109 地方特考三等 水土保持工程 坡地保育規劃與設計 考古題詳解

核心觀念

本題以命題當年（民國 109 年）之《水土保持技術規範》（整地工程篇、邊坡穩定篇）及相關工程慣例為法規準據（現行法規若有文字編修，其基本物理量門檻與安全係數標準均維持一致）。

人工邊坡係指基地開發整地過程中，因人為挖土（挖方邊坡）或填土（填方邊坡）所形成之非自然邊坡。人工邊坡之規劃核心在於**「地質與地形調適」、「幾何階梯化」、「力學穩定性」、「地表與地下排水」、「護坡與植生綠化」及「安全退縮緩衝」**，藉以防止沖蝕、崩塌、滑動或土石流失，確保開發基地與周邊環境之整體安全。

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解題方法

本題為典型的「規範整合型申論題」。解題切入點不應僅限於單純的結構計算，而應依循**「工程生命週期」與「系統性規劃」**邏輯，由宏觀配置推向微觀細部標準：

1. 基本配置原則：順應地形、土方挖填平衡、避開地質敏感區。
2. 幾何造型與分階規劃：挖方與填方之坡度限制、分階平台（小段）配置。
3. 穩定性分析標準：力學極限平衡法與法定安全係數。
4. 地表與地下排水系統：坡頂截水、平台導排、直排消能、地下水洩壓。
5. 護面與生態綠化：植物覆蓋、剛性／柔性護坡之工程選用。
6. 周邊安全退縮與監測：建築結構物退縮距離與長期維護監測。

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選項分析

本題為國家考試三等申論題，並無選擇題選項。答題關鍵在於「架構層次分明」、「法規數值明確」與「工程術語精準」，展現水土保持技師等級的專業深度。

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解題技巧

1. 五大核心口訣：「幾何分階、穩定係數、立體排水、護面綠化、退縮監測」。
2. 關鍵數據快速記憶：

• 分階高度：垂直高每達 $5\text{ m}$ 必須設一平台。
• 平台寬度：不得小於 $1.5\text{ m}$。
• 安全係數：常時（平日）$FS \ge 1.5$；暴雨飽和或地震時 $FS \ge 1.2$。
• 填方坡度：原則不得大於 $1:1.5$（垂直：水平），且應分層壓實（乾密度通常需達最大乾密度 $90\%$ 以上）。

3. 常見陷阱與扣分盲點：

• 陷阱一：只寫護坡擋土牆，忽略「排水」。水土保持之魂在於水，邊坡破壞十之八九源於孔隙水壓力上升與地表沖刷，排水（尤其是坡頂截水與地下排水盲管）未寫必失重分。
• 陷阱二：混淆挖方與填方之規劃限制。挖方需考量順向坡、劈理節理等弱面；填方則重點在基底清除、階梯開挖（截槽）、分層夯實與回填材料品質。

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【答案】

基地開發中人工邊坡之規劃要求，依《水土保持技術規範》及水土保持工程設計原則，重點分述如下：

一、整體配置與順應自然原則

1. 順應自然地形：整地規劃應配合基地原有等高線配置，盡量減少大規模開挖與填築，避免破壞原始山坡地之水文地質平衡。
2. 土方挖填平衡：基地內土石方開挖量與回填量應力求平衡，減少外運棄土或外借客土之衝擊；填土料源需具備良好工程性質，嚴禁使用有機質土、廢棄物或高壓縮性土壤。
3. 避開不良地質區：邊坡路線及整地邊界應避開斷層帶、剪裂帶、順向坡（滑動潛勢面）、湧水帶或崩塌歷史敏感區。

二、邊坡幾何形態與分階（階梯化）要求

1. 挖方邊坡：

• 挖方坡度應視其岩土力學特性、節理發育及風化程度依分析決定。

核心觀念

本題旨在測驗考生對於《水土保持技術規範》中「地形調查」專章之法定分析程序、幾何原理與數值運算能力的掌握程度。

法規基準說明：本題依命題當年（民國 109 年）有效施行之《水土保持技術規範》（行政院農業委員會 106 年 12 月 27 日修正發布版本）為準（現行法規架構與條文要旨維持一致）。

