110 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

本題考查《水土保持法》對「水土保持計畫」的法定定義，以及「一般水土保持區」與「特定水土保持區」在計畫擬訂主體、計畫範圍、核定程序及實施方式上的差異。

以下以命題當年（民國110年）法規為準。現行法已修正，實際作答仍應依題目指定年度之法規內容判斷。

一、水土保持計畫之定義

依《水土保持法》第3條規定：

水土保持計畫，指為實施水土保持處理與維護所訂之計畫。

此一計畫的核心，不只是工程設計圖，而是為防止水土流失、維護自然生態及確保土地合理利用，所規劃的一整套水土保持處理與後續維護內容。

其內容通常包括：

• 開發或利用行為之位置、範圍及目的。
• 地形、地質、土壤、降雨及水文等自然條件。
• 水土流失之預測與防治對策。
• 排水、滯洪、沉砂、邊坡穩定及植生復育等工程。
• 施工期間之水土保持措施。
• 完工後之維護管理及必要之監測措施。

因此，「水土保持計畫」具有「事前規劃、工程處理、施工管制及後續維護」的綜合性質。

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解題方法

本題可依下列順序作答：

1. 先寫出《水土保持法》第3條之法定定義。
2. 再以《水土保持法》第12條說明一般水土保持區的計畫。
3. 接著以第16條、第17條說明特定水土保持區的計畫。
4. 最後從「誰來擬訂、針對什麼範圍、由誰核定、由誰實施」四個角度比較。

