107 地方特考三等 水土保持工程 集水區經營與水文學 考古題詳解

核心觀念

本題考查《集水區經營與水文學》中關於「集水區經營學」（Watershed Management）之總綱理論與臺灣實務應用。核心觀念涵蓋：

1. 集水區經營之基本定義：以自然分水嶺所界定之集水區為單元，在維護生態平衡、環境承載力及水土資源永續利用之前提下，綜合運用工程、植生、農藝及行政管理等手段，達成涵養水源、減免水土災害、維護水質及合理利用土地之目標。
2. 法制基礎（以命題當年民國 107 年法規為準）：以《水土保持法》、《森林法》、《水利法》及《自來水法》（水質水量保護區相關規定）為核心依據。（現行法備註：中央主管機關行政院農業委員會水土保持局、林務局，已於民國 112 年分別隨農業部改制為農業部農村發展及水土保持署、林業及自然保育署，相關權責法規名稱已配合修正，解題仍以民國 107 年體系為準。）
3. 水文與泥砂收支平衡理論：遵循連續方程式（Continuity Equation）與土砂收支平衡（Sediment Budget），強調逕流調控與土砂產出、運移、沉積之動態平衡。

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解題方法

本題為標準的雙核心問答申論題（第一部分：經營治理原則；第二部分：常見經營治理問題）。解題應採取「系統化、階層化」切入法：

1. 原則部分：依「規劃層面 $\to$ 技術手段層面 $\to$ 生態與社會層面」依序開展，展現集水區上、中、下游一體化經營之宏觀視野。
2. 問題部分：從「自然地文環境 $\to$ 人為利用行為 $\to$ 體制與設施維護」三大構面切入，緊扣臺灣地質年輕、極端降雨頻繁、高山過度利用與事權多頭等本土關鍵困境，避免流於空泛理論。

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選項分析

本題為申論問答題，無選擇題選項。答題重點在於大小標題層次分明、條理清晰，使閱卷委員於短時間內辨識答題架構與實務掌握度。

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解題技巧

1. 層次對稱法：原則寫出五大點，問題亦對應歸納為五至六大關鍵點，各段落以「粗體核心詞＋精要申論說明」組成。
2. 名詞專業化：適度帶入水土保持專業術語，如「源頭治理」、「土砂收支平衡」、「生態工法」、「非工程措施」、「超限利用」、「非點源污染」等，大幅提升卷面專業度。
3. 避免偏廢：切忌只寫土石流整治工程而忽略水質保護、法規管制與民眾參與；集水區經營絕非單純「土木工程」，必須兼顧「治水、防砂、育林、保水、管理」五位一體。

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【答案】

一、集水區經營治理原則

1. 整體規劃與系統治理原則（上中下游整合） 集水區為一完整自然水文與地文系統，治理應打破行政轄區限制，以流域為單元實施上、中、下游整體性規劃。野溪與坡面治理應配合下游河川排洪與水庫防砂需求，避免頭痛醫頭、腳痛醫腳。

核心觀念

本題旨在測驗考生對於「集水區經營」中地文因子（Physiographic Factors）之「地質與地層」對水土資源保育、崩塌地滑防治、水庫泥砂管理及土地利用管制影響的整合理解。

1. 集水區地質之核心地位： 地質與地層為集水區之物理骨幹，直接控制集水區之土壤發育速率、風化程度、水力傳導度（透水性）、邊坡穩定度及產砂量（Sediment Yield）。
2. 力學機制與法規標準：

