108 地方特考四等 水土保持工程 土壤沖蝕及水土保持概要 考古題詳解

核心觀念

本題評量水土保持類科最核心的法規名詞定義，涉及主管機關管理權責與管制範圍的認定基準。

• 法源依據：以命題當年（民國 108 年）法規為準（兩法之山坡地定義條文至現行法均維持一致，未曾修正），本題依據：

1. 《山坡地保育利用條例》第 3 條。
2. 《水土保持法》第 3 條第 3 款。

• 核心架構：法律上對「山坡地」之認定並非純粹的自然地形描述，而是採取「消極排除要件（排除特定林地）」＋「實質物理門檻（標高與坡度）」＋「行政形式要件（劃定與核定公告）」三者兼備之複合定義。

解題方法

本題屬標準的法規比較型申論題。解題時應採取「先分述法條定義、次拆解構成要件、後進行異同比較」的層次化架構作答：

1. 分別闡述法條規範：精準寫出《山坡地保育利用條例》第 3 條及《水土保持法》第 3 條第 3 款之法定原文與要件。
2. 三維度要件拆解：將兩法之規定按「排除範圍」、「自然地形條件」、「行政程序」逐一抽離解析，展現對法條結構的透徹理解。
3. 對比兩法之異同：點出兩法之共同基準（標準一致、行政程序一致），並深入剖析文字規範上的細微差異（如法條有無載明「公、私有土地」、劃定時有無列舉「自然形勢、行政區域或保育利用之需要」等裁量原則），向閱卷委員展現專業法學素養。

選項分析

本題為申論問答題，無選擇題選項。依國考評分標準，考生答題時應涵蓋的「關鍵得分要件」剖析如下：

1. 消極排除要件（除外土地）

• 要件內容：兩法均明定排除「國有林事業區、試驗用林地、保安林地」。
• 採分關鍵：此三類土地由《森林法》專法管轄與治理，故水土保持及山坡地保育法規在定義上予以排除，若未答出此消極要件將遭大幅扣分。

2. 實質物理要件（標高與坡度）

• 要件內容：
• 標高在 $100\text{ m}$ 以上者。
• 標高未滿 $100\text{ m}$，而其平均坡度在 $5\%$ 以上者。
• 採分關鍵：坡度門檻必須記清楚，標高低於 $100\text{ m}$ 且坡度小於 $5\%$ 者為平地；坡度以百分比計，不可誤記。

3. 形式程序要件（劃定與公告）

• 要件內容：由中央或直轄市主管機關劃定範圍，報請行政院核定公告。
• 採分關鍵：符合標高與坡度僅為「劃定基準」，土地若未經行政院「核定公告」，在法律上即非屬山坡地（司法院釋字與行政法院判決均採此見解）。

4. 兩法文字與立法技術差異

• 考量原則：《山坡地保育利用條例》明列劃定時應「參照自然形勢、行政區域或保育利用之需要」；《水土保持法》則無此列舉文字。
• 權屬文字：《水土保持法》明文標註劃定範圍為「公、私有土地」；《山坡地保育利用條例》則逕稱「土地」（實質上亦涵蓋公私有）。

核心觀念

1. 通用土壤流失公式（USLE）架構： Wischmeier 與 Smith 於 1965 年及 1978 年發展之通用土壤流失公式為： $A = R \cdot K \cdot L \cdot S \cdot C \cdot P$ 式中：

• $A$：單位面積年平均土壤流失量（$\text{tons/acre/year}$ 或 $\text{t/ha/year}$）
• $R$：降雨與逕流沖蝕指數（Rainfall-Runoff Erosivity Factor）
• $K$：土壤沖蝕指數（Soil Erodibility Factor）
• $L$：坡長因子（Slope Length Factor，無因次）
• $S$：坡度因子（Slope Steepness Factor，無因次）
• $C$：植生覆蓋與管理因子（Cover and Management Factor，無因次）
• $P$：水土保持處理因子（Support Practice Factor，無因次）

