114 地方特考四等 水利工程類科 水利工程概要 考古題詳解

（一）影響蒸發的兩個主要因子

核心觀念

蒸發是液態水表面分子吸收能量後進入大氣的過程，主要受兩類條件控制：

1. 水面可用能量：提供水分汽化所需的熱量，主要來自太陽輻射，也包括水體與周圍空氣傳來的熱量。可用能量愈多，蒸發通常愈旺盛。
2. 水面與大氣間的水汽壓差及水汽移除能力：水面上方的水汽壓高於周圍空氣時，水汽向大氣傳移。空氣愈乾、風速愈大，水汽愈容易被帶離水面，蒸發通常愈旺盛。

解題方法

題目要求兩個主要因子，可用「供能」與「帶走水汽」作答。溫度、濕度和風速是影響蒸發的重要氣象條件；若要歸納為兩大類，可分別歸入能量供應和水汽傳輸條件。

答題內容

• 能量供應：太陽輻射增強或水面溫度升高，會增加水分汽化所需能量，使蒸發增加。
• 大氣蒸發需求：相對濕度降低會加大水面與空氣間的水汽壓差；風速增加則有助於移除水面附近的濕空氣，兩者均會促進蒸發。

（二）蒸發與蒸發散的不同及蒸發散因子

核心觀念

• 蒸發（evaporation）：液態水由水面、濕土表面等直接轉為水汽，進入大氣的過程。
• 蒸發散（evapotranspiration）：地表水分回到大氣的總量，包含地表或土壤的直接蒸發，以及植物由根部吸水、經葉片氣孔釋放水汽的蒸散作用（transpiration）。

簡言之，蒸發散包含蒸發與植物蒸散，是描述有植被陸地水分消耗時常用的概念。

解題方法

先指出兩者的差異：蒸發是水面或土壤表面的直接水汽化；蒸發散還包括植物蒸散。再依「氣象條件」和「地表、植被及土壤條件」列出影響因子。

影響蒸發散的因子

• 氣象因子：太陽輻射、氣溫、相對濕度或水汽壓差、風速。輻射與氣溫影響可用能量；低濕度與較強風通常提高大氣帶走水汽的能力。
• 植被因子：植物種類、葉面積與覆蓋度、生長階段、根系深度及氣孔開閉。植被愈茂密、葉面積愈大，通常蒸散量愈高，但仍受水分供應和氣孔調節影響。
• 土壤與地表因子：土壤含水量、土壤質地、地表覆蓋及地形。水分供應不足時，土壤蒸發與植物蒸散均會受限。
• 水分供應與管理因子：降雨、灌溉、地下水位及土地利用方式，會改變土壤和植物可利用的水量，進而影響蒸發散。

（三）水庫避免蒸發損失的工程手段及利弊

核心觀念

入滲是水由地表進入土壤或地層的過程；蒸發則是水面液態水轉為水汽。兩者是不同的水量損失途徑，因此減少入滲本身不能避免蒸發損失。

核心觀念

本題考查水文站由「量水位、量流量、建立水位流量關係」形成的基本觀測流程。水位是某一基準面以上的水面高程；流量是單位時間內通過河川斷面的水量，常用單位為 $\mathrm{m^3/s}$。水位容易連續觀測，流量則通常需在不同水位下實測，再建立水位流量率定曲線，供日常依水位推估流量。

