109 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

本題旨在考驗考生對「通用土壤流失公式」（Universal Soil Loss Equation, USLE）或「修正通用土壤流失公式」（Revised USLE, RUSLE）中各項因子的物理意義、人為介入能力（可控制性）及其減蝕效益量級之掌握。

依據美聯邦農部（USDA）及我國《水土保持技術規範》（以命題當年民國 109 年規範為準），標準年平均土壤流失量預估公式為： $A = R \cdot K \cdot L \cdot S \cdot C \cdot P$

式中各參數意義如下：

• $A$：推估之單位面積年平均土壤流失量（$\mathrm{t/(ha\cdot yr)}$）。
• $R$：降雨沖蝕指數因子（Rainfall and runoff erosivity factor），表彰降雨動能與沖蝕潛能。
• $K$：土壤沖蝕性因子（Soil erodibility factor），表彰特定土壤內在抗蝕力。
• $L$：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-management factor），無因次。
• $P$：水土保持處理因子（Support practice factor），無因次。

土壤沖蝕因子依人為是否能主動干預，分為：

1. 不可控制因子（自然固有因子）：

• 降雨沖蝕因子（$R$）：由大氣降雨強度、雨滴動能與歷時決定，屬巨觀氣候現象，人力完全無法控制。

2. 可控制因子（人為管理與工程可調控因子）：

• 植生覆蓋與管理因子（$C$）
• 水土保持處理因子（$P$）
• 地形因子之坡長與坡度（$L$ 與 $S$）
• 土壤沖蝕性因子（$K$）（微觀改良）

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解題方法

評估各因子的「控制功效大小」，關鍵在於各參數在公式乘積項中能被調降的數值動態範圍（減幅比例），以及工程與農業技術落實的可行性。控制功效愈大者，代表該因子改善後對降低沖蝕量 $A$ 的效果愈顯著。

各可控制因子依其「控制功效大小順序」依序說明如下：

1. 植生覆蓋與管理因子（$C$）—— 控制功效最大（第 1 位）

• 控制機制：透過地表植被阻截雨滴直接擊濺（吸收雨滴動能）、地表枯落物及敷蓋物阻滯地表逕流、根系固結土壤並增加入滲孔隙。
• 功效評估：
• 裸露地（完全無覆蓋）的 $C$ 值基準為 $1.0$。
• 當地表密生覆蓋良好之草類、濃密森林或施以厚層稻草敷蓋時，$C$ 值可大幅降低至 $0.01 \sim 0.001$。
• 其抑制土壤沖蝕的功效高達 $90\% \sim 99.9\%$，能將沖蝕量降低至原先的數百分之一至千分之一，是所有水土保持手段中效益最高、最經濟且最根本的措施。

2. 水土保持處理因子（$P$）—— 控制功效次之（第 2 位）

• 控制機制：藉由改變耕作方向或搭配農藝阻水措施，降低地表逕流流速、改變水流路徑並促使泥砂於現地沉降。
• 功效評估：
• 順坡耕作且無任何水土保持措施時，$P$ 值基準為 $1.0$。
• 實施等高耕作（Contour farming）時，$P$ 值約可降至 $0.5 \sim 0.6$；實施帶狀間作（Strip cropping）或構築等高草帶時，$P$ 值可降至 $0.25 \sim 0.4$；配合梯田化耕作並結合等高排水時，$P$ 值可降至 $0.1 \sim 0.2$。
• 其減蝕功效約為 $50\% \sim 90\%$，僅次於全面性的植生覆蓋。

3. 地形因子（$L$ 與 $S$）—— 控制功效居中（第 3 位）

• 控制機制：藉由工程整地手段（如階段整坡、修築梯田、設置截水溝），將坡長人為截斷以縮減有效坡長（$L$），或將局部坡面修平以減緩沖蝕坡度（$S$）。
• 功效評估：
• 在經驗公式中，坡度因子對沖蝕的敏感度遠大於坡長因子（$S$ 的指數約為 $1.3 \sim 2.0$；