判斷本題的關鍵，是不要把特定水土保持區的計畫誤認為個別開發案件的水土保持計畫。特定水土保持區重視的是整個區域的整體治理與長期保育。

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一、一般水土保持區所擬訂之水土保持計畫

一般水土保持區，係指未依法律特別劃定為特定水土保持區的通常水土保持管理範圍。

依《水土保持法》第12條規定，水土保持義務人於山坡地或森林區內從事一定開發、利用行為時，應先擬具水土保持計畫，送主管機關核定後，始得施工。

（一）擬訂主體

一般水土保持區的水土保持計畫，原則上由水土保持義務人擬訂。

水土保持義務人通常是土地之開發、利用人，或依法負有水土保持處理與維護義務之人。例如：

• 開發建築用地者。
• 開闢道路者。
• 採礦、採石或土石堆積者。
• 從事農、林、漁、牧地開發利用者。
• 其他依法應辦理水土保持之行為人。

（二）計畫範圍

一般水土保持計畫通常以個別開發案或特定土地利用行為為範圍，重點在於處理該開發行為所造成或可能造成的水土流失問題。

例如某一筆山坡地要開發為建築基地，計畫便針對該基地的整地、邊坡、排水、沉砂及施工管理提出處理措施。

（三）核定機關

計畫應送該管主管機關審查、核定。依開發案件的性質、規模及土地所在地，可能涉及中央主管機關、直轄市主管機關或縣（市）主管機關。

未經核定，不得擅自施工或開發；核定後亦應依核定內容施工及維護。

（四）計畫性質

一般水土保持計畫屬於「個案型」計畫，其主要功能是：

• 審查個別開發行為是否造成重大水土流失。
• 規劃個案所需之防治工程。
• 管制施工期間的水土保持措施。
• 確保完工後水土保持設施能正常運作。

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二、特定水土保持區所擬訂之水土保持計畫

（一）特定水土保持區之意義

依《水土保持法》第16條，特定水土保持區係指具有特殊水土保持需求，為加強水土保持處理與維護，經主管機關劃定公告之區域。

劃定的目的，在於保護具有重要水土保持功能或容易發生重大災害的地區，例如：

• 水庫集水區。
• 主要河川上游之集水區。
• 易致崩塌、地滑或土石流地區。
• 其他經認定有特殊水土保持必要之地區。

特定水土保持區不是單一開發案件的範圍，而是具有整體保育必要性的區域。

（二）擬訂主體

依《水土保持法》第17條，特定水土保持區內之水土保持計畫，由中央主管機關會同有關機關擬訂，報請行政院核定。

因此，其計畫擬訂主體與一般水土保持計畫不同：

• 一般水土保持區：由水土保持義務人擬訂。
• 特定水土保持區：由中央主管機關會同有關機關擬訂。

這是本題最重要的區別。

（三）計畫範圍

特定水土保持區的計畫是以整個特定區域為對象，必須進行整體性、長期性及系統性的規劃，內容可能包括：

核心觀念

本題考查降雨與地表逕流作用下，土壤侵蝕由「雨滴打擊分散」逐步發展為「地表均勻沖刷」，再演變為「集中水流切蝕」的連續過程，以及各階段土壤流失量的估算方法。

四種侵蝕型態的主要差異如下：

侵蝕型態	主要作用力	地表特徵	常用估算方法
飛濺侵蝕	雨滴打擊動能	土粒被擊散、搬移	飛濺量收集、人工降雨試驗
層狀侵蝕	薄層逕流剪力	土壤表面均勻流失	USLE／RUSLE、逕流含砂量
指狀侵蝕	集中逕流剪力	形成細小而連續的溝紋	USLE／RUSLE、溝紋斷面測量
溝壑侵蝕	集中水流沖刷、切蝕	形成明顯深溝，機械耕作無法填平	溝壑測量、體積差法、出口輸砂量法

其中，USLE 或 RUSLE 所估算的主要是坡面上的「層狀侵蝕及指狀侵蝕」土壤流失量，通常不直接包含大型溝壑侵蝕。

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解題方法：依侵蝕發展歷程說明

一、飛濺侵蝕（Splash erosion）

1. 定義與形成機制

雨滴自高處落下時具有動能，撞擊裸露土壤表面後，會造成：

1. 土粒彼此分散；
2. 土壤團粒破碎；
3. 細小土粒被濺離原位置；
4. 土壤孔隙被堵塞，表面形成結皮；
5. 入滲率降低，增加後續地表逕流。

飛濺侵蝕是水蝕的初始階段，主要由降雨直接作用造成，尚未以逕流集中沖刷為主。

雨滴打擊動能可概念化表示為：

$$E_k=\frac{1}{2}mv^2$$

其中，$m$ 為雨滴質量，$v$ 為雨滴落地速度。雨滴越大、降雨強度越高，通常其打擊能力越強。

2. 土壤流失量估算

可設置飛濺收集器、飛濺盤或飛濺圓筒，收集一定時間內被雨滴濺離並落入收集器的土壤，再換算為單位面積土壤流失量：

$$E_s=\frac{M_s}{A}$$

其中：

• $E_s$：飛濺侵蝕量，常用單位為 $\mathrm{kg/m^2}$ 或 $\mathrm{t/ha}$；
• $M_s$：收集到的乾土質量；
• $A$：代表面積。

若進行人工降雨試驗，可控制降雨強度、降雨延時、坡度及土壤含水量，建立飛濺侵蝕量與降雨條件的關係式，例如：

$$E_s=f(I,D,\theta,S,\rho_b)$$

其中 $I$ 為降雨強度，$D$ 為降雨延時，$\theta$ 為坡度，$S$ 為土壤性質，$\rho_b$ 為土壤容積密度。

飛濺侵蝕的收集量是「被雨滴直接濺離的土壤量」，不應直接當成整個坡面的總土壤流失量，因為部分土粒會重新沉降於原地或被後續逕流帶走。

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二、層狀侵蝕（Sheet erosion）

1. 定義與形成機制

當降雨量超過土壤入滲能力後，地表開始產生逕流。若逕流仍以薄而分散的水層向下流動，便會均勻帶走地表細土，形成層狀侵蝕。

其形成過程為：

$$\text{雨滴打擊} \rightarrow \text{土粒分散} \rightarrow \text{入滲能力降低} \rightarrow \text{薄層逕流形成} \rightarrow \text{地表均勻沖刷}$$

層狀侵蝕不一定會形成肉眼可見的溝紋，卻可能造成表土逐年變薄、肥力下降及有機質流失。

2. 以 USLE 或 RUSLE 估算

坡面長期平均土壤流失量可用通用土壤流失公式 USLE：

$$A=RKLSCP$$

其中：

• $A$：年平均土壤流失量，通常以 $\mathrm{t/(ha\cdot yr)}$ 表示；
• $R$：降雨侵蝕指數；
• $K$：土壤可蝕性因子；
• $L$：坡長因子；
• $S$：坡度因子；
• $C$：覆蓋與管理因子；
• $P$：水土保持措施因子。