（一）水位量測流程方法

解題方法

作答依「選址與基準—設置儀器—觀測記錄—校核維護」說明，並指出水位必須能回歸到穩定、統一的高程基準。

1. **選定測站位置：**選擇河道順直、流況穩定、具代表性的河段，避開回水、急流、局部渦流、支流匯入及容易淤積或沖刷的位置；測站需便於安全觀測及維護。
2. **建立水位基準：**設置並測量固定水準點，將水尺零點或自記水位計基準面聯測至統一高程基準。水尺讀數因此可換算為水面高程。
3. **設置量測設備：**可設置直立式或斜立式水尺，供人工讀值；也可設置浮筒式、壓力式或其他自記水位計，連續記錄水位。設備應妥善固定，並避免受漂流物、泥砂及波浪干擾。
4. **觀測與記錄：**依規定頻率讀取水尺或下載儀器紀錄，記載日期時間、水位、儀器狀態及異常情形。水位快速變化時應提高觀測頻率，以掌握洪水漲退過程。
5. **校核與維護：**定期以水尺人工讀值與自記儀器比對，檢查基準點及儀器零點是否改變；清理水井或測點，檢查設備、時鐘及紀錄是否正常。發現儀器故障、基準變動或資料異常時，應註記並辦理校正。

考試重點

水位讀數不是單純的尺面刻度；若要作為水文資料，須能追溯至固定基準，並具備時間、單位、觀測方式及異常紀錄。

（二）流量量測與計算之流程方法

核心觀念

流量定義為單位時間通過河川斷面的水量。常用的斷面法是將河道分成若干小區段，量測各區段面積及代表流速後加總：

其中 $Q$ 為流量，$A_i$ 為第 $i$ 區段面積，$\bar{v}_i$ 為該區段平均流速。

解題方法

1. **選定量測斷面：**選擇河床與岸線較穩定、流況較均勻、斷面形狀具代表性的河段。避免橋墩附近、彎道、急遽變寬縮、回水或明顯漩渦處；確認量測時水位與流況具有代表性。
2. **量測斷面幾何：**沿橫斷面布設測點，量測各點水深及距離，據以計算相鄰測點間的水面面積。常採梯形分段，例如相鄰兩測點間距為 $\Delta x_i$、水深為 $d_i$ 與 $d_{i+1}$ 時：

3. **量測流速：**依流況與水深選擇適當方法，例如流速儀法、浮標法、聲學都卜勒流速剖面儀（ADCP）法或構造物水理公式法。流速儀法須在各垂線量測代表深度的流速：淺水常於水深的 $0.6$ 倍處量測；較深水深常在 $0.2$ 與 $0.8$ 倍水深處量測，取兩者平均作為垂線平均流速。採用浮標法時，量得的是表面流速，應依方法採用適當修正係數估計平均流速。
4. **分段計算流量：**以各區段面積乘上其代表平均流速，得到分段流量 $Q_i=A_i\bar{v}_i$，再加總：

核心觀念

本題考查外水淹水的防洪策略，以及「提高防洪標準」與「削減洪峰、分散風險」的差異。外水淹水是河川、區域排水等水體水位上升或流量過大，水流漫溢、潰堤或倒灌進入周邊地區所造成的淹水。

加高堤防屬於以堤線阻隔洪水的防禦措施；滯洪池則是暫時儲存洪水、延後洪水排出的調洪措施。兩者功能不同，實務上應依流域水文、地形、土地使用、下游承受能力及可接受風險整體規劃。

解題方法

可依「防洪作用、工程效益、限制與風險」逐項比較兩種措施，再補充流域治理、排水改善、土地使用管理及防災應變等方法。作答時須指出工程設施只能降低特定規模洪水的風險，不能消除超過設計標準的洪水及堤防失效風險。

（一）加高堤防與增設滯洪池的功效及優缺點

1. 加高堤防

功效： 提高河岸防洪高程及防洪容量，在堤防未越頂、未破壞的情況下，阻止洪水漫入堤內，保護堤內居民、農地、道路及設施。堤頂高程的設計通常須依設計洪水位，並考量必要的出水高；實際標準應由水文分析及工程設計決定。

優點：

• 可沿既有堤線提升防護能力，對已有堤防、堤內聚落密集的地區，能提供較直接的防護。
• 防洪效果容易以堤頂高程及設計洪水位說明，居民也較容易理解。
• 不必像大型滯洪設施般長期保留大面積土地作為蓄洪空間。