核心觀念

本題旨在評量考生對「降雨特性與土壤沖蝕物理機制」以及「通用土壤流失公式（USLE）」之核心理解，主要涵蓋以下觀念與理論：

1. 降雨特性關係式：總降雨量（$P$）、降雨強度（$I$）與降雨延時（$D$）之基本關係為： $P = I \times D \implies I = \frac{P}{D}$
2. 通用土壤流失公式（USLE）與降雨沖蝕指數（$R$）： 土壤流失量預估公式為 $A = R \cdot K \cdot LS \cdot C \cdot P$。在其他土壤特性（$K$）、地形（$LS$）、覆蓋（$C$）及水土保持處理（$P$）均相同之條件下，土壤沖蝕量直接取決於降雨沖蝕指數 $R$。單場降雨之沖蝕力指標以動能與最大30分鐘降雨強度之乘積表示（即 $EI_{30}$）。
3. 降雨動能與雨滴終端速度：雨滴之平均粒徑與落下終端速度隨降雨強度之增大而增加，單位降雨量所攜帶的動能與降雨強度呈顯著正相關。
4. 入滲容量與超滲地表逕流（Horton 入滲機制）：土壤具備一定之入滲容量（$f$）。當降雨強度小於或等於入滲容量時，不產生超滲地表逕流；當降雨強度大於入滲容量時，即產生超滲地表逕流（Overland flow），進而引發細溝與片狀沖蝕。

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解題方法

本題之解題關鍵在於：先推導兩場降雨之強度大小關係，再從「USLE 降雨沖蝕指數」與「物理沖蝕營力機制」兩個層面分別論證。

一、 降雨強度之推導

設 $A$、$B$ 兩場降雨之總降雨量為 $P_A$、$P_B$，降雨延時為 $D_A$、$D_B$，均勻降雨強度為 $I_A$、$I_B$。 依題意：

1. 總降雨量相同：$P_A = P_B = P$
2. 延時關係：$D_A > D_B$

因此兩場降雨之強度分別為： $I_A = \frac{P}{D_A}, \quad I_B = \frac{P}{D_B}$ 因 $D_A > D_B$，故： $I_B > I_A$ 即 $B$ 場降雨之降雨強度顯著大於 $A$ 場降雨。

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二、 土壤沖蝕量大小之論證理由

在其他土壤、坡度、植生等環境因子皆相同之條件下，$B$ 場降雨所造成之土壤沖蝕量大於 $A$ 場，理由如下：

1. 從通用土壤流失公式（USLE）之降雨沖蝕指數（$R$）分析

單場降雨之沖蝕指數為總動能 $E$ 與最大30分鐘降雨強度 $I_{30}$ 之乘積（$EI_{30}$）：

• 雨滴動能（$E$）：根據 Wischmeier 與 Smith 之動能公式，降雨單位體積動能 $e$ 與降雨強度 $I$ 呈對數或指數遞增關係。因 $I_B > I_A$，$B$ 場降雨之雨滴顆粒較大、終端降落速度較快，其單位動能較大；在總雨量 $P$ 相同的情況下，$B$ 場降雨之總動能大於 $A$ 場（$E_B > E_A$）。

核心觀念

本題評量考生對法規**《水土保持技術規範》**中「水土保持工程技術－野溪治理」章節之熟悉度，屬於四等國家考試中極具指標性的法規與工程實務記憶題。

• 法規依據：本題以命題當年（民國 109 年）之《水土保持技術規範》為準（現行法規主管機關雖配合組織改造改制為農業部農村發展及水土保持署，但野溪治理之核心技術規範原則與工法內涵一致）。
• 核心定義與體系：

1. 野溪特性：野溪多位於集水區上游，具備坡陡、流急、洪峰到達快、土砂運移量大且水文地質條件多變之特性。
2. 治理理念：非單純之防洪排水，而是著重於「水砂共治」與「流域整體治理」，透過「抑制源頭產砂、調節中游土砂輸送、安全宣洩下游水砂」之防砂體系，兼顧防災與生態保育。

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解題方法

本題為標準的法規型申論題，評分關鍵在於「架構完整度」與「術語精準度」。答題時切入點如下：

1. 目的與原則切入：先點出治理之核心目的（防沖蝕、穩溪床、控泥砂、防災害），再擴展至系統性規劃原則（整體規劃、因地制宜、就地取材、生態保育與維護管理）。
2. 方法分類切入：若僅零散條列工程名稱（如攔砂壩、護岸），版面雜亂且不易獲高分；應依工程功能取向與作用機制分門別類（土砂控制、溪床穩定、溪岸保護、流水導引、生態工法），展現工法體系的邏輯層次。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題，故無選項分析。

