113 高普考高考二級 水利工程 水資源工程 考古題詳解

113 年・高普考・高考二級・水利工程
試題代碼 水資源工程

第 一 題25 分

給水工程又稱為自來水工程，係指以工程設施導引及供應合於水質標準之用水給予民眾或產業使用。請描述自來水工程由取水至用戶端之流程與設施。

登入後即可作答並保存紀錄。

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查自來水工程的完整供水系統，也就是如何把原水取出，經輸送與處理，使水質符合飲用水標準，再以配水設施送至用戶。答題時應依水流經過的先後順序說明主要設施，並交代各設施的功能。

解題方法

以「水源取水 → 原水輸送 → 淨水處理 → 清水輸送與貯存 → 配水 → 用戶」為主軸，逐段列出設施與用途：

  1. 水源與取水設施 水源可為地面水或地下水。地面水常取自河川、水庫或湖泊；地下水則由井、集水廊道等設施取得。取水設施包括取水口、攔污設備、取水塔、引水渠或抽水站，用以攔除大型漂流物並將水導入系統。

  2. 導水與原水輸送設施 以重力渠道、隧道或原水管線，將原水送往淨水場；地勢或距離條件不利時，設置抽水站加壓輸送。輸送過程中的沉砂池可先去除砂礫等較粗顆粒，避免磨損設備或淤積管渠。

  3. 淨水處理設施 依原水水質與處理需求配置，典型流程為：

  • 混凝與膠凝：投加混凝劑，使細小懸浮物及膠體凝聚成較大的絮體。
  • 沉澱：使絮體沉降，降低水中懸浮物與濁度。
  • 過濾：以快濾池或慢濾池去除殘留顆粒及部分微生物。
  • 消毒：常以加氯等方式抑制病原微生物，並維持輸配水過程所需的消毒效果。
🔒

後續完整解題步驟與【答案】

免費註冊，享 3 天全站完整詳解閱覽。

免費註冊

第 二 題25 分

水文循環過程包含水的貯蓄（stock）及流動（flux）。在長時間的水循環平衡情境下，全球海水的體積約為 13351335 百萬立方公里，海水的每年蒸發量約為 0.410.41 百萬立方公里、海面的每年降雨量約為 0.370.37 百萬立方公里、陸地流入海洋的每年逕流量約為 0.040.04 百萬立方公里。請估算長期平均而言，水循環過程中，水於海洋的停留時間（residence time）。

登入後即可作答並保存紀錄。

這一題的完整詳解

核心觀念

水在某一水體中的停留時間，是指該水體的蓄水量除以水進出該水體的長期平均通量：

T=SQT=\frac{S}{Q}

其中 TT 為停留時間，SS 為水體貯蓄量，QQ 為長期平均流量。長期水循環平衡時，海洋水量維持穩定，因此海洋的總流入量等於總流出量。

解題方法

海洋的出流是海面蒸發，每年約 0.410.41 百萬立方公里；入流包括海面降雨及陸地逕流，合計為：

0.37+0.04=0.41 百萬立方公里／年0.37+0.04=0.41\ \text{百萬立方公里／年}
🔒

後續完整解題步驟與【答案】

免費註冊，享 3 天全站完整詳解閱覽。

免費註冊

第 三 題25 分

某水力發電計畫，水頭落差為 30 m30\ \mathrm{m}，引水流量為 2 m3/s2\ \mathrm{m^3/s}，引水管路總長度為 0.6 km0.6\ \mathrm{km}，管徑為 80 cm80\ \mathrm{cm}，Darcy–Weisbach 公式之摩擦損失因子為 0.0350.035，管路之其他水頭損失以摩擦損失之 10%10\% 估計，水輪機之效率為 89%89\%，發電機之效率為 94%94\%。若每度電（kWh\mathrm{kWh}）可以有 66 元之收益，且每日以此條件發電 2020 小時，請問一年將有多少金額（元）之發電收益？

登入後即可作答並保存紀錄。

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查水力發電功率與年收益計算。引水管路的摩擦損失依 Darcy–Weisbach 公式計算，其他水頭損失再依題意估為摩擦損失的 10%10\%。扣除管路總損失後，剩餘水頭乘以流量及水的單位重，即為水輪機可取得的水力功率；再乘上水輪機與發電機效率，得到發電功率。

解題方法

管內平均流速為

V=QA=2π(0.8)2/4≈3.979 m/sV=\frac{Q}{A} =\frac{2}{\pi(0.8)^2/4} \approx 3.979\ \mathrm{m/s}

其中 Q=2 m3/sQ=2\ \mathrm{m^3/s}，管徑 D=0.8 mD=0.8\ \mathrm{m}。

管路長度 L=0.6 km=600 mL=0.6\ \mathrm{km}=600\ \mathrm{m}。Darcy–Weisbach 摩擦水頭損失為

hf=fLDV22g=0.0356000.8(3.979)22(9.81)≈21.32 mh_f=f\frac{L}{D}\frac{V^2}{2g} =0.035\frac{600}{0.8}\frac{(3.979)^2}{2(9.81)} \approx 21.32\ \mathrm{m}

其他水頭損失為摩擦損失的 10%10\%：

ho=0.10hf≈2.13 mh_o=0.10h_f\approx 2.13\ \mathrm{m}

因此水輪機可利用的淨水頭為

Hn=30−hf−ho=30−21.32−2.13≈6.55 mH_n=30-h_f-h_o =30-21.32-2.13 \approx 6.55\ \mathrm{m}

發電機組的總效率為

🔒

後續完整解題步驟與【答案】

免費註冊，享 3 天全站完整詳解閱覽。

免費註冊

第 四 題25 分

某水庫預定壩址之連續 1212 年年流量體積為：1818、1414、88、66、77、1515、1010、77、44、88、77、1515 單位，請運用序列尖峰法（sequent peak method）推求水庫之最小所需容量，用以滿足每年 88 單位之用水需求。

登入後即可作答並保存紀錄。

這一題的完整詳解

核心觀念

序列尖峰法（sequent peak method）以逐年水量與固定年需求量的差額，累積計算水庫的缺水量。當累積值降至零時，表示前一段缺水期間已由豐水補足；累積曲線中最高的尖峰，就是滿足需求所需的最小有效庫容量。

令第 tt 年流量體積為 QtQ_t、年需求量為 D=8D=8，尖峰序列為：

St=max⁡[0, St−1+(D−Qt)],S0=0S_t=\max\left[0,\ S_{t-1}+(D-Q_t)\right],\qquad S_0=0

其中 D−QtD-Q_t 是該年的需求不足量；若流量大於需求，差額會抵銷先前累積的不足量，但尖峰序列最低以零為限。

解題方法

依年序逐年計算 StS_t：

年度 tt年流量體積 QtQ_t年需求 DD尖峰序列 StS_t
1188max⁡(0,0+8−18)=0\max(0,0+8-18)=0
2148max⁡(0,0+8−14)=0\max(0,0+8-14)=0
388max⁡(0,0+8−8)=0\max(0,0+8-8)=0
468max⁡(0,0+8−6)=2\max(0,0+8-6)=2
578max⁡(0,2+8−7)=3\max(0,2+8-7)=3
🔒

後續完整解題步驟與【答案】

免費註冊，享 3 天全站完整詳解閱覽。

免費註冊

其他考古題

水利工程《水資源工程》其他年度

114