110 公務人員升官等薦任 水利工程 水資源工程學 考古題詳解

核心觀念

本題考查人工湖（平地水庫）從「確認水資源需求」到「工程核定與執行」的完整規劃程序。人工湖通常利用平原地區開挖形成蓄水空間，搭配攔取、引水、輸水、蓄水及淨水設施，作為供水或備援水源；規劃時須同時處理水源可靠度、地質與地下水、土地取得、環境影響、工程可行性及地方溝通。

水資源規劃程序可整理為：初步規劃、可行性規劃、法規審查、提報工程計畫；工程計畫核定後，進入基本設計及發包施工。各階段逐步增加調查深度，並以供水效益、環境社會影響與工程成本等資料，判斷計畫是否值得推動。

解題方法

作答時依「需求與區位 → 方案可行性 → 法規審查 → 計畫核定 → 設計施工」順序說明。每一階段交代其目的、主要調查或評估工作，以及階段成果，即能完整呈現規劃邏輯。

各規劃階段與執行內容

一、初步規劃

**目的：**確認區域是否有新增或備援水源需求，並初步篩選人工湖的開發區位與方案。

執行內容：

1. **掌握水資源供需：**蒐集區域人口、產業、農業及公共用水資料，分析現況與未來供需、枯旱風險及既有水源調度情形，確認開發需求與目標供水量。
2. **盤點替代方案：**比較水庫、人工湖、伏流水、地下水、再生水、海水淡化及節水等方案，檢視是否須透過新開發工程補足需求。
3. **初選開發區位：**盤點可供開發土地、水源條件、地形地質、交通及輸水路線，初步排除不適宜區位。
4. **研擬人工湖構想：**規劃湖區範圍與規模、取水來源、引水及輸水方式、供水對象，以及湖區與既有供水系統的連結方式。
5. **初步評估水量、環境與經費：**以水源運用模擬估算增供或備援水量，並初步檢視土地利用、環境生態、工程經費及可能影響。

**成果：**提出優選區位與建議方案，作為可行性規劃的依據。

二、可行性規劃

**目的：**針對初步規劃仍不足的資料進行較深入調查，並綜合評估方案能否實際開發及是否具經濟效益。

執行內容：

1. **補充現地調查：**進行地形測量、地質與土壤調查、地下水觀測及水文水質調查，確認湖區開挖、蓄水與周邊地層條件。
2. **深化水源與供水分析：**分析可取水量、水質、枯水期供水可靠度及與既有水庫、河川、地下水系統的聯合運用；評估湖區容量與供水設施規模。
3. **研擬工程配置：**規劃湖區分區與開挖方式、堤岸及防滲措施、取水與引水設施、輸水管線、抽水與淨水設施、排水及必要的防洪設施。
4. **評估環境與社會影響：**檢視生態、水質、地下水位、地層下陷、淹水、噪音、交通及土地利用等影響；蒐集地方意見，研擬迴避、減輕或補償措施。
5. **辦理經濟與財務分析：**估算工程、用地、營運及維護成本，評估供水效益、備援效益與其他可能效益，並比較替代方案。

核心觀念

本題考查抽水機輸送水時所需的揚程，以及由流量與揚程計算水力功率。抽水機的最小所需揚程，等於兩池水面的高程差，加上管路沿程摩擦損失水頭：

題目未提供局部損失資料，故依題意只計算沿程損失。抽水機輸出功率按理想效率 $100\%$ 計算：

其中 $\rho$ 為水的密度，$g$ 為重力加速度，$Q$ 為流量。

解題方法

先以管徑求管內平均流速。管截面積為：

因此平均流速為：

使用 Darcy–Weisbach 公式計算沿程摩擦損失：

核心觀念

本題考查年最大洪峰流量的頻率分析。已知年最大洪峰流量符合極端值一型分布（Gumbel 分布），可用頻率因子法估計指定重現期的洪峰流量：

其中，$Q_T$ 為重現期 $T$ 年的洪峰流量，$\bar{Q}$ 為樣本平均值，$s$ 為樣本標準偏差，$K_T$ 為極端值一型分布的頻率因子。

解題方法

將題目提供的 $T=50$ 代入頻率因子公式：

先計算括號內的對數項：

因此：

核心觀念

本題以曼寧公式計算明渠均勻流的平均流速，並與土渠允許流速 $1.5\ \mathrm{m/s}$ 比較。曼寧公式為

其中 $V$ 為平均流速、$n$ 為曼寧粗糙係數、$R=A/P$ 為水力半徑、$S$ 為能量坡度。題目未另給能量坡度，依正常水深下的均勻流假設，以渠道底床坡度代表能量坡度。

解題方法

矩形渠道在水深 $y=0.8\ \mathrm{m}$ 時，通水面積為

濕周為渠底寬加上兩側與水接觸的長度：

因此水力半徑為

核心觀念

本題考查出流管制的目的，以及滯洪設施如何透過「暫存逕流、調節出流」避免土地開發增加下游與周遭淹水風險。滯洪池不是只要有足夠的池體容積即可；還須配合基地集排水、入流與出流設施、緊急溢流、周邊安全及後續操作維護，整體規劃並檢核其功能。

法規部分，以命題當年（民國 110 年）法規為準，主要依據《水利法》第八十三條之七至第八十三條之十三，以及《出流管制計畫書與規劃書審核監督及免辦認定辦法》與當時的出流管制技術手冊。水利法後續已有修正，作答仍以命題年度規定為準。

滯洪設施的核心檢核包括：

• 滯洪體積：容量須足以容納設計降雨與入流、出流條件下所需暫存的逕流。
• 排水出流洪峰流量：透過出流設施調節，使基地放流符合核定的出流管制要求。
• 區外排水影響：確認開發後不致加重基地外排水系統負擔或增加周遭淹水風險。

概念上，滯洪量取決於入流與出流的差額累積：

設計所需滯洪量，應依入流歷線、出流歷線及排放延時等條件推求，並確認池體有效容積足夠。

解題方法與整體規劃原則

可依「基地與水文條件 → 滯洪量及位置 → 設施配置 → 安全與環境 → 操作維護」的順序作答。這樣能從滯洪池容量的水文基礎，連結到實際工程可行性及長期管用需求。

1. 掌握基地條件與排水系統

盤點基地地形、集水範圍、土地使用、開發前後逕流變化、既有水路，以及聯外排水與受納水體條件。滯洪設施應納入基地整體排水規劃，配置基地排水路、穿越水路、截流水路、滯洪池、出流工及消能設施，使逕流能依規劃路徑匯集、滯蓄及排放。

2. 依水文條件決定滯洪量與有效容積

依適用的設計降雨、入流量、允許出流量、排放延時、設計水位與安全需求推求所需滯洪量。有效滯洪體積應按設計水位至底層出水口間可實際蓄水的空間計算；死水位以下、無法有效排空的容積，不宜直接視為可用滯洪量。設計須同時檢核滯洪體積及排水出流洪峰流量。

3. 依基地立地條件配置設施