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解題技巧

1. 答題架構化：採用階層式標號（一、 (一) 1.），讓閱卷委員一眼看清主要法條要點。
2. 六字口訣記憶：野溪治理工法可依「阻、固、護、導、消、育」記憶：

• 阻（攔阻泥砂：防砂壩、沉砂池）
• 固（固定溪床：潛壩、固床工）
• 護（保護溪岸：護岸、堤防）
• 導（導引水流：丁壩、導流堤、疏濬）
• 消（消耗能量：跌水工、消能池）
• 育（生態保育：近自然工法、多孔隙砌石）

3. 常見陷阱與扣分點：

• 遺漏生態概念：現代水土保持法規高度重視生態工法，若僅回答傳統混凝土剛性構造物，分數會受限；務必帶入近自然工法與減碳綠化概念。
• 混淆防砂壩與水庫：防砂壩目的在於調節土砂與抑止縱向下切，而非蓄水，用詞需精確。

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【答案】

依命題當時《水土保持技術規範》之規定，有關野溪治理之目的、原則及方法說明如下：

一、野溪治理之目的

野溪治理之主要目的在於健全集水區水砂平衡，維護國土保安與下游保全對象安全，具體包含：

1. 抑止沖蝕：防止野溪溪床發生縱向縱下切沖蝕與橫向側向沖蝕。

核心觀念

本題旨在測驗山坡地開發施工期間之「臨時性土壤沖蝕控制及水土保持措施」。依據水土保持工程學理與我國《水土保持技術規範》（本題以命題當年民國 109 年法規為準，後續法規雖有部分條文微調，但臨時防災措施之學理與工法體系維持一致）：

1. 沖蝕力學機制： 降雨對裸露地表的破壞首在「雨滴擊濺沖蝕」（Splash Erosion），擊潰土壤團粒並堵塞孔隙；繼而產生超額地表逕流，引發「片狀沖蝕」（Sheet Erosion）與「細溝沖蝕」（Rill Erosion）。在永久性植生（如噴植、植樹、草皮滿鋪）完全成活發揮根系固土與樹冠截留功能前，裸露坡面缺乏防護，其通用土壤流失公式（USLE）： $A = R \cdot K \cdot L \cdot S \cdot C \cdot P$ 式中之覆蓋與管理因子 $C$ 及水土保持處理因子 $P$ 趨近於 1.0（最高流失潛勢）。

2. 臨時控制目標： 臨時措施之目的在於「源頭抑低擊濺與剝蝕（降低 $C$ 值）」、「分散導引地表逕流（縮短 $L$、降低流速）」以及「末端阻截沉降泥砂」，防止土砂流出工區危及下游環境。

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解題方法

本題為申論題，作答切入點宜採取「防禦層次分類法」（依空間序列與水土保持功能分類），切忌雜亂條列。最佳論述架構分為三大主軸：

1. 地表被覆保護（源頭防蝕）：阻絕雨滴直接撞擊，增加表面粗糙度。
2. 逕流導排與消能（坡面控制）：截斷坡長、減緩流速、安全排引逕流。
3. 泥砂阻截與過濾（末端攔阻）：減速沉澱、攔截懸浮泥砂。

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解題技巧

1. 記憶口訣——「被、導、阻」三道防線：

• 第一線（坡面）：被覆（敷蓋、防蝕毯、帆布、臨時草種）。
• 第二線（水路）：導排（臨時截水溝、斜坡排水槽、跌水工）。
• 第三線（出口）：阻砂（阻砂柵、砂包/草捆、臨時沉砂池）。

2. 常見陷阱：

• 誤將「永久性設施」（如混凝土格樑護坡、漿砌擋土牆、永久滯洪沉砂池）列為臨時設施。
• 混淆「沖蝕控制（Erosion Control）」與「泥砂控制（Sediment Control）」。前者在防止土粒剝離（治本），後者在攔截已流動之泥砂（治標），答題時兩者皆須兼顧，並以坡面被覆防蝕為優先。

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【答案】

山坡地開發施工期間，在永久性植生未長成前，常見之臨時性土壤沖蝕控制方法依防制功能可歸納如下：

一、 地表被覆防蝕法（源頭保護，抑制雨滴擊濺與片蝕）

1. 植物性敷蓋（Mulching）：

• 於裸露坡面均勻撒布稻草、木屑、麥稈、甘蔗渣或碎木片等有機殘渣，敷蓋厚度約 2 至 5 公分。
• 功效：直接吸收雨滴撞擊動能，增加表面粗糙度以延緩逕流發生，並具保濕保溫、助於後續草種萌芽之效果。

2. 覆蓋網與防蝕毯（Erosion Control Blankets, ECB / Geotextiles）：