109 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

109 年・地方特考・三等・水土保持工程
試題代碼 集水區經營與水文學

第 一 題25 分

針對特定水土保持區長期水土保持計畫之擬定，說明應考量之水土保持問題及需要性分析。

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核心觀念

本題測驗「集水區經營管理」與「水土保持法規」之整合應用能力，核心在於掌握特定水土保持區之法定治理定位，以及集水區規劃中「問題診斷（問題分析）」與「立項正當性（需要性分析）」之系統性架構。

  1. 法規依據：
  • 《水土保持法》第 16 條（特定水土保持區劃定要件）、第 18 條（長期水土保持計畫之擬定與實施）。
  • 《水土保持法施行細則》第 22 條（長期水土保持計畫之法定應記載事項，明定包含「水土保持問題分析」等要項）。
  • （註：本題依命題當年民國 109 年法規為準，中央主管機關為行政院農業委員會；現行法主管機關已改制為農業部，相關執行機關為農村發展及水土保持署。）
  1. 學理觀念：
  • 水土保持問題分析：屬集水區規劃之「現況診斷與病灶剖析」，從「自然環境因子」、「人為開發與土地利用」、「土砂產出與流況動態」、「行政與管理瓶頸」等構面切入。
  • 需要性分析：屬計畫擬定之「立項論證與政策正當性」，聚焦於「法定劃定要件符應」、「下游保全對象安全」、「水庫延壽與供水穩定」、「國土保安與全流域治理迫切性」。

解題方法

本題為典型的制度與治理規劃申論題，答題切入點應避免流於零散的工程工法列舉，而應建立「由診斷到需求」、「由法規到實務」的層級化論述架構：

  1. 破題界定：簡述特定水土保持區長期計畫之法定角色，確立本計畫係針對高度敏感、極具潛在危害集水區之長遠治理藍圖。
  2. 水土保持問題分析（診斷構面）：採用「集水區物理環境－人為擾動－土砂災害－管理困境」之四維邏輯展開，全面涵蓋水文、地質、土砂收支與人為因子。
  3. 需要性分析（立項論證構面）：從「法規遵循」、「生命財產保全」、「水資源與水庫壽命維護」、「全流域整體減災效益」四個維度，嚴謹說明「為何非做不可、為何需要長期推動」。

選項分析

本題為申論題（非選擇題），無選項需要排查。考生在應試作答時，評分委員之評閱給分點落在上述兩大題旨之結構完整性：

  • 若僅回答工程問題而忽略「土地利用」與「法規管理瓶頸」，將在「水土保持問題」失分。
  • 若「需要性分析」僅簡述「為了水土保持良好」，缺乏對「保全對象」、「水資源永續」與「土砂災害控制」的具體論證，將在「需要性分析」失分。

解題技巧

  1. 架構分立，層次分明：嚴格依題意將答題主軸劃分為「水土保持問題考量」與「需要性分析」兩大段落，並各以 3～4 個具體次標題深入闡述。
  2. 善用集水區專業術語：導入「土砂收支平衡（Sediment Budget）」、「超限利用」、「暴雨逕流集中」、「保全對象（生命財產、公共設施）」等關鍵專有名詞，展現高普考與特考應有的專業度。
  3. 避開常見陷阱：
  • 陷阱一：誤將「水土保持問題」寫成「水土保持處理與維護工法」（題目問的是問題，不是工法設計）。
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第 二 題25 分

