114 專技高考高等考試 水利工程技師 包括海岸工程、防洪工程與排水工程 考古題詳解
第 一 題10 分
請列出水文收支方程式（Hydrologic budget equation）的基本形式，並解釋各項因子之意義。（10 分）
假設某小型蓄水池在年初時貯蓄量為 120 萬噸，下表為某年每個月之入流量及出流量，請推求此蓄水池在 7 月底及 11 月底之貯蓄量。（15 分）
月份：1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12
入流量（萬噸）：11、15、16、20、26、46、66、61、52、28、17、13
出流量（萬噸）：17、20、20、25、27、37、50、42、30、27、23、18
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核心觀念
本題考水文收支方程式與水庫（蓄水池）的連續方程式。水文收支的基本原理是：一定期間內，系統的貯蓄變化量等於流入量減去流出量，再加上系統內的生成量、減去消耗量。
其中：
- ：期間內系統貯蓄量的變化。
- ：流入系統的水量，例如降雨、地表逕流、地下水流入。
- ：流出系統的水量，例如蒸發、蒸散、河川出流、地下水流出。
- ：系統內生成的水量，例如融雪補注或其他水源補注。
- ：系統內消耗或移除的水量，例如抽水、灌溉取水或其他耗用。
若題目只列蓄水池入流量與出流量，且沒有提供其他補注或損失，則採用簡化式：
解題方法
以年初貯蓄量為起算值，逐月累加「入流量減出流量」。各月淨蓄水量變化為：
各月水量均以「萬噸」計，故可直接與年初貯蓄量相加。
| 月份 | 入流量 | 出流量 | 月淨變化 | 月底貯蓄量 |
|---|---|---|---|---|
| 年初 | — | — | — | 120 |
| 1 月 | 11 | 17 | ||
| 2 月 | 15 | 20 | ||
| 3 月 | 16 | 20 | ||
| 4 月 | 20 | 25 |
第 二 題15 分
臺灣山區常有堰塞湖形成之風險，後續面對堰塞湖破壞過程可能形成之高含砂水流，請說明下游防洪構造物及河川治理之因應對策。（15 分）
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核心觀念
本題考查堰塞湖潰決後，高含砂洪流對下游防洪構造物及河川治理的衝擊，以及如何由「單純防洪」轉為兼顧洪水、泥砂、漂流木與巨礫的整體風險管理。
堰塞湖潰決洪流可能挾帶大量土砂與漂流物，具有高含砂、強沖刷與快速淤積等特性。其危害不只來自水位上升，還包括構造物受撞擊、河道淤積抬高、橋涵堵塞、堤防沖刷及洪流改道。因此，下游設施不能只按一般清水洪水的流量與水位檢討，還要評估土砂運移、局部沖刷、淤積與構造物堵塞等情境。
解題方法
作答可依「掌握風險 → 強化構造物 → 調整河川治理 → 建立預警與應變」的順序展開。先說明高含砂水流的破壞機制，再分別提出工程措施與非工程措施，並指出各措施需配合流量、含砂量、粒徑、河道地形及下游暴露人口檢討。
下游防洪構造物的因應對策
1. 檢討設計條件與破壞模式
- 以堰塞湖潰決洪水及高含砂流為設計情境，分析洪峰流量、水位、流速、到達時間、含砂量與可能的泥砂總量。
- 檢查堤防、護岸、橋梁、攔河堰及排水設施的安全性，納入土砂淤積造成河道通洪能力下降，以及漂流木、巨礫造成橋孔堵塞的影響。
- 針對堤腳、彎道外側、橋墩與構造物銜接處，檢討沖刷深度、基礎埋置及局部防護；避免只提高堤頂而忽略基礎淘刷或溢流破壞。
2. 強化堤防、護岸及重要構造物
- 堤防與護岸採用具抗沖刷能力的護面及穩固基礎，並加強堤腳、岸坡轉折處及構造物銜接處。
- 橋梁與涵洞檢討通洪斷面及堵塞風險；必要時改善橋孔配置、減少阻水構件，並對橋墩與基礎加強防沖刷設計。
- 對重要設施採取備援、分段防護或可修復設計，降低單一構造物失效造成的連鎖災害。
3. 兼顧滯洪、導流與泥砂管理
- 在適當河段設置或改善滯洪空間、分洪設施及排洪通道，降低洪峰對人口密集區與重要設施的衝擊。
- 依河段條件配置攔砂、沉砂或固床設施，控制泥砂下移與河床沖淤；其位置及規模須配合河道輸砂特性，並預留清淤與維護空間。