2. 標準試區（Unit Plot / Standard Plot）的物理與數學定義： 在建立經驗公式時，為求得特定土壤的內在抗蝕特性——即土壤沖蝕指數 $K$，必須將地形、植生與人為保土措施標準化。標準試區即為定義各無因次修正因子皆等於 $1.0$（即 $L = 1.0,\, S = 1.0,\, C = 1.0,\, P = 1.0$）的基準對照試區，使公式簡化為： $A = R \cdot K \implies K = \frac{A}{R}$ 藉由量測標準試區上的實測土壤流失量 $A$ 與降雨動能指數 $R$，即可率定該土壤的 $K$ 值。

解題方法

本題屬申論名詞解釋與原理解析題。作答切入點應採「定義 $\to$ 規格條件 $\to$ 數學推導與物理意義 $\to$ 實務目的」四層結構展開：

1. 破題定義：明確指出標準試區是 USLE 測定「土壤沖蝕指數 $K$」所設定的基準試區。
2. 規格條列：精準寫出標準試區的長度、坡度、寬度、耕作方向、地表覆蓋狀態及維護方式等量化與質化規格。
3. 因子對應：將上述規格連結回 USLE 各參數，證明為何 $LS = 1.0$、$C = 1.0$、$P = 1.0$。
4. 試驗目的：點出消除地形與地表條件干擾後，能將實測流失量直接歸因於土壤本質與降雨沖蝕力的交互作用。

選項分析

本題為申論題，以下針對考生作答時必須完整鋪陳的「標準試區六大核心規格要點」逐一深入解析與檢核：

1. 坡長條件（$L = 1.0$）：

• 標準規格：試區長度為 $72.6\text{ ft}$（換算公制約為 $22.13\text{ m}$，常取 $22.1\text{ m}$）。
• 原理解析：此長度源自美國農業部試驗站早期標準試區設計（面積為 $1/100\text{ acre}$，寬 $6\text{ ft}$、長 $72.6\text{ ft}$）。在該長度下，定義坡長因子 $L = 1.0$。

2. 坡度條件（$S = 1.0$）：

• 標準規格：均勻坡度為 $9\%$（約 $5.14^\circ$）。
• 原理解析：美國中西部主要農地平均坡度約為 $9\%$，故以此作為基準，定義坡度因子 $S = 1.0$。長度 $72.6\text{ ft}$ 搭配坡度 $9\%$ 即定義地形因子綜合值 $LS = 1.0$。

3. 植生覆蓋條件（$C = 1.0$）：

• 標準規格：連續休耕（Continuous fallow）至少二年以上，地表維持全裸露狀態。
• 原理解析：完全無作物覆蓋、無地表殘株覆蓋與殘留物保護，代表最惡劣、易受沖蝕的地表狀態，定義植生覆蓋因子最大基準值 $C = 1.0$。

核心觀念

本題旨在考驗考生對「水蝕力學機制（Water Erosion Mechanics）」與「土壤沖蝕歷程」的理解。水力沖蝕本質上為雨滴打擊力與地表逕流剪應力對土壤顆粒進行「分離（Detachment）」、「搬運（Transport）」與「沈積（Deposition）」的動力學過程。核心涵蓋以下水力學公式與沖蝕模型：

1. 地表逕流水力剪應力（掃流力）公式： $\tau = \gamma R S \approx \gamma d S$ 其中，$\tau$ 為水流對地表施加之剪應力（$\text{N/m}^2$），$\gamma$ 為水之單位容重（$\text{N/m}^3$），$R$ 為水力半徑（$\text{m}$），於漫地流（Overland flow）薄層水流情況下，$R$ 近似於逕流深度 $d$（$\text{m}$），$S$ 為水力坡降（地面坡度）。水流剪應力若超過土壤臨界剪應力 $\tau_c$，即引發水流沖刷分離。
2. 曼寧流速公式（Manning Formula）與動能公式： $V = \frac{1}{n} R^{2/3} S^{1/2} \approx \frac{1}{n} d^{2/3} S^{1/2}$ $E_k = \frac{1}{2} m V^2$ 其中，$V$ 為流速（$\text{m/s}$），$n$ 為曼寧糙度係數，$E_k$ 為水流動能。流速直接決定水流之沖刷力與推移、懸浮泥砂之搬運能力。
3. 通用土壤流失公式（USLE）之因子對應： $A = R \times K \times L \times S \times C \times P$ 題幹之地表狀況對應植生覆蓋管理因子（$C$）與水土保持處理因子（$P$）；地面坡度對應坡度因子（$S$）；逕流深度則為降雨與降雨逕流因子（$R$）、土表特性綜合作用下所產生之水動力學狀態變數。