缺點與風險：

• 堤防會降低洪水漫溢空間，使洪水較集中於河道；若河道輸水能力不足，水位可能升高，並增加下游或對岸的防洪壓力。
• 超過設計洪水位時，仍有越堤、滲漏、管湧或潰堤風險；堤內地區在失效時可能迅速淹水，且居民容易因防護設施而低估剩餘風險。
• 堤防加高可能涉及徵地、景觀及生態衝擊，也須考量堤身穩定、基礎承載、排水閘門及抽水設施是否配套。
• 堤防形成的封閉區域可能阻擋內水排出。外水高水位期間，內水常須依靠抽水站、閘門操作或其他排水設施排除。
• 維護管理須持續進行，包括巡查、修補、閘門與抽水設備操作，以及洪水期間的應變。

2. 增設滯洪池

功效： 在洪水期間暫時蓄存部分逕流，降低或延後下游洪峰流量，並拉長洪水歷時，使下游排水系統有較多時間排水。滯洪池的核心作用是「削峰、延峰」，不是消除洪水總量；蓄水量與出流量須透過水文演算及設計規劃。

優點：

核心觀念

本題考查臺灣旱災的成因與演變、供水系統的抗旱調度，以及各項措施的實施效果。作答宜依序說明「旱象如何形成、何時加劇、如何緩解」，再整理「開源、調度、節流、農業用水調整」等應變措施。

乾旱可分為氣象乾旱（降雨長期低於常態）、水文乾旱（河川流量與水庫蓄水量不足），以及農業或供水乾旱（農作或民生、產業用水受到影響）。110 年旱災由降雨不足逐步發展為水庫蓄水及供水壓力，並造成農田停灌、產業節水與部分地區分區供水。

解題方法與事件經過

可用時間軸掌握事件，並把原因、缺水影響、應變措施和緩解過程對應起來。

一、旱象形成與擴大

109 年梅雨季偏早結束，之後西南季風降雨不足；109 年颱風季也沒有颱風登陸臺灣，少了颱風降雨對水庫與集水區的重要挹注。接續的秋冬至 110 年春季降雨仍偏少，水庫集水區累積雨量不足，水庫蓄水量持續下降。

水利單位自 109 年 9 月起啟動旱災應變作業，並依各地水情逐步調整供水燈號、採取夜間減壓及農田停灌等措施。110 年春季旱象進一步加劇，中部主要水庫蓄水量逼近低點，苗栗、臺中與北彰化於 110 年 4 月 6 日起實施「供 5 停 2」分區供水，是此次旱災中最嚴格的民生限水措施。

二、旱象緩解與結束

110 年 5 月下旬起，梅雨鋒面帶來降雨，之後幾波鋒面、陣雨及西南氣流持續挹注水庫集水區，水庫蓄水逐漸回升。苗栗、臺中及北彰化的「供 5 停 2」措施於 6 月 6 日取消，其他地區則隨水情改善，陸續調降水情燈號、恢復供水。

旱災中央災害應變中心於 110 年 6 月 22 日解除開設；水利署仍持續監測水情並調度水源，至 8 月 5 日旱災緊急應變小組解編，整體旱災應變才告一段落。作答時宜區分「中央應變中心解除」與「旱災應變作業全部結束」兩個時間點。

乾旱期間的應對措施及成效

一、開源：增加可用水量

1. 開發緊急水源：加強抽取伏流水及地下水，增設緊急水井，並建置緊急海淡設備等，增加可調度水量。抗旱水源緊急計畫 2.0 也加速開發中、南部緊急水源。
2. 提升淨水與取水能力：配合水源條件增設或改善取水、淨水設施，讓河川、地下水及其他緊急水源可以轉為供水。
3. 水庫集水區人工增雨：在適當天候條件下執行人工增雨，以爭取降雨挹注；其效果受雲系與氣象條件限制，不能取代自然降雨，也不能保證降雨。

這些措施增加旱期備援水源，緩和單一水庫蓄水不足造成的供水壓力，但各水源規模與可用時間仍有限。

二、調度：跨區、跨水源支援

1. 區域水源調度：依各地水情，調配水庫水、河川川流水、伏流水與地下水，並透過既有供水系統及管線支援缺水區。