- 避免不當縮窄河道或設置易堵塞的構造物，防止土砂淤積後使洪流轉向聚落或沖擊堤防。
第 三 題15 分
海岸防護對策一般可分成剛性工法與柔性工法兩大類，請至少各列舉 2 種，說明其功能。（15 分）
近年常依不同特性（侵蝕潛勢、海洋遊憩、景觀調和……）及海岸需求，採用綜合工法搭配方式，請依照不同需求面向分類說明綜合治理模式。（15 分）
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一、核心觀念
本題考海岸防護工法的分類、作用機制，以及如何依海岸的主要需求搭配不同措施。作答時要掌握兩個原則：
- 剛性工法以構造物直接抵抗波浪、暴潮或改變沿岸流與漂砂，防護效果較直接，但可能改變海岸動力、影響鄰近海段的泥砂平衡。
- 柔性工法以補充砂源、恢復或維持海灘與沙丘等自然緩衝帶為主，順應海岸地形變化，通常較能兼顧生態與景觀，但需要穩定砂源及持續維護。
綜合治理並非單純增加設施，而是先辨認海岸的主要需求，再將防護、遊憩、景觀、生態及維護措施妥善搭配。
二、解題方法
先按「工法類型—功能—適用需求」整理第一小題；第二小題則以「需求面向—搭配方式—預期效益」作答。至少列出兩種剛性工法與兩種柔性工法，並說明各自如何發揮作用；綜合治理部分則應讓讀者看出工法選擇與需求之間的關係。
三、剛性與柔性防護工法
（一）剛性工法
| 工法 | 主要功能 |
|---|---|
| 海堤、護岸 | 設置於岸側，阻擋波浪、暴潮及越波，保護後方土地、道路與設施。其主要作用是保護陸域，不能直接補足海灘砂量。 |
| 突堤 | 大致垂直岸線伸入海中，攔截沿岸漂砂，使堤體上游側淤積，減輕局部海灘侵蝕；但下游側可能因砂源減少而加劇侵蝕。 |
| 離岸堤 | 大致平行岸線設於近岸海域，削減入射波能、降低岸邊波浪作用，促進堤後淤砂或形成穩定灘地。堤體位置及排列須考量波浪繞射與鄰近海段變化。 |
（二）柔性工法
| 工法 | 主要功能 |
|---|---|
| 人工養灘 | 補充適當粒徑的砂，拓寬海灘、恢復海岸緩衝帶，藉由砂灘消耗波能並改善遊憩空間；須定期監測灘形與補砂需求。 |
| 人工補砂／漂砂迂迴供砂 | 將港口、河口或漂砂下游側累積的砂，輸送至缺砂海段，維持沿岸砂量平衡，減輕局部侵蝕。 |
| 沙丘營造與植生定砂 | 利用沙丘與植生固定風成砂，形成岸側緩衝帶，降低風浪及飛砂對後方土地的影響；宜保留自然地形及植被生長空間。 |
| 離岸潛堤或人工礁 | 在水下削減波浪能量，兼具穩灘、改善近岸水域條件及提供海洋生物棲地等功能；其效果取決於水深、波浪及砂源條件。 |
剛性與柔性工法可以搭配。例如在高侵蝕風險海段，以離岸潛堤降低波浪作用，並配合人工養灘補充砂源；若只建構造物而未處理砂源不足，防護成效可能受限，且可能將侵蝕問題轉移至鄰近海岸。
四、依需求面向搭配的綜合治理模式
（一）侵蝕潛勢高、防護安全優先
先確認海岸侵蝕成因、波浪條件、沿岸漂砂方向及砂源收支，再依地形及防護標的搭配措施。例如：
第 四 題10 分
請說明何謂等價糙度（Equivalent roughness）。（10 分）
假設河床及河岸之曼寧糙度及濕周分別為 、、、，請依照等流速假設推導等價糙度表示式。（20 分）
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核心觀念
等價糙度（Equivalent roughness）是將由不同材質或不同糙度組成的河床與河岸，換算成一個假想的單一曼寧糙度，使其在指定水力條件下具有相同的阻力效果。此題指定採用等流速假設：假設河床與河岸的平均流速相同，據此求出能代表整個斷面的等價曼寧糙度。
曼寧公式為
其中 為平均流速、 為曼寧糙度、 為水力半徑、 為能量坡度。
解題方法與推導
令河床及河岸的水力半徑分別為
全斷面的面積及濕周為
在等流速假設下，河床、河岸及整個斷面的平均流速相同，即
由曼寧公式，河床與河岸的流速分別為
因為 ，且各部分能量坡度相同，故
進一步改以整個斷面的平均流速表示總流量：
另一方面，將各分區流量相加：
若以整個斷面的等價糙度 套用曼寧公式，則
另一方面，依各分區曼寧公式，總流量亦可寫為
等價糙度表示的總流量為