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地特三等申論題 111年 [水利工程] 水資源工程學

第 一 題

📖 題組:
設計一容許通水流量 Q 之不耐沖刷梯形草溝,如給定設計坡度 S、側坡坡度 Z(如下圖)、草溝曼寧係數 n、最大容許流速 Vmax及不淤積最小流速為 Vmin:
題組圖片
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

應用曼寧公式說明設計步驟及如何求得底寬 B 及設計水深 y?(15 分)

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本題測驗「最大容許流速法」於柔性渠道(草溝)的斷面設計。解題關鍵在於:為了達到經濟且不沖刷的目標,應直接假設流速為最大容許流速,接著利用連續方程式求出所需截面積 A,再以曼寧公式求出水力半徑 R 及濕周 P,最後透過梯形幾何特性聯立解出一元二次方程式,求得水深 y 與底寬 B。

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【解題思路】利用「最大容許流速法」進行渠道設計,以連續方程式與曼寧公式聯立計算已知水理條件,並搭配梯形斷面幾何關係,推導出設計水深與底寬之方程式進行求解。 【詳解】 一、基本公式與幾何參數

小題 (二)

繪出其設計斷面圖及如何確認此設計符合設計要求?(5 分)

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本題為標準的梯形渠道水力設計題。解題核心在於利用連續方程式與曼寧公式(Manning's Equation)聯立,並以『不沖刷、不淤積』為邊界條件(即設計流速須介於容許最大與最小流速之間)。答題時應先繪製斷面圖標註幾何參數,接著條列式寫出計算求得底寬 B 與水深 y 的推導步驟,最後說明流速檢核與出水高的配置。

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【解題關鍵】利用連續方程式與曼寧公式(Manning's Equation)聯立求解幾何參數,並檢核流速是否落於不沖刷與不淤積的容許範圍內。 【解答】 一、 梯形草溝設計斷面圖

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