110 高普考普通考試 水利工程 水文學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查拘限含水層在穩定抽水時的徑向地下水流，以及由觀測井洩降資料估算水力傳導係數與影響半徑。採用 Thiem 穩定流公式：

其中 $s$ 為洩降、$Q$ 為抽水率、$T$ 為透水係數、$K$ 為水力傳導係數、$b$ 為含水層厚度、$R$ 為影響半徑、$r$ 為距抽水井距離。

題目中的抽水率 $0.5\ \mathrm{cms}$ 按每秒 $0.5\ \mathrm{m^3}$ 解讀。

解題方法

先以兩口觀測井的洩降差消去未知的影響半徑，求透水係數 $T$；再利用 $T=Kb$ 求 $K$。最後代入任一口觀測井的洩降資料求 $R$。

兩觀測井分別位於 $r_1=5\ \mathrm{m}$、$r_2=50\ \mathrm{m}$，洩降為 $s_1=6.77\ \mathrm{m}$、$s_2=2.19\ \mathrm{m}$。兩式相減：

因此：

核心觀念

本題考查兩個觀念：以等雨量線法估算集水區平均降雨量，以及以集水區水量平衡式求蒸發損失量。

忽略土壤水分變化及其他水文損失時，水量平衡式為

其中 $P$ 為平均降雨深、$R$ 為地表逕流深、$F$ 為入滲深、$E$ 為蒸發損失深。各項都要換算成相同的深度單位。

解題方法

先以各等雨量帶的中點代表該帶降雨量，再按面積加權，求得集水區平均降雨深：

集水區總面積為

各雨量帶的中點依序為 $55、65、75、85、95\ \mathrm{cm}$，因此

核心觀念

地下水是具有延遲補注、儲存於含水層中的水資源。乾旱時可作為備援水源，但長期抽取量超過補注量，會造成地下水位下降、地層下陷、海水入侵及水質惡化。因此，地下水保育的核心是「控制開採、增加補注、維持水質、持續監測」，使抽水量與含水層可承受的水量相配合。

地下水資源管理常以水量收支作為基本概念：

其中 $\Delta S$ 為地下水儲存量變化，$R$ 為補注量，$Q$ 為抽水量，$D$ 為自然排出量。若長期抽水量大於可持續補注量，地下水儲存量便會減少。實務上須按不同含水層、季節、地區及水質條件評估可用水量，不能只以單一年度的降雨或抽水數據決定開採規模。

**法規依據：以下以命題當年（民國 110 年）法規為準。**水利法第 47 條之 1 授權中央主管機關劃定地下水管制區，限制或禁止地下水開發；水利法及地下水管制辦法並規範水權、鑿井及水井管理。水利法後續已有修正，解題仍依命題當年規定說明。

解題方法

本題屬於水資源管理申論題，宜先點出「抽取不可超過可持續利用量」的原則，再從需求管理、補注與涵養、井源管理、水質保護、監測執法及乾旱應變分項說明。答題時應兼顧平時保育與乾旱期間的備援取用，避免只寫「少抽水」而未交代如何管理。

地下水保育策略與管理方法

一、建立地下水資源調查與監測制度

1. 持續調查含水層分布、地下水位、抽水量、補注條件及水質，建立分區地下水資料。
2. 設置地下水觀測井網，追蹤水位的季節變化與長期趨勢；搭配地層下陷監測，辨識超抽熱區。
3. 依監測結果定期檢討分區可開採量與管制措施，對水位持續下降、地層下陷或有海水入侵風險的地區，採取更嚴格管理。

二、管制開發與抽水量

1. 依法劃定地下水管制區，依管制程度限制或禁止鑿井及地下水開發；審查新井時，應考量水源需求、地下水位與地層下陷等條件。
2. 取用地下水應依規定申請水權，並以核定用途、地點及水量取水；加強查察未登記水井、超量取水及違規轉供。
3. 對重要或高抽水量水井裝設水量計，定期申報抽水量，並以抽水紀錄配合地下水位資料檢核實際開採情況。
4. 依法處理廢棄、閒置或違規水井，必要時封閉或填塞，避免成為污染物進入含水層的通道。

三、降低地下水需求，推動替代水源

核心觀念

$\phi$ 指數代表以固定入滲率估算降雨損失。各時段降雨強度高於 $\phi$ 指數的部分，計為地表逕流；低於或等於 $\phi$ 指數的時段，不產生地表逕流。

每個時段長 $30$ 分鐘，即 $0.5$ 小時。若該時段降雨深度為 $\Delta P$，降雨強度為 $i=\Delta P/0.5$，則逕流深度為

解題方法

先將各區累積雨量換算為每個 $30$ 分鐘時段的降雨深度，再扣除該區的入滲量。

區域 A： 面積占比 $45\%$，$\phi_A=0.6\ \mathrm{cm/hr}$。

因此，區域 A 的總逕流深度為

區域 B： 面積占比 $55\%$，$\phi_B=0.8\ \mathrm{cm/hr}$。