解題方法

本題屬經典的「機制論述型」申論題。解題時切忌僅作概念性的空泛描述，應以「水力與物理力學機制」、「對土壤分離與搬運的影響」、「在沖蝕演變階段之具體效應」三層架構，將題幹指定的三個變數（逕流深度、地面坡度、地表狀況）獨立分項深入剖析：

1. 逕流深度之切入點：兼論其「雙重性效應」——薄水層初期具備吸收雨滴衝擊動能的保護緩衝作用；然而隨水層加深，依剪應力方程式 $\tau \approx \gamma d S$，其水流剪應力與搬運容量劇增，由片蝕過渡至細溝沖蝕。
2. 地面坡度之切入點：從「重力分力」改變顆粒穩定度、促進雨滴飛濺向下坡淨位移，以及「流速平方決定動能」帶動水流剪應力與淘刷能力呈指數增加等方向切入。
3. 地表狀況之切入點：從「植生地上部遮蔽」、「根系加勁錨定」、「地表微地形糙度（延滯流速）」、「土表結皮與孔隙（入滲消能）」多維度探討。

選項分析

本題為國家考試之申論題型，無選擇題之選項。答題策略應嚴格依照題目給定之三項因子設立分項標題平行論述，各項分配相當篇幅，切勿偏廢任一因子。

解題技巧

1. 破除單一思維（展現專業水準）：論述「逕流深度」時，許多考生僅寫出「深度越深、沖蝕越大」，此為常見失分盲點。務必點出「水墊效應（Water cushion effect）」：當逕流深度小於雨滴直徑的 2 至 3 倍時，水層能吸收雨滴動能，削弱雨滴飛濺沖蝕；超過該臨界值後，水流自身剪應力佔據主導，轉變為強烈的沖刷與搬運作用。
2. 善用數理符號與力學方程式輔助說明：在純文字申論中適度加入 $\tau \approx \gamma d S$ 與 $V \propto S^{1/2}$，可大幅提高作答的工程嚴謹度與說服力。

核心觀念

本題評量土石流（Debris flow）的基本物理概念與工程法規定義，屬於「土壤沖蝕及水土保持概要」中「重力侵蝕與集水區土砂災害」的核心考點。

作答時需整合兩個層面的定義：

1. 法規與行政實務定義：以命題當年（民國 108 年）法規為準，依據當時行政院農業委員會水土保持局（現行機關已改制修正為農業部農村發展及水土保持署）之《土石流防災疏散避難作業規定》與災害防救實務定義。
2. 學理力學定義：引用日本學者高橋保（Tamotsu Takahashi）之土石流物理力學定義，強調固液兩相混合流、重力驅動，以及關鍵的固體體積濃度（Volumetric Sediment Concentration, $C_d$）範圍。

解題方法

本題為標準申論題（問答題），配分通常為 20 至 25 分。切忌僅以一句口語化白話文作答，應採取「層次展開法」鋪陳：

1. 法規定義：開門見山點出我國官方主管機關的規範定義。
2. 力學學理定義：以流體力學及兩相流（Two-phase flow）視角，精準寫出固體體積濃度公式與作用機制。
3. 發生要素與流動特徵：補強土石流構成三要素（土石、水、坡度）與流動結構（龍頭巨石、泥流龍身、多波湧浪），使定義具備實體物理內涵。
4. 與相近現象之界定：以輸砂型態與固體濃度區分「高含砂水流（Hyperconcentrated flow）」與「山崩／滑坡（Landslide）」。