試說明集水區土地利用現況調查之目的、執行方法與應用。

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核心觀念

本題為典型的「集水區經營管理」基礎申論題，命題核心在於考驗考生是否具備「以空間資訊技術掌握環境基線資料，並將其轉化為水文計算與水土保持實務決策」的整體架構能力。

  1. 基本定義與概念：
  • 土地利用（Land Use）：指人為活動對土地之經營、利用與改造狀態（如農業、林業、遊憩、交通設施等）。
  • 土地被覆（Land Cover）：指地表之物理與生物覆蓋現況（如森林、草生地、裸露地、不透水鋪面等）。集水區調查常統稱為「土地利用／土地被覆（LULC）現況調查」。
  1. 法源依據（以命題當年民國 109 年法規為準）：
  • 《水土保持法》第 6 條、第 16 條（集水區水土保持長期規劃）、第 19 條（特定水土保持區劃定與長期水土保持計畫）。
  • 《山坡地保育利用條例》第 16 條（查報超限利用）。
  • 《國土計畫法》（民國 105 年公布施行，民國 109 年為國土空間規劃與功能分區推展關鍵期；現行法持續推動各縣市國土功能分區圖發布）。
  1. 相關水文與水土保持公式：
  • 合理化公式（Rational Formula）： Qp=0.278⋅C⋅I⋅AQ_p = 0.278 \cdot C \cdot I \cdot A 其中逕流係數 CC 直接取決於土地利用型態、地表粗糙度與土壤入滲特性。
  • 美國水土保持局（NRCS/SCS）逕流曲線號數法（Curve Number, CN）： CN 值由集水區「水文土壤群（HSG A, B, C, D）」與「土地利用類別及水文狀況（Cover Type & Hydrologic Condition）」查表決定。
  • 通用土壤流失公式（USLE / RUSLE）： A=R⋅K⋅L⋅S⋅C⋅PA = R \cdot K \cdot L \cdot S \cdot C \cdot P 其中植生覆蓋與管理因子 CC（Cover and Management Factor）與水土保持處理因子 PP（Support Practice Factor）必須由土地利用現況調查予以空間化賦值。

解題方法

本題題幹包含三大子題：「目的」、「執行方法」、「應用」，切入結構應以「Why（為何調查） →\to How（如何執行） →\to What/Action（產出如何落實於工程與經營）」三段式邏輯展開：

  1. 目的：從「建立基線資料」、「災害防護與水文評估」、「合規性管制」到「整體規劃政策支援」，層次分明由微觀至宏觀鋪陳。
  2. 執行方法：依照現代水土保持實務流程，依序拆解為「前置準備與資料蒐集 →\to 航遙測判讀（RS） →\to 現地查核與精度驗證（Ground Truth & Accuracy Assessment） →\to 空間資料庫建置（GIS 整合）」，突顯「3S（GIS、RS、GPS/GNSS）+ UAV（無人機）」的現代化技術鏈。
  3. 應用：分項對接「水文計算（逕流與洪峰）」、「泥砂產出與沖蝕推估」、「法規執法（違規查報與超限清查）」、「水資源涵養與集水區治理規劃」，展示理論模型與實務工程的扣合度。

選項分析

本題為申論題，無選擇題選項。國家考試中本題滿分配分通常為 20 至 25 分，閱卷評分點主要落在：

  1. 目的之完整性（涵蓋水文、防災、土地法規等維度）。
  2. 執行方法是否具備完整的「內業判釋 →\to 外業查核 →\to 精度評估 →\to 資料建庫」工序，而非僅寫空泛的「現地拍照」。
  3. 應用是否精確連結水土保持專屬公式（如 CC 係數、CN、USLE 之 CC 與 PP 因子）及法定管制作為（超限利用、特定水土保持區）。

解題技巧與常見陷阱

  1. 常見陷阱（只寫粗略的概念）：
  • 許多考生在「執行方法」僅寫出「調閱航照圖、到現場看一看」，缺乏分類系統標準（如內政部國土利用現況分類系統）、影像分類演算法、精度評估（混淆矩陣/Kappa係數）及UAV輔助應用，導致技術層次偏低。
  1. 拿分訣竅（跨科目整合）：
  • 在「應用」章節，主動寫出水文學的 Q=0.278CIAQ = 0.278 C I A、CN 值，以及水土保持工程學的 USLE 公式。閱卷委員看到考生能將「集水區經營」的調查圖資直接輸入「水文學與沖蝕力學」的模型參數，即給予高分。
  1. 架構層次化：
  • 善用阿拉伯數字與項目符號分層列點，每點皆賦予清晰的「標題句（Topic Sentence）」，方便閱卷委員快速勾稽得分關鍵字。

【答案】

一、集水區土地利用現況調查之目的

  1. 建立水文與環境基礎空間基線資料（Baseline Data）： 詳實掌握集水區內林地、農地、建地、水體、裸露地及道路設施之時空分佈、面積與被覆狀態，作為集水區水文循環分析與生態環境評估的空間母體。
  2. 量化水土流失與崩塌土石流災害潛勢： 地表被覆是減緩雨滴打擊與阻滯逕流的核心屏障。透過現況調查，能識別不當開墾、過度裸露與敏感地質區交疊之脆弱帶，評估土壤沖蝕量與坡地災害風險。
  3. 落實土地使用分區管制與違規查報取締：
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第 三 題25 分