• 邊坡剪力強度公式：依庫倫破壞準則（Mohr-Coulomb Failure Criterion）與有效應力原理，$S = c' + (\sigma - u) \tan\phi'$（其中 $c'$ 為有效凝聚力，$\sigma$ 為法向應力，$u$ 為孔隙水壓，$\phi'$ 為有效內部摩擦角）。特殊地層與構造往往伴隨弱面發達、水化膨脹或孔隙水壓異常升高，大幅降低剪力強度 $S$。
• 涉及法規（以命題當年民國 107 年法規為準）：
• 《地質法》：劃定之「地質敏感區」（活動斷層地質敏感區、山崩與地滑地質敏感區）。
• 《水土保持法》第 16 條及第 19 條：特殊地質劣勢區域得劃定為「特定水土保持區」，實施長期水土保持計畫並嚴格限制土地利用。

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解題方法

本題屬申論題型，答題切入點應避免「雜亂條列地質名稱」，建議採取​「雙軌架構法」​展開：

1. 構造地質維度（Geological Structures）：探討岩層產狀、不連續面（如順向坡、活動斷層與破裂帶、節理裂隙密集帶）如何形成邊坡滑動與崩落的結構面弱點。
2. 地層岩性維度（Lithology & Stratigraphy）：探討各類特殊岩性（如泥岩惡地、砂頁岩互層、石灰岩溶蝕地形、未固結崩積層）在水文循環與沖蝕作用下的劣勢反應。
3. 鏈結集水區經營對策（Management Implications）：每項狀況皆必須點出對「產砂淤積」、「水文水質」及「工程配置／土地利用」之經營挑戰與防治重點，使答案切中「集水區經營」之核心主軸。

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選項分析

本題為國家考試三等申論題，非選擇題，故無個別選項分析。考評關鍵在於地質特徵分類之嚴謹度、破壞機制之說明深度，以及工程與非工程管理對策之周延性。

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解題技巧

1. 記憶口訣與答題骨架：

• 構造看「斷、順、節」（斷層帶、順向坡、密集節理）。
• 岩性記「泥、砂頁、灰、崩」（泥岩惡地、砂頁岩互層、石灰岩溶洞、崩積堆積層）。

2. 因果關係要寫足： 作答時嚴禁只寫「應注意泥岩」。標準答題邏輯為：「地質特性 $\rightarrow$ 水文/力學反應機制 $\rightarrow$ 誘發災害類型 $\rightarrow$ 集水區經營管理具體措施」。
3. 凸顯台灣本土實務： 適度舉出台灣集水區典型案例（如南台灣泥岩惡地、北部雪山山脈順向坡、中央山脈剪裂帶），展現水土保持工程人員之現場實務洞察。

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【答案】

進行集水區經營時，地質與地層條件為決定邊坡穩定、產砂量及水文循環特性的基本先決條件。經營規劃應特別注意以下特殊構造地質與特殊地層狀況，並採取對應之管理防制對策：

一、特殊地質構造狀況及其經營考量

1. 順向坡構造（Dip Slope）：

• 特性與機制：地層傾角（Dip）之方向與山坡坡向（Slope Aspect）一致，且地層傾角小於山坡坡角時，即構成標準滑動條件。當坡腳受天然河道侵蝕淘刷或人為開挖，下方抗滑力大幅喪失，極易沿層理弱面（如夾雜之薄層泥岩或黏土層）產生順層地滑（Plane Sliding）。
• 經營注意事項：
• 嚴格限制坡腳開挖與人為工程整地。
• 規劃完善之順坡與截水排水系統，降低雨水沿弱面入滲所引致之孔隙水壓。
• 依《地質法》列入山崩與地滑地質敏感區進行土地利用管制。

2. 活動斷層帶與斷層剪裂破碎帶（Fault Zones & Shear Zones）：

• 特性與機制：斷層活動造成兩側岩體碎裂、節理密布，常夾帶不透水且具塑性之「斷層泥（Fault Gouge）」。破碎帶不僅岩體力學強度極度低下，且水力傳導度不均，常形成地下水受壓富集區，強降雨時極易引發深層崩塌或提供土石流之源頭料源。
• 經營注意事項：
• 斷層線兩側劃定結構安全緩衝帶，避開大型水土保持結構物（如高壩、大型滯洪池）之設置。
• 強化地下排水工程（如水平仰孔排水管、排水平孔），消解斷層泥剪力帶蓄積之高孔隙水壓。