選項分析

本題為申論問答題，無選擇題選項。但考生在申論此題時，容易混淆相近之土砂運移名詞，應進行辨析：

• 土石流 vs. 山崩（滑坡）：山崩為固體土岩塊受重力產生之剛體剪力破壞與滑動；土石流則必須具備充分水分，使土石液化並產生類似流體之流動行為。
• 土石流 vs. 高含砂水流：高含砂水流仍以水為主要流動介質，土砂多懸浮或近底滾動（固體濃度 $C_d < 0.2$）；土石流則是泥砂與水混合為黏滯流體，粗大顆粒藉由顆粒間碰撞、浮力及剪應力共同懸浮運移（$0.2 \le C_d \le 0.6$）。

解題技巧

1. 答題結構化：記憶關鍵五要素——「固體物質＋液體介質＋重力驅動＋濃度範圍＋坡度條件」。

核心觀念

本題旨在測驗土壤沖蝕學中對於泥砂移動「物理過程」、「評估邊界（空間尺度）」與「沉積機制」的核心定義區別。

1. 沖蝕三部曲：土壤沖蝕包含分離（detachment）、搬運（transportation）與沉積（deposition）三階段。三種術語的根本差異在於是否扣除系統內部的沉積量以及量測與評估的空間邊界。
2. 重要關係式與理論：

• 通用土壤流失公式（USLE）：$A = R \cdot K \cdot L \cdot S \cdot C \cdot P$，估算的是特定坡面單位的「土壤流失量（Soil Loss）」，而非集水區出砂量。
• 泥砂遞送比（Sediment Delivery Ratio, $SDR$）： $SDR = \frac{Y}{E}$ 其中 $Y$ 為泥砂產量（Sediment Yield），$E$ 為總土壤侵蝕量（Gross Erosion）。$SDR$ 必定小於或等於 1（$SDR \le 1$）。

解題方法

本題為申論解釋題，切入點應從「定義與物理機制」、「空間尺度（界定範圍）」、「相互關係與計量公式」三個構面著手，進行結構化對比：

1. 定義界定：清楚界定每一術語代表的物理現象（如：純分離搬運、離開特定坡面、或流出集水區出口）。
2. 尺度區隔：

• 土壤侵蝕量：點或微地形尺度（涵蓋所有剝離點）。
• 土壤流失量：斜坡或特定田區邊界尺度（坡面單元）。
• 泥砂產量：集水區出口、控制斷面或水庫防砂壩尺度（全流域系統）。

3. 大小量級關係驗證：同一集水區系統中，因泥砂在運移過程中有凹地滯留、坡腳沉積及河道沉淤，通常存在以下數量關係： $\text{土壤侵蝕量（Gross Erosion）} \ge \text{土壤流失量（Soil Loss）} \ge \text{泥砂產量（Sediment Yield）}$

選項分析

本題非選擇題，屬於申論名詞釋義題。答題時將題幹指定的三大專有名詞分別進行精確解析：

1. 土壤侵蝕量（Amount of Soil Erosion）：

• 物理機制：指在特定區域與時間內，受外力（水力、風力、重力等）作用而自母體分離（Detached）並被搬運的土壤顆粒總量（亦稱總侵蝕量 Gross Erosion）。
• 關鍵特性：包含飛濺侵蝕、面蝕、細溝侵蝕、溝蝕及崩塌等全部剝蝕量。只要土壤顆粒離開原位即計入，不論其隨後是否在同一坡面的凹窪處再次沉積。

2. 土壤流失量（Amount of Soil Loss）：

• 物理機制：指在特定時間內，實際越過特定坡面或試驗小區（Plot）邊界而被移走的外運土壤總量。
• 關鍵特性：土壤流失量等於「該坡面的總侵蝕量」扣除「該坡面內部沉積量（Deposition）」。USLE 模型所推估的 $A$ 值即為標準的土壤流失量，單位通常表示為單位面積年流失質量（如 $\text{t}/(\text{ha}\cdot\text{yr})$）。

3. 泥砂產量（Amount of Sediment Yield）：