涉及之法源規範與核心定義如下：

1. 法源依據：

• 《水土保持技術規範》第 37 條（地形調查項目：包含標高、等高線、坡度、坡向及地形特徵等）。
• 《水土保持技術規範》第 38 條（坡度及坡向分析方法）。
• 《水土保持技術規範》第 39 條（基地坡度分級標準）。

2. 基本調查要求：

• 調查圖資：應採用比例尺不小於五千分之一（$\ge 1:5000$）之地形圖或數值地形模型（DTM）。
• 分析單元：若採用方格網法，方格邊長以不超過 25 公尺為原則。

3. 物理與幾何定義：

• 坡度（Slope, $S$）：地表傾斜程度，以垂直高差與水平距離之比值（百分比 $\%$）或角度（度數 $^\circ$）表示。
• 坡向（Aspect, $\alpha$）：坡面最大坡降方向（垂直於等高線指向低處）在水平面上之投影方位角，以正北為基準順時針度量（$0^\circ \sim 360^\circ$）。

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解題方法

本題要求針對「坡度」與「坡向」分別繪製簡圖並詳細推導說明其計算分析流程。

一、坡度（Slope）分析計算

坡度分析實務上包含傳統「等高線方格網法」與現代「數值地形模型（DTM）法」，考試時應以法定之方格網法為主要推導核心，並輔以數值網格法。

1. 分析簡圖（方格網對角線法）

 方格邊長 D (≦ 25 m)
 (X1, Y2)┌────────────────┐(X2, Y2)
 │ \ / │
 │ \ (110m)/ │
 等高線 ───┼────\──────/────┼── 110 m
 │ \ / │
 │ \ / │
 等高線 ───┼───────\/───────┼── 105 m
 │ /\ │
 │ / \ │
 │ (100m) \ │
 等高線 ───┼────/──────\────┼── 100 m
 │ / L2 \ │
 (X1, Y1)└────────────────┘(X2, Y1)
 L1

2. 計算步驟與數學推導

• 步驟一：劃定方格網 於比例尺不小於 $1:5000$ 之地形圖上，建立正交方格網，方格邊長 $D \le 25\text{ m}$。各方格節點坐標予以編號列管。
• 步驟二：決定對角線長度 每一正方形方格具有兩條對角線 $L_1$ 與 $L_2$。單一對角線之水平長度為： $L = \sqrt{D^2 + D^2} = \sqrt{2}D$ 兩條對角線總長度為： $L_{\text{total}} = L_1 + L_2 = 2\sqrt{2}D$
• 步驟三：計算穿過等高線數與高差 清點兩對角線上與等高線相交之交點數 $n_1$ 及 $n_2$，相交總點數 $n = n_1 + n_2$。等高線垂直間距記為 $\Delta h$（公尺）。
• 步驟四：平均坡度計算公式 方格內平均坡度 $S$（以百分比 $\%$ 表示）推導如下： $S = \frac{n \times \Delta h}{L_1 + L_2} \times 100\% = \frac{(n_1 + n_2) \times \Delta h}{2\sqrt{2}D} \times 100\%$ 若換算為坡度角度 $\theta$： $\theta = \arctan\left(\frac{S}{100}\right) = \arctan\left(\frac{n \times \Delta h}{L_1 + L_2}\right)$
• 步驟五：數值地形模型（DTM）網格差分計算（補充） 若採用 GIS 之 DTM 像元運算（以 $3 \times 3$ 視窗有限差分法為例），設東西向高程梯度為 $p = \frac{\partial z}{\partial x}$，南北向高程梯度為 $q = \frac{\partial z}{\partial y}$，則網格中心坡度為： $S = \sqrt{p^2 + q^2} \times 100\%$
• 步驟六：基地坡度分級 計算完成後，依《水土保持技術規範》第 39 條劃分為六個坡度級別：
• 一級坡：$S < 5\%$
• 二級坡：$5\% \le S < 15\%$
• 三級坡：$15\% \le S < 30\%$
• 四級坡：$30\% \le S < 40\%$
• 五級坡：$40\% \le S < 55\%$
• 六級坡：$S \ge 55\%$

