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构戴
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1 第一篇灌溉排水工程概論第一章緒論灌溉排水工程的項目灌溉排水工程的設施可分成哪些項目? 試論述之答 : 灌溉系統裡的各工程設施, 如同人身體器官之間的調和與統一, 各司其職, 各盡所能, 茲將各設施項目分述如下 : 水源設施 : 大壩或欄水堰之地點長度高度頂寬及側坡等大壩或欄水堰之結構型式大壩之進水口溢洪道等地點及最大流量大壩之附屬工程功能引水設施 : 進水閘或分水門地點通水斷面最大流量及結構型式進水口如用機械各種機具之型式性能操作方法其他附屬工程之地點結構型式輸水設施 : 導水幹線及各幹支分線之起訖地點長度堤頂寬渠道底寬斷面及最大容量各級水路之制水門分水門之地點, 門孔數最高水位最大流量及型式結構等隧道虹吸渡槽暗渠及跌水工地點長度斷面結構配水設施 : 7

2 第一篇灌溉排水工程概論第二章灌溉排水工程之應用灌溉及排水系統之分布灌溉及排水系統之分布應如何規劃? 答 : 灌溉系統 : 灌區規模的大小, 依耕地面積的規模水源的豐枯土壤保水力之難易以及灌溉管理之良窳, 而不盡相同假定耕地面積極廣水源豐富, 但土壤若屬砂土, 保水力極差, 且灌溉管理上未盡理想, 其灌區未必有甚大之規模另一方面, 儘管水源較為缺乏, 但土壤保水力佳, 管理又頗為妥善者, 其灌區之規模亦未必較前者為小, 除此之外, 農田灌溉的情況必然極為順利為支配全灌區農田用水, 以利生產, 必須建設灌溉系統, 而灌溉系統必須分布遍及全灌區之各角落, 由水源地之蓄水或攔水, 經渠首工程進水後, 由導水幹線支線分線輸水至給水路, 而由給水路配水給各小給水路補給水路, 最後再至田間灌溉其間或須經由隧道而進水, 幹支分線制水門以提高水位, 由分水門分水供各支分線系統, 並由量水設備公平量測水量, 使其滿足各系統之需求另外, 還須經過虹吸渡槽暗渠跌水等工程由上可知灌溉滴水在進入田間之前, 必須經過複雜之灌溉系統與地形障礙, 才能到達田間為作物培養生機, 為農業增產水源地之攔水蓄水工程, 稱為蓄水設備, 又稱蓄水系統渠道工程中之進水閘或分水閘, 稱取水設備, 又稱取水系統自導水幹線支線至分線階段, 稱為輸水設備, 15

3 第二篇渠首工程第一章緒論渠首工之構成試論述渠首工之構成可分成哪些部分答 : 渠首工 (headworks) 係指自湖沼河川或蓄水池等引水入渠而建造之構造物一般由調節取水位為目的之攔河堰進水口及其附屬設施所構成, 試分述如下 : 攔河堰 (diversion weir): 攔河堰與蓄水壩功能雖相同, 但外形上攔河堰較蓄水壩低如河溪流量足用, 不須儲蓄洪水做為供應時, 以攔河堰為選用之對象一般河的溪水深度不足引入渠道, 亦即, 河川等低水位時, 為了抬高水位已引取用水至水路, 橫斷河川而設之堰, 此結構物稱為攔河堰, 其目的僅供導水之用攔河堰之位置, 其高度必須高於灌區中最高之地面, 才能夠以重力的方式, 藉地球引力將水輸入灌區內, 若應用動力方式, 則較不經濟, 應在河溪中選擇適當的高程點, 測取地形圖, 再作全盤的規畫與設計最經濟之渠首工, 應依規畫法則, 將其主要的三部分做詳細的經濟分析, 選用成本最小者此外, 也可將攔河堰向上游移動, 所需的工程費將較低, 然而, 若攔河堰若向上游移動, 則必須加長引水之渠道, 故渠道之增長值同時亦需列入分析比較 27