USLE 的估算對象主要為坡面層狀侵蝕及指狀侵蝕，因此可將其視為兩者的合計估算：

$$A_{\text{sheet+rill}}=RKLSCP$$

若採用 RUSLE，則仍維持相同基本架構，但降雨、坡長、坡度、覆蓋管理及水土保持措施因子的計算較精細。

3. 以逕流含砂量直接估算

若在坡腳或集水區出口量測逕流量與含砂濃度，瞬時輸砂率可表示為：

$$G(t)=Q(t)C_s(t)$$

其中：

• $G(t)$：瞬時輸砂率；
• $Q(t)$：逕流流量；
• $C_s(t)$：懸移砂或總含砂濃度。

整場降雨事件的輸砂量為：

$$M=\int_0^T Q(t)C_s(t)\,dt$$

換算成單位面積土壤流失量：

$$E=\frac{M}{A_c}$$

其中 $A_c$ 為集水或試驗坡面面積。

此法所得通常是測站下游的「輸砂量」，可能已扣除途中沉積，因此不必然等於坡面實際侵蝕量。

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三、指狀侵蝕（Rill erosion）

1. 定義與形成機制

指狀侵蝕是逕流由分散狀態逐漸集中後，在地表形成許多細小溝紋的侵蝕型態。其溝紋通常較淺，可由耕作或整地填平。

發展過程為：

$$\text{層狀逕流} \rightarrow \text{局部水流集中} \rightarrow \text{流速及剪應力增加} \rightarrow \text{細小溝紋形成} \rightarrow \text{溝紋向下切蝕並加深}$$

當水流剪應力超過土壤抗剪強度時，溝紋底部及側壁會持續遭受沖蝕。水流剪應力可概念化表示為：

$$\tau=\gamma RS$$

其中：

• $\tau$：水流剪應力；
• $\gamma$：水的單位重；
• $R$：水力半徑；
• $S$：水面或能量坡度。

2. 以 USLE／RUSLE 估算

在坡面尺度上，指狀侵蝕與層狀侵蝕通常合併納入 USLE 或 RUSLE：

$$A_{\text{sheet+rill}}=RKLSCP$$

核心觀念

本題考查農地防風措施的「位置」與「方向」配置原則，核心目的有二：

1. 降低風速，減少風蝕、飛砂、土壤吹失及作物機械性傷害。
2. 改變近地表風場，使風流平順通過防風設施，避免因亂流、迴流或端部效應造成局部風蝕加劇。

防風措施包括林帶、綠籬、草帶及石牆等，其防風效果主要取決於：

• 主導風向與害風風向；
• 防風設施的高度 $H$；
• 設施的透風性或孔隙率；
• 防風設施與保護區的相對位置；
• 防風帶是否連續，以及端部是否有缺口。

一般而言，防風設施應配置在害風的迎風側，並使其長軸方向大致垂直於害風風向，使風流受到最大阻擋與減速作用。

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解題方法

一、先判定主要害風風向

應依據下列資料判定防風方向：

• 當地長期風向及風速觀測資料；
• 季節性強風、季風或颱風風向；
• 農地周邊地形及海岸線方向；
• 土壤吹失、飛砂堆積及作物受害方向。

防風措施不應只依日常平均風向設置，而應優先針對「風速大、發生頻率高且危害顯著」的主要害風。

若某一方向的風為最主要害風，則防風帶的配置原則為：

$$\text{防風帶長軸方向} \perp \text{主要害風風向}$$

例如，主要害風由西向東吹，風向為東方，則防風帶應大致呈南北向，使其橫截風流。

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二、防風設施應設於迎風側

防風帶通常應設於保護對象的迎風側，也就是害風首先到達的一側。

例如：

• 東北季風由東北方吹來，農地的主要防風帶應設於農地東北側；
• 濱海農地受海風夾帶飛砂侵襲，應在臨海側先設置防風、定砂設施；
• 農地內部面積較大時，除外圍防風帶外，還應增設內部平行防風帶。

防風帶若只設在背風側，無法在風進入農地前降低風速，保護效果有限。

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三、防風帶應保持連續並延伸超出保護區

防風帶不得任意中斷，應盡量形成連續帶狀配置。道路、溝渠或田埂與防風帶交會處，應避免形成明顯缺口，以免風流集中通過而產生「風口效應」。

防風帶兩端宜：

• 延伸至保護區邊界之外；
• 與其他防風帶銜接；
• 採端部交錯、彎折或封閉配置。

若防風帶只設在保護區寬度內，風流容易由兩端繞入，形成端部亂流，使兩端附近的農地仍遭受較強風害。

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四、依防風帶高度決定間距

防風效果會隨距離增加而逐漸減弱，通常以防風設施高度 $H$ 作為配置間距的尺度。

一般原則如下：

• 防風帶背風側的有效保護距離約為 $10H$ 至 $20H$；
• 迎風側亦有部分減風效果，但距離通常較短；
• 農地寬度超過單一防風帶的有效保護範圍時，應設置多列平行防風帶；
• 防風帶間距不宜過大，避免保護區中段風速重新恢復。

