地特三等申論題
112年
[水利工程] 渠道水力學
第 一 題
一、有一矩形渠道，如下圖所示，其矩形斷面渠寬 4 m，流量 12 m3/s，斷面 1 為閘門上游，緊鄰閘門下游之斷面 2 出流水深 h2 = 0.56 m，斷面 3 至斷面 4 為漸縮段，渠寬由 4 m 逐漸窄縮為 2 m，假設渠道摩擦力可忽略，試求斷面 1 至斷面 4 之水深（y1、y2、y3、y4）分別為若干？（25 分）
📝 此題為申論題
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看到此題，首先應計算各斷面之單位寬度流量 (q)，並利用閘門下游斷面 2 的已知水深求出系統初始比能。解題的核心陷阱在於必須檢核漸縮段（斷面 4）是否發生「扼流 (Choking)」現象：若上游提供的比能小於斷面 4 通水所需的最低臨界比能，則斷面 4 將發生臨界流，並迫使上游斷面 3 水位壅高（轉為亞臨界流）以滿足能量守恆。
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【解題關鍵】利用比能守恆 (Specific Energy) 原理，並務必檢核漸縮段是否發生扼流 (Choking) 現象。 【解答】 已知條件整理：
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明渠比能與扼流分析
💡 運用比能守恆分析閘門流況，並檢核窄縮段是否發生扼流現象。
🔗 渠道窄縮段水力分析流程
- 1 能量確認 — 依據斷面 1、2 求得系統總比能 E
- 2 扼流檢核 — 計算窄縮段最小比能 E_min，比較 E 與 E_min
- 3 控制斷面判定 — 若 E < E_min，窄縮出口發生扼流，水深 y = y_c
- 4 水位回推 — 因扼流造成上游壅高，以新能量 E' 回推 y3
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🔄 延伸學習：延伸學習：了解扼流引發的亞臨界流壅水線（M1或S1曲線）分析。