試說明臺灣地區山坡地常用三角形單位歷線法之假設、洪峰流量推估及適用範圍。

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核心觀念

本題評量水文分析在山坡地水土保持工程中的應用，核心觀念為「合成單位歷線理論」（Synthetic Unit Hydrograph Theory）及其在缺乏實測流量資料之未設站集水區之工程實務應用。 涉及的主要學理、法規與規範依據為：

  1. 水文學單位歷線基本原理（Sherman, 1932）：包括線性疊加、時間不變性及均勻分布假設。
  2. 美國農業部土壤保育局（USDA-SCS/NRCS）無因次及三角形單位歷線法（Mockus, 1957）。
  3. 法規依據：以命題當年（民國 109 年）法規《水土保持技術規範》第 18 條至第 22 條為準（現行法規架構亦同）。法規明定集水區面積過大或需要連續流量歷線進行滯洪池洪水演算時，不得僅使用合理化公式推求單一洪峰，而應採用單位歷線法推估逕流歷線。

解題方法

本題為經典申論題型，答題脈絡應依序針對「基本假設」、「洪峰流量推估（含公式推導）」與「適用範圍及限制」展開嚴謹之論述。

一、 三角形單位歷線法之基本假設

三角形單位歷線法將集水區視為一集總式線性時不變系統（Lumped Linear Time-Invariant System），並將地表逕流歷線幾何簡化為單峰三角形。其核心假設包含以下五項：

  1. 線性反應假設（Linearity）：
  • 比例性（Proportionality）：集水區在一定降雨延時內，地表逕流歷線之各時段流量與有效雨深成正比。若有效雨深增為 nn 倍，則各時刻之逕流率亦增為 nn 倍。
  • 重疊性（Superposition）：各時段獨立有效雨量所產生的逕流歷線彼此互不干擾，可於時間軸上線性疊加（Convolution 褶合原理）。
  1. 時間不變性假設（Time-Invariance）： 集水區之物理特徵（流域幾何、地質、坡度、地表覆蓋等）在暴雨過程中視為恆定，相同降雨延時與有效雨深在任何時期所引致之單位歷線形狀完全相同。
  2. 降雨空間與時間均勻性假設： 在給定的降雨延時 DD 內，有效降雨均勻分布於整個集水區，且降雨強度隨時間維持均勻一致。
  3. 幾何形狀簡化假設： 將真實平滑且具拖尾特徵之無因次單位歷線，簡化為上升段直線、退水段直線組成之非對稱「單峰三角形」。
  4. 體積守恆假設（Conservation of Mass）： 三角形歷線涵蓋之總面積代表地表逕流總體積，必須完全等於「集水區面積 ×\times 單位有效雨深」。

二、 洪峰流量推估原理與推導

三角形單位歷線係以達峰時間 TpT_p、退水時間 TrT_r、基期 TbT_b 及洪峰流量 qpq_p 四個參數定義。

 流量 q (m³/s)
 ^
 q_p | /\
 | / \
 | / \
 | / \
 | / \
 0 +------/----------\--------> 時間 t (hr)
 0 T_p T_r T_b
 |<--->|<---->|
1. 幾何幾率關係

SCS 根據大量天然集水區觀測結果，訂定退水時間約為達峰時間的 1.67 倍： Tr=1.67⋅TpT_r = 1.67 \cdot T_p 基期（歷線總延時）TbT_b 為上升時間與退水時間之和： Tb=Tp+Tr=Tp+1.67⋅Tp=2.67⋅TpT_b = T_p + T_r = T_p + 1.67 \cdot T_p = 2.67 \cdot T_p

2. 體積守恆公式推導

設集水區面積為 AA（km2\text{km}^2），單位有效雨深為 ReR_e（mm\text{mm}），達峰時間 TpT_p 單位為小時（hr\text{hr}），基期 TbT_b 單位為小時（hr\text{hr}），洪峰流量 qpq_p 單位為 m3/s\text{m}^3/\text{s}。

  • 三角形歷線之總逕流體積 VV 為： V=12⋅qp⋅(Tb×3600)=12⋅qp⋅(2.67⋅Tp×3600)=4806⋅qp⋅Tp(m3)V = \frac{1}{2} \cdot q_p \cdot (T_b \times 3600) = \frac{1}{2} \cdot q_p \cdot (2.67 \cdot T_p \times 3600) = 4806 \cdot q_p \cdot T_p \quad (\text{m}^3)

  • 降雨在集水區產生的總地表逕流體積 VV 為： V=(A×106 m2)×(Re×10−3 m)=1000⋅A⋅Re(m3)V = (A \times 10^6 \text{ m}^2) \times (R_e \times 10^{-3} \text{ m}) = 1000 \cdot A \cdot R_e \quad (\text{m}^3)

