率(P)互為倒數關係,即 P = 1/T。 【解答】 計算:

小題 (四)

在河堤保護下,5 年內發生淹水的機率。

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考生應先計算出在雙河堤保護下,該洪氾區『單一年度不發生淹水』的機率。接著運用水文學中風險(Risk)的觀念,以『1 減去連續 n 年皆不發生淹水的機率』,即可求得 n 年內至少發生一次淹水的機率。

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【解題關鍵】先求出在河堤保護下該洪氾區每年皆不淹水的機率,再利用「1 - (不發生機率)^n」計算 n 年內至少發生一次淹水的風險。 【解答】 計算:

小題 (五)

在河堤保護下,第 15 年該洪氾區發生淹水之機率。

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本題測驗水文頻率分析中「超越機率」的獨立性與定常性(Stationarity)假設。考生應理解每年發生設計洪水的機率是獨立且固定的,因此「第 15 年」發生淹水的機率等同於「任意單一年度」發生淹水的機率,並利用獨立事件之聯集機率公式計算洪氾區總淹水機率。

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【解題思路】運用水文頻率分析中每年超越機率為獨立且固定常數的特性,結合獨立事件的聯集機率公式進行計算。 【詳解】 已知:

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