4 第三篇輸水工程第一章明渠渠道斷面設計原則渠道斷面設計的原則為何? 試論述之答 : 渠道的斷面形狀 : 在渠道的設計上, 當選定了設計流量, 並依地形坡度大致決定渠道流速後, 便可決定斷面形狀, 再進一步計算細部之水理人工渠道以有計畫之幾何斷面設計, 有梯形矩形圓形三角形拋物線形圓角矩形圓底三角形等, 其中以梯形矩形圓形最為普遍決定斷面形狀需考慮水理性最佳斷面, 亦即最經濟斷面, 同時需考慮設計施工安全等因素當渠道路線有下列情形時, 需考慮採用暗渠或隧道 : 對於施工及完成後之安定有不安全之虞者挖土量多而不經濟者採用迂迴路線時, 需延長路線等不利情形者決定渠道斷面有六大原則 : 最佳水力斷面 : 若渠道之斷面積一定, 而有潤周最小及最大水力半徑之斷面形狀, 則流量亦為最大, 此時之斷面稱為最佳水力斷面滲透最小斷面 : 渠道之滲透量除受表土下層土質地下水位之高低影響外, 與水力半徑成正比, 並與水深有關渠道之安定性 : 此問題對於設在山腰部之渠道尤其重要, 若水 49

5 新編水利工程設計全真模擬試題水力深度 (hydraulic depth): 通常以 D 表示, 即 D= A T, 為渠道之截水面積 A 與水面寬度 T 之比值渠道坡度 (slope of channel): 亦稱渠底坡度, 通常以 tanθ 表示, 為渠道底床最低點與水平地面所夾之角度當渠道坡度很小時, 即 θ 很小時,tanθ sinθ θ 當渠道坡度水平時,y=d 當渠道坡度很大時, 則 d=ycosθ 當渠道坡度很小時,cosθ 1 則 y d 註 : 參謝平城著,2010, 渠道水力學, 五南, 頁 2~3; 農田水利入口網 - 多語詞彙, vocabulary.asp(2012/6 瀏覽 ) 求渠寬窄縮程度有一甚長之明渠, 其均勻流水深為 1.5 m, 渠寬為 3 m, 坡度為 0.001, 曼寧粗糙係數 n=0.015, 試求使此水流產生臨界水深所需渠寬窄縮至少至何種程度 ( 即最小渠道坡度 B min )? 83 高考二級答 : 水深 d=1.5 m, 渠寬 B=3 m, 坡度 S o =0.001, 粗糙係數 n=0.015 由曼寧公式可知 : V= n R 3 2 S o V: 流速 n: 曼寧粗糙係數 R: 水力半徑 S o : 渠道坡度 V= ( ) 3 (0.001) 2 =1.74(m/s) 58

6 第三篇輸水工程第二章暗渠暗渠之定義何謂暗渠? 選定暗渠路線時應注意哪些地方? 答 : 暗渠為管路之一, 除受渠道內的水流壓力之外, 並無其他內壓力存在下列情形適用於暗渠工程 : 坡面過長挖土量過多或地下水位高需承受上揚力湧水過多, 使明渠在構造上不安定經濟上有不利的情形穿越道路等因覆蓋土太小無法以隧道方式施工時依其使用目的可分為灌溉暗渠與排水暗渠二種, 除適用於上項各條件外, 在地質風化或沖積土中有岩石節理砂土等不良地質, 不易開鑿隧道或不易施工時設置之, 後者即於橫越道路堤防時與橋梁之設置相互比較, 如為經濟或橫越堤防而無法架橋時, 或因用地不能開明渠時設置之暗渠應用在灌排兼用者, 因灌排兼用具有較多之缺點, 若非不得已, 應盡量避免之在形狀上, 暗渠分成圓形方形梯形拱形或其他, 在構成材料上則分成金屬混凝土木材等, 一般以預製混凝土之圓形管或矩形整體現場灌製之混凝土箱最為普遍, 直徑較小之暗管可在市面上各水泥製品廠之目錄中, 依其大小及受壓力之大小選購較為方便且經濟決定暗渠的路線時, 應注意下列事項 : 由於暗渠每公尺之造價較明渠高出約二至三倍, 所以在地質條 91

7 第三篇輸水工程第四章陡槽設計陡槽之定義何謂陡槽? 其構造及作用為何? 答 : 陡槽 (chute): 指從高水位向低水位輸水的高速輸水道, 亦稱為急流工, 與跌水工具有同等功用之輸水構造物當渠道經過陡坡或地形突變處, 渠線之坡度因不能按照地面坡度而設立時, 應選擇適當之地點建造陡槽或跌水工以消除過大之能量至於設置陡槽或跌水, 須考慮地形條件以及經濟條件, 一般而言, 若縱斷方向距離短且落差大, 應選擇跌水, 而縱斷面距離長且坡度均一者, 以陡槽較有利陡槽可能為管路渡槽或明渠, 典型的陡槽設計可分為 : 進口漸變段急流槽拋射槽靜水池出口漸變段而在進口漸變段內尚需設控制斷面以控制水深, 以免上游渠道因水位洩降, 流速增大而遭沖刷流經陡槽斜面的流速大於臨界流速, 此時正常水深 (normal depth ) 小於臨界水深 (critical depth), 而實際水深介於這兩者之間, 正常水深即是水面坡降平行渠底坡降時的水深斜面之水面曲線可 117