  • 兩者守恆相等： 4806⋅qp⋅Tp=1000⋅A⋅Re4806 \cdot q_p \cdot T_p = 1000 \cdot A \cdot R_e qp=10004806⋅A⋅ReTp≈0.208⋅A⋅ReTpq_p = \frac{1000}{4806} \cdot \frac{A \cdot R_e}{T_p} \approx 0.208 \cdot \frac{A \cdot R_e}{T_p}

因此，當定義單位有效雨深 Re=1 mmR_e = 1 \text{ mm} 時，洪峰流量推估公式為： qp=0.208⋅ATp(m3/s/mm)q_p = \frac{0.208 \cdot A}{T_p} \quad (\text{m}^3/\text{s/mm})

若實務上以單位有效雨深 Re=1 cm=10 mmR_e = 1 \text{ cm} = 10 \text{ mm} 為基準，則公式轉換為： qp=2.08⋅ATp(m3/s/cm)q_p = \frac{2.08 \cdot A}{T_p} \quad (\text{m}^3/\text{s/cm})

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第 四 題25 分

試說明土石流現象，以及針對土石流潛勢溪流淤積段之工程治理措施類型、定義及目的。

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核心觀念

本題測驗「土石流力學與現象」及「土石流潛勢溪流分段治理策略（淤積段工程措施）」之專業知識。涉及核心定義與技術規範如下（相關法規以命題當年民國 109 年法規為準；現行主管機關行政院農業委員會水土保持局已於民國 112 年改制為農業部農村發展及水土保持署）：

  1. 土石流定義：依《水土保持技術規範》，土石流指泥、砂、礫及巨石等固體物質與水之混合物，受重力作用沿溪谷或坡面向下流動之自然現象。
  2. 土石流溪流之三段分區特性：
  • 發生段（形成區）：坡度陡峻（多大於 15∘15^\circ 至 20∘20^\circ），崩塌提供大量土石料源。
  • 流動段（通過區）：坡度約 10∘∼20∘10^\circ \sim 20^\circ，土石與水混合高速下移，下切與側蝕劇烈。
  • 淤積段（堆積區／沉積段）：坡度轉緩（通常小於 10∘10^\circ，沖積扇末端常小於 2∘∼3∘2^\circ \sim 3^\circ），流速降低、能量消散，土石大量沉降停積；此區通常為扇狀地，常有人類聚落、農田或公共設施等重要保全對象。

解題方法

本題屬標準的「原理＋工程實務」申論題，切入點應分為兩大主軸答題：

  1. 土石流現象闡述：由「發生三要素（水、土、坡度）」破題，接續說明其「流動特性與外觀徵兆」（高容積濃度、泥砂水混合、層流／塑性流動、浪頭、逆級配、陣發性、巨大破壞力）。
  2. 淤積段工程治理措施：先點出淤積段之水理與地形特性（坡度平緩、擴散沉降、鄰近保全對象），再依《水土保持技術規範》將工程類型系統化分類為沉砂池工（沉砂設施）、導流工（導流堤／排砂路）、護岸與堤防工及清疏工程，並逐一條列其「定義」與「目的」。

選項分析

本題為申論題型，無選擇題選項。試卷作答時應將題旨明確拆解為兩大題分架構，避免漏答「類型」、「定義」、「目的」任一項配分點。

解題技巧

  1. 圖表化架構作答：淤積段治理措施包含「類型、定義、目的」三要素，以清晰的小標題或表格化方式呈現，閱卷委員能一目了然給予全額分數。
  2. 切忌混淆河段工法：
  • 梳子壩、防砂壩多設置於「發生段」或「流動段」（攔阻巨石、抑制沖蝕）。
  • 淤積段重在「停砂、沉砂、導流、護岸防溢」，切勿在淤積段回答以重力式高防砂壩或梳子壩為主力。
  1. 引入水理學關鍵數據：適度標記關鍵坡度門檻（如發生區 >15∘> 15^\circ、流動區 10∘∼20∘10^\circ \sim 20^\circ、淤積區 <10∘< 10^\circ），展現水土保持工程師的量化專業素養。

【答案】

一、土石流現象說明

(一) 定義與基本機制 依《水土保持技術規範》，土石流係指泥、砂、礫及巨石等固體物質與水之混合物，在重力直接驅動下，沿坡面或溪谷急速向下流動之非牛頓流體重力流現象。

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