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二、坡向（Aspect）分析計算

坡向決定坡面的日照、迎風面特性與水文微地形，為邊坡穩定與植生配置的重要參數。

1. 分析簡圖（等高線法與方位角）

核心觀念

本題旨在測驗工程地質調查中，地質不連續面（層面、劈理面、節理面等）之空間位態（Attitude）與邊坡坡面（Slope Face）相對幾何關係的判別能力，以及其在邊坡穩定運動學分析（Kinematic Analysis）與水土保持規劃設計中的應用。

涉及之核心定義、規範與幾何判別準則（以命題當年民國 109 年法規為準）：

1. 位態要素：

• 不連續面（層面／劈理面）：走向（Strike, $\theta_d$）、傾向（Dip Direction, $\alpha_d$）、傾角（Dip Angle, $\beta_d$）。
• 坡面：走向（Slope Strike, $\theta_s$）、坡向（Dip Direction of Slope Face, $\alpha_s$）、坡度／邊坡傾角（Slope Angle, $\beta_s$）。
• 弱面有效內摩擦角：$\phi$。

2. 法源與規範依據：

• 《水土保持技術規範》（民國 109 年版）邊坡穩定分析與順向坡調查規定。
• 《地質敏感區劃定作業準則》第 7 條（山崩與地滑地質敏感區中順向坡之認定要件）。
• 《建築技術規則建築設計施工編》第 13 章「山坡地建築專章」第 262 條順向坡基地之調查與開發限制。

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解題方法

採用剖面地質幾何對比法與**運動學可滑動幾何條件（Kinematic Feasibility Criteria）**切入：

1. 繪製標準工程地質剖面簡圖與平面方位示意圖，標示坡面傾角 $\beta_s$、不連續面傾角 $\beta_d$ 及傾向坡向關係。
2. 針對順向坡、危險順向坡、逆向坡及斜交坡，分別從「方位角幾何條件」、「傾角相對關係」、「出露（Daylighting）狀態」及「潛在破壞機制」四個維度進行嚴謹定義。

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各類坡面定義與簡圖說明

一、順向坡（Dip Slope）

1. 定義 當岩層不連續面（層面或劈理面）之傾向與邊坡坡面之坡向大致相同或平行時，所形成之邊坡稱為順向坡。工程實務上，兩者走向交角一般在 $\pm 20^\circ \sim 30^\circ$ 以內（即 $|\alpha_s - \alpha_d| \le 20^\circ \sim 30^\circ$），且傾斜方向一致。

2. 幾何簡圖

【順向坡剖面示意圖（未剪出／一般順向坡）】
 坡頂
 /\
 / \
 坡面 (βs) / \
 / \
 /________\____ 層面/劈理面 (βd)
 /__________\___ 傾向與坡向一致 (αd ≈ αs)
 /____________\__
 坡腳 ___/

3. 運動特性 若岩層傾角大於坡面傾角（$\beta_d > \beta_s$），層面未於坡面出露（未剪出），天然狀態下抗滑力較大，破壞風險相對較低；但若坡腳遭受人為開挖或河道側蝕截斷層面，即可能轉化為危險順向坡。

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二、危險順向坡（Critical / Daylighting Dip Slope）

1. 定義 指順向坡中滿足平面滑動（Planar Sliding）運動學條件與極限平衡力學條件之邊坡。當邊坡開挖或天然沖刷使邊坡坡度大於層面傾角，且層面傾角大於不連續面之有效摩擦角時，層面出露於坡面（形成露頭／剪出點），構成具高度破壞潛勢的危險順向坡。

