112 高普考普通考試 水利工程 水資源工程概要 考古題詳解

核心觀念

配水池是設於配水系統中的調蓄設施，主要功能是把供水端較平穩的送水量，與用戶隨時間起伏的用水需求銜接起來。作答時可從「調節水量、穩定水壓、備援供水、方便操作」四方面說明。

解題方法與作用

1. 調節供需差異：用水量低於送水量時蓄水；尖峰需求高於送水量時放水，以調節時段間的供需差異，並讓淨水場及抽水設備較能平穩運轉。
2. 維持供水壓力：利用池內水位提供水頭，減緩需求變化造成的壓力波動；池位適當時，也可利用重力供水。
3. 提供備援水量：供應消防及停電、抽水設備故障、輸水管線維修等緊急情況所需用水。
4. 增加操作彈性：配水池可暫存水量，讓送水、抽水及配水操作更有調度空間，並降低尖峰時段對輸水及配水設施的負荷。

配置原則

• 位置配合供水區：設於服務區內適當位置，通常接近需求中心，以縮短供水距離並減少沿程水頭損失；配置時也要兼顧地形、管網布局及用水分布。
• 高程滿足水壓要求：採重力配水時，池內最低水位仍須足以使管網各點達到所需動水壓；

核心觀念

川流式水力電廠的發電量受天然河川流量限制。以平均日流量估算時，若假設電廠全天以固定功率運轉，該功率可依線性變化負載的平均值計算，再代入水力發電功率式：

其中，$P$ 為輸出功率、$\eta$ 為電廠效率、$\rho$ 為水的密度、$g$ 為重力加速度、$Q$ 為流量、$H$ 為有效水頭。

解題方法

題目給定最大負載 $56{,}000\ \mathrm{kW}$、最小負載 $20{,}000\ \mathrm{kW}$，並說明用電量線性變化，因此採兩端負載的算術平均值作為平均負載：

核心觀念

逕流分擔的核心，是讓水道與土地共同承納降雨逕流；若低窪地區仍有積水，則透過預警、避難及改善建成環境等方式，提高地區承洪韌性並降低災損。低地與逕流積水共存措施主要屬非工程措施，並非只靠排水工程消除積水。

以命題當年（民國 112 年）法規為準，《水利法》第 83 條之 2 及《逕流分擔實施範圍與計畫之審定公告及執行辦法》第 10 條，將低地與逕流積水共存列為逕流分擔原則之一。

解題方法

題目要求舉出四種措施並說明執行方式，可從「監測預警、掌握淹水範圍、事先避難、提升建物耐淹」四個環節作答，完整說明如何減少低地積水對居民生命財產的影響。

1. 建置洪水預警報系統：在水道重要控制點設置監視器，監測水位與排水情形，並訂定緊急應變計畫；結合降雨預報及集水區降雨與水位資料，及早預報低窪地區的淹水風險，通知居民預作防範。

核心觀念

本題比較四種管徑的年成本，包含：

1. 年化管線建置成本：管線總成本乘以資本回收因子（$CRF$）。
2. 年度抽水電費：由管徑決定流速與沿程摩擦損失，進而決定抽水揚程、所需功率及電費。
3. 總年成本：年化建置成本加年度電費。管徑愈大，管線成本愈高，但摩擦損失及電費愈低。

採用 Darcy–Weisbach 式計算沿程水頭損失：

其中 $f=0.03$、$L=1{,}200\ \mathrm{m}$、$D$ 為管徑、$V$ 為管內平均流速，並取 $g=9.81\ \mathrm{m/s^2}$。題目未提供局部損失係數，故不計局部損失。

解題方法

流量固定為 $Q=0.05\ \mathrm{m^3/s}$，各管徑的流速為

抽水總揚程為靜水頭加沿程損失：

抽水機效率 $\eta=0.80$，所需輸入功率為

取水的密度 $\rho=1{,}000\ \mathrm{kg/m^3}$，將功率由瓦換算為千瓦，再乘以每日運轉時數及全年天數，即得年用電量。年度電費為年用電量乘以每度電 $2.5。

年化管線成本則為

計算結果如下（年電費按全年 $365$ 日運轉計）：