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普考申論題 111年 [水利工程] 水文學概要

第 一 題

📖 題組:
三、承上題,請利用雨量站測得到的時雨量(mm/hr)與直接逕流量(cms),和計算所得的 φ 指數,試求: (一) 該場降雨的有效降雨強度。(5 分) (二) 該農場的 1 小時有效降雨延時下(1 公分有效降雨深度)的單位歷線。(15 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

該場降雨的有效降雨強度。

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有效降雨強度 $i_e$ 是指扣除入滲損失後的淨雨強度。考生應分別列出各時段的強度,而非僅提供平均值,因為這對於單位歷線的推導至關重要。計算公式為 $i_{e,i} = P_i - \phi$(若 $P_i > \phi$)。

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【考點分析】 考查有效降雨強度歷線(Hyetograph of excess rainfall)的計算。 【理論/法規依據】

小題 (二)

該農場的 1 小時有效降雨延時下(1 公分有效降雨深度)的單位歷線。

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這是一道進階題。通常單位歷線(UH)是由「單一時段」有效降雨產生的。但本題的降雨是「多時段(4小時)」且「強度不等」的。這需要用到「反摺積(Deconvolution)」或已知各時段強度比例來求解。然而,仔細看題意:它要求的是「1 小時有效降雨延時下」的 UH。一般普考難度若考反摺積較花時間,需檢視數據是否有特殊性。若假設總逕流是由總有效降雨深度 $R_e = 5 \text{ cm}$ 均勻產生(這雖然不嚴謹,但在某些考題中會簡化處理),但正確做法應是將觀測流量 $Q$ 除以總有效深度(若降雨是均勻的)。然而,本題降雨並不均勻,且 $T_e=4hr$,直接求 1-hr UH 需透過 S 歷線法或聯立方程。若以 4 小時降雨產生的直接逕流來簡化求取,最穩健的方法是:1-hr UH 應滿足 $Q_n = \sum (U_i \times P_{e,n-i+1})$。但考慮考試時間,若題目意指「將此直接逕流歷線歸一化」,則應將各時段流量除以總有效降雨深度(以 cm 為單位)。

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【考點分析】 考查單位歷線(Unit Hydrograph)的推導,特別是從多時段降雨推導單一時段單位歷線。 【理論/法規依據】

小題 (三)

用積分法計算10月1日之後可能流出的總體積(立方公尺)。(10分)

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面對地下水退水曲線(基流消退)計算題,首先找出衰減公式中的未知數:利用首尾兩天的觀測流量求出遞減係數 k。接著,所謂「之後流出的總體積」即是將流量函數由起點 t=0 積分至無窮遠 t=∞,最後務必將天數轉換為秒數(86400秒/天),以確保體積單位為正確的立方公尺。

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【解題關鍵】利用首尾兩日的流量數據求出退水遞減係數 $k$,再將指數型衰減公式從 $t=0$ 積分至無窮遠 $t=\infty$,並乘以每日秒數以統一單位求得總體積。 【解答】 計算:

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