高考申論題
113年
[地質] 水文與工程地質學
第 一 題
📖 題組：
山坡地之邊坡穩定性，深受孔隙水壓影響，因此，監測特定位置、特定深度之孔隙水壓非常重要。工程實務通常會於關鍵位置，裝設立管式（開口式）水壓計，水壓計埋設深度之上、下利用低透水性之蒙脫土封層。下圖（圖三）為一均質、均向邊坡流線網，虛線為等總水頭線、實線為流線，假設海平面（EL. 0 m）為位置水頭為 0 之基準點：
山坡地之邊坡穩定性，深受孔隙水壓影響，因此，監測特定位置、特定深度之孔隙水壓非常重要。工程實務通常會於關鍵位置，裝設立管式（開口式）水壓計，水壓計埋設深度之上、下利用低透水性之蒙脫土封層。下圖（圖三）為一均質、均向邊坡流線網，虛線為等總水頭線、實線為流線，假設海平面（EL. 0 m）為位置水頭為 0 之基準點：
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
請根據該流線網評估 BH-1 於 A 處設置開口式水壓計之總水頭以及孔隙水壓，水單位重為 9.81 kN/m3。（10 分）
思路引導 VIP
解此題的首要步驟是回顧地下水水力學的基本定義：總水頭 (h) = 位置水頭 (Z) + 壓力水頭 (hp)。接著，利用流線網的兩大關鍵特性：(1) 同一條等勢線（虛線）上的總水頭皆相等；(2) 潛水面（標示倒三角形的地下水位線）上之孔隙水壓為零，因此該面上的總水頭即等於該點的高程。只要循著通過目標點的等勢線向上找到與潛水面的交點，讀出該交點的高程，即可得知該點的總水頭，進而算出壓力水頭與孔隙水壓。
小題 (二)
BH-2 鑽井完成，於 B 處埋妥開口式水壓計後，水卻不斷湧出位於地表之鑽井孔口，請問原因為何？（5 分）
思路引導 VIP
本題測驗流線網（等總水頭線）的判讀及開口式水壓計的物理意義。解題關鍵在於追蹤 B 點的等總水頭線，判斷其總水頭高程，並與 BH-2 井口的地表高程進行比較。若測點的總水頭高於地表高程，水就會自動溢出。
小題 (三)
BH-3 使用 4 英吋 PVC 管、全管開篩、管壁加濾網、管外回填粗砂濾層之水位觀測井，另外於相近位置 BH-4 之 C 處設置了開口式水壓計（水壓計附近回填粗砂濾層，上、下以蒙脫土妥善完成封層），銜接 1 英吋的 PVC 管。結果 BH-3 之 PVC 管內常時水位面都較 BH-4 之 PVC 管為高，請解釋其原因。（5 分）
思路引導 VIP
本題關鍵在於區別「全篩管水位觀測井」與「單一深度開口式水壓計」所量測的物理意義。透過觀察流線網判斷該位置流線具有向下分量，即可利用水流動的本質「高總水頭流向低總水頭（總水頭隨深度遞減）」來解釋兩者的水位高低差異。
小題 (四)
若 BH-4 水壓計頭銜接立管改採 2 英吋的 PVC 管，預期降雨水壓上升期間，管內水位將較採 1 英吋的 PVC 管量測到之管內水位低，請解釋其原因。（5 分）
思路引導 VIP
看到立管管徑改變影響水位讀數，應立刻聯想到「水壓計之時間滯延（Time Lag）效應」。利用管徑截面積與所需流入水量的關係，配合地層透水係數，解釋在動態升水過程中儀器反應速率的差異。