2. 幾何條件式 $\beta_s > \beta_d > \phi \quad \text{且} \quad |\alpha_s - \alpha_d| \le 20^\circ$

3. 幾何簡圖

【危險順向坡剖面示意圖（剪出型順向坡）】
 坡頂
 /\
 坡面 (βs) / \
 / \
 /______\____ 潛在滑動面 (層面/劈理面 βd)
 /________\___ (βs > βd > φ)
 剪出點 /__________\__
 * ← 出露點 (Daylight point)
 坡腳 __/

4. 破壞機制 岩體沿出露之弱面失去坡腳側向支撐，極易因地下水水壓上升、降雨軟化或地震力誘發，產生大規模之平面滑動（Planar Failure），如

核心觀念

本題測驗山坡地保育與道路工程規劃設計之核心技術準則，依據命題當年（民國 109 年）之《水土保持技術規範》（現行法相關條文架構維持一致）及《公路路線設計規範》，主要考核兩大主軸：

1. 山坡地道路選線原則：重點在於順應地形、防災避災（避開順向坡、滑動斷層等脆弱地質）、土石方平衡、水系通洪協調及最小環境衝擊。
2. 邊坡規劃設計之考量項目：涵蓋基地地質力學條件、地下水與降雨水文、邊坡穩定分析與安全係數（$FS$）、工程與生態防護工法搭配，以及排水設施配置。

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解題方法

本題屬標準結構型申論題，採「宏觀選線 $\rightarrow$ 微觀邊坡設計」的工程邏輯作答：

1. 第一部分（選線原則）：由大環境出發，從「地質與地形避災」、「土方工程最佳化」、「水理通洪考量」、「線形安全規範」與「生態保育」五大維度條列展開，凸顯「預防重於整治」之保育精神。
2. 第二部分（邊坡規劃設計）：由微觀力學與構造出發，循「地質力學調查 $\rightarrow$ 地下水防制 $\rightarrow$ 穩定度分析（極限平衡法） $\rightarrow$ 坡面排水與防護工法配置 $\rightarrow$ 維護管理」之工程設計流程完整鋪陳。

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選項分析

本題為申論題型，無選項。考生答題時應以標題化、分項列點呈現，並適度嵌入專業工程術語（如「剪力強度」、「順向坡」、「土石方平衡」、「安全係數」），切忌通篇長文字敘述，以利閱卷委員迅速抓取評分指標。

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解題技巧

1. 記憶口訣：

• 選線原則記**「質、形、土、水、安、生」**（地質避災、地形順應、土方平衡、水流通暢、行車安全、生態衝擊）。
• 邊坡考量記**「地、水、力、安、工、排」**（地質構造、水文地下水、力學參數、安全係數、防護工法、排水系統）。

2. 常見失分陷阱：

• 僅回答平地公路之幾何線形標準，忽略「山坡地特有之順向坡、活動斷層、泥流潛勢」等水土保持核心地質議題。
• 邊坡設計只答「擋土牆或護坡工法」，遺漏「邊坡排水（特別是地下水排導）」與「挖填方力學穩定分析安全係數」，導致論述不完整。

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【答案】

一、道路選線之原則

在山坡地進行道路選線，應以「減少環境擾動、維護坡地穩定、保障通行安全」為最高原則，具體考量如下：

1. 順應自然地形，減少開挖擾動：

• 線形力求依等高線自然走勢布設，避免大幅度改變原地貌。
• 控制道路最大縱坡度與豎曲線，避免造成大規模深開挖或高填方。

2. 避開地質敏感與脆弱地帶：

• 嚴格避開順向坡、滑動斷層帶、崩塌地、落石高潛勢區、軟弱地盤及地下湧水發育區。
• 路線若無法避開順向坡，應盡量採路堤填方或平行等高線配置，嚴禁切削坡腳引發岩盤滑移。