民國115年 普通考試 水利工程 水利工程概要考古題
民國115年 普通考試 水利工程 水利工程概要收錄考選部官方試題，共 4 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
請說明作用於重力壩的力可分為那幾種？又如何考慮重力壩的穩定
性？（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、重力壩（gravity dam）係以壩體自身重量維持穩定之混凝土壩，作用力可分為水平力、垂直力與力矩三類；實務上依「靜水壓力、壩體自重、揚壓力、淤砂壓力、地震力、浪壓力、壩基反力」逐項計算，通常取單位壩長之斷面進行分析。
- 二、水平力包括上游靜水壓力（呈三角形分布，水面處為零、壩底最大，約等於γh²/2）及下游水壓力；另含淤砂壓力（常用Rankine或Coulomb土壓力式估算）、風浪壓力，以及地震時之動水壓力（hydrodynamic pressure，可用Westergaard公式估算）。
- 三、垂直力包括壩體自重、壩面水重、揚壓力（uplift pressure，含壩基與壩身接縫，常以排水廊道、灌漿帷幕降低）、淤砂垂直分量及壩基反力；揚壓力折減係數之取捨，直接影響滑動與傾覆之安全性。
- 四、穩定性首重滑動（sliding）檢核，安全係數FS＝Σ抗滑力／Σ滑動力，一般要求1.5以上，可藉壩基摩擦角、凝聚力、齒牆與剪力鍵提高阻抗；其次檢核傾覆（overturning），FS＝Σ穩定力矩／Σ傾覆力矩，常要求2.0以上。
- 五、再檢核壩基應力與合力位置，合力須落於壩底中三分點（middle third）範圍內，壩踵不得產生拉應力；並檢討基礎承載力、滲流與管湧（piping）、沉陷及溫度裂縫，必要時設置截水牆、排水孔與基礎灌漿。
請分別解釋並區別集流時間、平衡時間與稽延時間三者間之差異。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、集流時間（time of concentration, Tc）係指降雨開始後，集水區內距出口最遠之雨水，經地表漫流與渠道流動抵達出口所需時間；其長短取決於集水區面積、坡度、粗糙度與流路長度，常以Kirpich、Rziha等經驗公式估算。
- 二、平衡時間（time of equilibrium）係指降雨延時等於集流時間時，出口流量由零增至最大平衡流量所需之時間；此時全區同時供給逕流，流量歷線出現水平段，故平衡時間在數值上等於集流時間。
- 三、稽延時間（lag time）係指降雨組體圖（hyetograph）重心至流量歷線（hydrograph）重心之時間差；亦有定義為降雨重心至洪峰之時間，或洪峰時間與降雨開始時間之差，屬「時間平移」之概念。
- 四、三者差異：集流時間為水流運動所需時間，屬物理量；平衡時間為流量達飽和所需時間，屬歷線特徵；稽延時間為降雨與逕流對應之時間差，屬統計量。Tc愈長，洪峰愈低、歷線愈平緩。
- 五、應用上，推理公式Q＝CIA中，降雨強度I之延時須大於或等於Tc，方能取用全區面積；單位歷線（unit hydrograph）之稽延時間則用於歷線推估與洪水演算，三者不可混用。
一般於護岸工程設計時應注意之事項有那些？請列出五項。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、河性與水理條件調查：設計前應蒐集流量、流速、流向、洪水位、河床質粒徑與沖刷深度，並研判河段之蜿蜒、深槽變遷與縱橫向穩定，避免護岸遭主流頂衝而破壞。
- 二、基礎深度與沖刷保護：護岸基礎應埋設於最大沖刷深度以下，並於坡腳設置固床工、護腳塊石或蛇籠；護腳之寬度與重量須能抵抗流速所生之拖曳力，防止基礎淘空。
- 三、斷面型式與材料選擇：依流速與景觀需求選用混凝土、砌石、蛇籠、塊石或生態護岸；高流速段宜採剛性且表面平整之型式，低流速或親水段宜採多孔隙、透水性材料。
- 四、坡面穩定與排水：護岸坡度須符合邊坡穩定分析，背填土應分層壓實，並設置濾層（filter）與排水孔，防止滲流帶動細料造成坡面鼓脹、流失。
- 五、縱橫向銜接與維護：上下游端點應設收頭與翼牆，與堤防、橋台、涵洞平順銜接；並預留維護道路、植生綠化與生態通道，兼顧景觀、生態與後續管理。
請說明內水排水（又稱堤內排水）常用之四種方法為何？請列出四點適
用的時機為何？（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、重力排水（閘門、涵洞排水）：利用內水位高於外水位之水位差，經水門或涵洞將內水排出；適用於外水位低於內水位之平時或退水期，設施簡單、操作成本低，惟須防止外水倒灌。
- 二、抽水站排水（pumping station）：以抽水機組加壓排除內水；適用於外水位高漲、重力排水失效之洪水期，或低窪地區無法自流排水者，須考量機組容量、備用電源與操作時機。
- 三、蓄洪（滯洪）排水：設置滯洪池、蓄水池或調節池暫時容納內水，俟外水位下降再行排出；適用於土地取得較易、尖峰流量大而抽水容量不足之地區，兼具削減洪峰之功能。
- 四、入滲（滲透）排水：以透水鋪面、滲透井、滲透溝或入滲池使雨水就地入滲；適用於都市化程度高、不透水面增加、地下水位較低且土壤滲透性佳之地區，可減少逕流量。
- 五、截流（分流）排水：於上游設置截水溝，將外水或坡地逕流截引至他處；適用於內水區受上游坡地水或渠道溢流影響時，可減輕抽水站負擔。
- 六、時機綜合運用：實務上常採「閘門重力排水為主、抽水站為輔、滯洪池調節」之組合，依外水位與內水位之相對關係切換操作；須訂定操作規則（operation rule），並配合水位站與洪水預警。