核心觀念

集水區整體健康狀況評估（Watershed Health Assessment）是現代集水區整合管理與保育的核心工具。其精神在於跳脫過去「頭痛醫頭」的單一工程思維，將集水區視為具備自我調節能力的完整生態水文系統。評估架構多依循「狀態—壓力—反應」（State-Pressure-Response, SPR）或「結構—功能—動態」邏輯，常歸納為四大支柱指標：

1. 水文指標（Hydrological Indicators）：反映集水區涵養水源、調節洪枯、產匯流之水文調節功能。
2. 土砂指標（Sediment/Geomorphic Indicators）：反映集水區地質穩定性、坡地侵蝕程度、土石運移與河道沖淤動態平衡。
3. 植生指標（Vegetation Indicators）：評估地表植被覆蓋完整性、植物群落演替、截留蓄水與固土護坡能力。
4. 水質指標（Water Quality Indicators）：表徵集水區水體純淨度、自淨能力及人為活動或非點源污染之衝擊程度。

本題評量考生對集水區監測技術之掌握程度，關鍵在於清楚劃分​「實施方式」（以何種技術、工具、調查方法進行）與​「對應調查項目」（量測之物理量、參數、指標數值及其單位）。

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解題方法

本題為申論開放型試題，要求從四類指標中「任選二類」作答。解題切入點與策略如下：

1. 類別選擇策略： 身為「水土保持工程」類科考生，閱卷委員最看重的是「水土保持與坡地防災」核心專業。因此，優先挑選​「土砂指標」​與​「水文指標」，最能展現土壤侵蝕、崩塌地判釋、降雨逕流解析等學科優勢（亦可選擇「土砂指標」與「植生指標」）。
2. 答題結構化： 針對選定的兩類指標，分別依序列出：

• 實施方式：依「遙測技術（RS/GIS）」、「現地儀器監測（In-situ Monitoring）」、「取樣與室內試驗（Laboratory Testing）」三層次條列。
• 對應調查項目：明確列出調查的客觀物理量與指標名稱，並標註相應之計算或物理單位（如百分比、$\text{m}^3$、$\text{m}^3/\text{s}$）。

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選項分析

本題為申論題（問答題），無選擇題選項。以下針對考生可選之四類指標進行答題優劣分析與取捨建議：

• 土砂指標（強烈建議選用）：水保工程之本門核心，涵蓋崩塌率、淤積量、土壤沖蝕等，可充分發揮無人機（UAV）、空載光達（LiDAR）及 USLE 公式等專有名詞，得分效益最高。
• 水文指標（強烈建議選用）：水文學之基礎，包含降雨歷線、逕流係數、基流分離與流量統計等，公式明確、物理意義清晰，容易寫出高度量化的答案。
• 植生指標（次佳選擇）：若對遙測指標熟悉，可寫 NDVI、植被覆蓋率、林相破碎度等；但若僅泛論植物種類，不易展現量化工程深度。
• 水質指標（備選）：涉及環境工程水質檢驗（DO、BOD、SS、RPI 等），若水化學非專長，調查項目易流於死記各項水質參數，不易與水保實務深度連結。

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解題技巧

1. 嚴格區分「方式」與「項目」：

• 「實施方式」是動詞/手段（例如：利用無人載具拍攝正射影像、於控制斷面裝設自記式水位計）。
• 「調查項目」是名詞/參數（例如：崩塌面積、洪峰流量）。切忌將兩者混在同一段文字中含混帶過。

2. 導入現代空間資訊技術（3S 技術）： 答題時務必寫出無人載具（UAV）、光學衛星遙測、空載光達（Airborne LiDAR）、地理資訊系統（GIS）等技術名詞，展現對現行集水區調查規範與科技進展的掌握。
3. 量化參數與符號標準化：