8 第四篇節制與調節工程第一章分水工分水工分水工 (division works) 為灌溉管理配水上的重要工程設施, 試回答下列問題 : 設置的目的為何? 分水設備有哪些類型? 主要應具備哪些條件? 位置應如何選定? 答 : 目的 : 分水工為從一供水渠道分配所需之流量至二個或更多渠道之構造物, 其同時具有調整水位之功能分水工可為單獨構造物或需要再次分水的虹吸管跌水或斗門的出水口, 如分水處不需量水時, 通過構造物的水流可直接通過具有閘門或閘板的各種出水口, 如需量水, 則按可利用水頭之大小, 連接適宜之量水設施以便分水分類 : 依水理性質可分成 : 潛流型 : 包括水門式孔口式樋管式短嘴式溢流型 : 包括比率式明槽式堰式控制閘混合型 : 包括分水器分水井虹吸分水器應具備條件 : 分水正確, 不需加以調整構造堅固, 不容易發生誤差, 避免增加檢查活動部分的繁複 169

9 第四篇節制與調節工程第二章量水設備設計巴歇爾量水槽已知 : 測定範圍由 0.113~1.133 c.m.s. 水路條件 : 底寬 b=1.80 m, 邊坡 m=1.5, 水深 d=0.60 m, 水面寬 B=3.60 m, 出水高 Fb=0.45 m, 上游水路底標高 =50 m 容許落差 0.20 m 試求在自由流範圍內, 應選擇何種巴歇爾量水槽? 答 : 由水槽尺寸與流量測定範圍之表 ( 如下 ), 查得 3 呎 ~8 呎寬的巴歇爾槽均可測定之中小型巴歇爾水槽各部分尺寸表 (W Y 之單位 :cm) W (3 ) (4 ) (5 ) (6 ) (7 ) (8 ) A A B C D E F

10 第四篇節制與調節工程第三章制水門制水閘門之型式制水閘 (check/cross regulator) 係一水位調整設施, 在適當位置橫跨渠槽之水工建築物, 用以控制水位及調節排放流量其可以是單獨的建築, 也可以與其他水工結構物如跌水橋梁分水閘洩水閘等結合興築試說明制水閘門之型式及其適合之條件答 : 制水閘門之型式及適合條件 : 活動橫插板式閘門 : 活動橫插板式閘門多為木製, 由寬 15~20 公分之木板組合而成, 其厚度需要足夠支撐所受之水壓力, 此等木板係分別逐一橫置於閘槽中, 而以鉤桿升降之在水深超過 20 公尺時, 以人工方式裝卸此項插板, 甚感不便, 且容易導致巨量之滲漏, 因為此項關係, 該式閘門雖具有取入河川表面清水之優點, 但仍然不適宜用於重要之幹渠建築物此種閘門於配水系統之建築物中採用較為廣泛弧形閘門 : 此種閘門形狀其擋水面呈圓弧形, 承軸適合位於圓弧之中心, 任何水位下水壓力之合力線必穿過承軸, 故開啟閘門時所需克服之阻力僅為閘門之本身重, 承軸轉動時及橡皮帶沿閘敦移動時所引起之摩擦阻力而已啟閉所需之動力既小, 故可適用於較寬之閘孔, 此式閘門最適用於洩水排砂及分水等, 適合用於下射式閘門之建築物, 建築物之宜用上溢式閘門者, 如節制閘等亦可將此型閘門分為數部, 各具放射式之臂桿及獨立之承軸, 197

6-1-1極限的概念

6-1-1極限的概念選修數學 (I-4 多項式函數的極限與導數 - 導數與切線斜率定義. f ( 在的導數 : f ( h 對實函數 f ( 若極限存在 h h 則稱 f ( 在點可微分而此極限值稱為 f ( 在的導數以 f ( 表示 f ( f ( 函數 f ( 在的導數也可以表成 f ( 註 : 為了