核心觀念

本題旨在測驗考生在集水區土地開發利用過程中，依據法規研擬「水土保持計畫」時，對水文水理調查分析之完整性與各項工程設施設計之關聯性。

1. 法規依據： 以命題當年（民國 107 年）之《水土保持法》第 8 條、第 12 條及《水土保持技術規範》相關規定為準（現行法規後續雖有修正微調，但水文資料蒐集與水文分析之核心原則維持一致）。
2. 核心原理： 集水區之土地開發常伴隨整地、植被移除及不透水面積擴增，使逕流係數增加、集流時間縮短，進而導致洪峰流量提高、土砂流失量劇增。水文分析的核心即在於「量化開發前、中、後之水文歷線與水理衝擊」，作為防洪排水、滯洪設施、沉砂設施及邊坡防護規劃之客觀量化依據。

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解題方法

本題為標準的實務申論題，答題架構應分為兩大維度：「所需蒐集之水文及相關地文資料」與「水文分析之主要目的與工程應用」，切忌將兩者脫鉤。

解題切入點：

1. 資料蒐集面：依「氣象降雨」、「地文地形」、「土壤入滲與土地覆蓋」、「逕流與地下水」分類列出，展現水文調查之完整度。
2. 分析目的面：緊扣水土保持核心四大工程——「排水系統（導水）」、「滯洪設施（蓄水與防洪）」、「沉砂設施（沉砂與水土流失控制）」與「邊坡排水（穩定）」，明確指出分析如何導出工程設計參數。

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選項分析（申論題評分構面剖析）

本題為申論試題，非選擇題。閱卷評分重點包含以下評分維度：

• 構面一：水文資料蒐集之廣度與深度：不可僅回答「雨量與流量」，須涵蓋降雨歷線、降雨強度–延時–頻率關係（IDF）、地貌水系、土壤入滲特性及開發前後土地利用現況。
• 構面二：分析目的之工程對應性：能否將水文計算結果明確連結至特定水土保持設施（例如合理化公式之洪峰流量對應排水溝渠斷面；逕流增量歷線對應滯洪池容量；降雨沖蝕指數對應沉砂池規模）。
• 構面三：開發前後之水文差異衝擊：能否論述「開發前、開發中、開發後」水文環境改變對下游受納水體帶來的防洪與排砂衝擊評估。

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解題技巧

1. 答題結構化（配對思維）：將「蒐集項目」與「分析目的／工程設計」條列對應，閱卷委員可一眼掌握考生對工程設計實務的熟稔度。
2. 帶入指標性公式與參數：適度帶入常用工程公式關鍵字（如：合理化公式 $Q = \frac{1}{360} C I A$、集流時間 $t_c$、水土流失評估之降雨沖蝕指數 $R$、CN 曲線數值法），展現量化專業。
3. 常見陷阱：

• 陷阱一：只寫自然降雨水文，遺漏「土地覆蓋（不透水面積）」與「地下水文」。
• 陷阱二：分析目的寫得太抽象（如「為了維護安全」），未落實到「確定設計重現期距」、「決定通水斷面」、「計算削峰滯洪量」等具體工程術語。

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【答案】

一、所需蒐集之水文及相關資料

依水土保持計畫編製需求，集水區申請開發時應蒐集下列五大類水文與地文資料：

1. 降雨與氣象資料

• 歷史降雨紀錄：基地及鄰近雨量站之逐時、逐日雨量紀錄與年最大日降雨量。
• 降雨強度–延時–頻率（IDF）關係曲線：供推估各設計重現期距（如 10 年、25 年、50 年）及不同延時之設計降雨強度。

核心觀念 本題旨在評量考生對現代空間資訊技術（3S 技術中之 RS 與 GIS）原理及其在集水區治理與水土保持工程防災實務之整合應用能力。

1. 遙感探測（Remote Sensing, RS）：指不與目標物直接接觸，利用感測器（Sensors）接收地表物體反射或輻射之電磁波能量，經記錄、傳輸與處理後獲取地表特徵與環境資訊之技術。其核心包含四大解析度（空間、光譜、輻射、時間解析度）。
2. 地理資訊系統（Geographic Information System, GIS）：整合硬體、軟體、空間數據（向量與網格）、屬性數據與人員，具備空間資料之輸入、儲存、管理、查詢、多維度空間分析（套疊、水文分析、地形分析）及視覺化出圖功能之資訊系統。
3. 集水區坡地防災應用：整合 RS（快速、大範圍、時序性資料獲取）與 GIS（多圖層疊加、地形水文演算、潛勢模型推估），針對崩塌、地滑、土石流等坡地災害，落實於「災前預防與潛勢評估」、「災時監測與預警應變」、「災後災情判釋與復建治理」三個防災生命週期階段。

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解題方法 本題為標準的技術特性與工程應用型申論題，答題架構採取「兩大技術特性分項深論」結合「防災生命週期應用」：

1. 技術特性分析：先分別界定 RS 與 GIS，條列其專屬技術特點。RS 需點出廣域觀測、多光譜波段與四種解析度；GIS 需強調空間資料與屬性資料整合、拓樸關係與強大之空間演算分析能力。
2. 防災實務連結：依循集水區坡地防災工作歷程（災前減災與調查 $\rightarrow$ 災時監控與應變 $\rightarrow$ 災後勘查與治理規劃），具體列出各階段所使用的技術工具、分析指標（如常態化差值植生指標 $NDVI$、數值高程模型 $\text{DEM}$ 水文演算、合成孔徑雷達差分干涉 $\text{DInSAR}$）與產出成果（如崩塌潛勢圖、土石流影響範圍劃定）。

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選項分析 本題為申論題，非選擇題，故無個別選項之對錯分析。考生在作答此類問答題時，應確保各核心問項（RS 特性、GIS 特性、防災應用）配分比重平衡，切忌僅偏重一方。

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解題技巧

1. 避免泛泛而談：論述防災應用時，切勿僅寫「可以用來觀測災害」，必須具體寫出專有名詞與演算法，例如：利用「紅外光波段計算 $NDVI$ 判釋植生缺損裸露地」、「空載光達（Airborne LiDAR）穿透植被獲取高精度 $\text{DEM}$ 判釋順向坡與深層崩塌微地形」、「利用水文模組（如 D8 流向法）劃分集水區邊界與溪流網」。
2. 答題結構化：採用階層式標號（一、（一）、1.、（1）），以明確的段落與粗體標題引導閱卷委員，確保給分點一目了然。

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【答案】

一、遙感探測（RS）與地理資訊系統（GIS）之特性

（一）遙感探測（Remote Sensing, RS）之特性

1. 廣域覆蓋性與宏觀視野（Synoptic Coverage）：感測器設置於人造衛星、無人飛行載具（UAV）或航空載具上，不受險峻地形阻隔，能於極短時間內獲取集水區上游廣大範圍的連續空間資訊。
2. 週期性與動態觀測能力（Temporal Repeatability）：具備固定的重訪週期，能長期、重複觀測同一地表區域，非常利於環境時序變遷分析及災情動態追蹤。
3. 多光譜與非可見光感測特性：除可見光波段外，感測波段涵蓋近紅外光（NIR）、熱紅外光（TIR）及微波（Radar）等。可藉由地物在不同波段的光譜反射特徵曲線，有效辨識裸露土石、植生健康狀態、土壤含水量及地表溫差。
4. 四大解析度指標：

• 空間解析度：單一像元代表的地表實際面積大小。
• 光譜解析度：感測器記錄電磁波波段數量的多寡與頻寬細緻度。
• 輻射解析度：量測電磁波訊號強弱的靈敏度與位元深度（如 8-bit、12-bit）。
• 時間解析度：重複取像的重訪週期頻率。