因此，防風帶間距可依下式作概念性估算：

$$L \leq kH$$

其中：

• $L$：相鄰防風帶間距；
• $H$：防風帶高度；
• $k$：依風況、作物、地形及防風帶透風性決定的係數，通常取有效保護距離範圍內的適當值。

防風林帶高度越高，單一防風帶可保護的範圍通常越大；但不能只追求高度，仍須考慮透風性、連續性及根系與農業作業的影響。

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五、注意透風性，避免完全密閉

防風設施並非越密越好。若林帶或綠籬過於密實，風流會在迎風側形成較強壓力，並在背風側產生迴流及亂流，導致近地表風速重新增強，甚至造成局部風蝕。

較理想的防風帶應具有適度透風性，使風流緩慢通過並逐步減速。配置上可採：

• 多列喬木、灌木混合；
• 高低層次搭配；
• 林帶下層不宜過度裸空；
• 避免僅設單列且枝葉稀疏的高大喬木；
• 避免形成完全不透風的連續高牆。

石牆的透風性通常低於林帶，若設計過高、過密，應特別注意牆後迴流、牆端加速及飛砂堆積問題。

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不同環境下的位置與方向

一、一般平坦農地

平坦農地應將防風帶配置於主要害風的迎風側，並使防風帶長軸垂直於害風方向。

核心觀念

本題考查土壤侵蝕之成因分類，以及「針對成因採取控制措施」的配合能力。土壤侵蝕是土粒受雨滴打擊、逕流、風力或其他外力作用而發生剝離、搬運及堆積的過程；水土保持的目的，在於減少土粒剝離、降低逕流沖蝕能量、攔截輸砂並促進植生恢復。

以水蝕為例，可用通用土壤流失公式說明各因素：

$$A=R K L S C P$$

其中：

• $A$：平均土壤流失量。
• $R$：降雨沖蝕力。
• $K$：土壤沖蝕性。
• $LS$：坡長及坡度因子。
• $C$：覆蓋與管理因子。
• $P$：水土保持處理因子。

自然因子主要影響 $R$、$K$ 及 $LS$；人為活動則多半改變植被覆蓋、土地利用及水土保持處理，反映於 $C$、$P$，並可能進一步改變坡面逕流與坡地穩定性。

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解題方法

答題宜採「自然因子—侵蝕作用—控制方法」及「人為因子—破壞機制—改善措施」的對照方式，避免只列舉原因而未回答控制方法。自然因子無法消除，重點在於順應自然條件、降低其侵蝕作用；人為因子則應從源頭避免不當開發，並配合工程、植生及管理措施。

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一、土壤侵蝕的自然因子及控制方法

1. 降雨強度、降雨量及降雨型態

侵蝕作用

降雨是水蝕的直接動力。短延時、高強度降雨會使雨滴動能增加，造成土粒飛濺與表土剝離；當降雨強度超過土壤入滲能力時，便形成地表逕流，進一步發生片蝕、細溝侵蝕及蝕溝侵蝕。

連續降雨會使土壤含水量增加、孔隙水壓上升，降低土壤抗剪強度，並提高坡面崩塌及沖蝕風險。

控制方法

• 以植被冠層、枯落物及覆蓋物吸收雨滴動能。
• 採用稻草、木片、植生蓆、土工織物等覆蓋裸露地表。
• 施行等高耕作、等高畦、梯田及階段排水，縮短坡面逕流流程。
• 設置截水溝、導水溝及排水系統，將逕流安全導排。
• 於坡腳或排水出口設置沉砂池、滯洪池、消能工及固床工，降低流速並攔截泥砂。
• 在高強度降雨地區提高排水及攔砂設施的設計安全標準，並定期清淤維護。

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2. 土壤性質與土壤沖蝕性

侵蝕作用

土壤質地、結構、團粒穩定性、滲透性、有機質含量及土層厚度，均會影響土壤抗蝕能力。

• 砂粒較易被風力搬運。
• 粉砂粒徑土壤通常較易受雨滴及逕流剝離。
• 黏土雖具有較高黏結性，但若遇強降雨產生結皮，可能降低入滲、增加逕流。
• 有機質不足、團粒結構差的土壤，抗沖蝕能力較弱。
• 土層淺薄或風化強烈的地區，土壤涵養能力較差，侵蝕後不易恢復。

控制方法

• 增加有機質施用，利用堆肥、綠肥及作物殘體改善土壤結構。
• 採用覆蓋作物、輪作及免耕或少耕，維持土壤團粒結構。
• 避免過度翻耕及長期裸地，以減少土粒鬆動。
• 對砂質土壤採用地表覆蓋、植生固土及防風設施。
• 對易形成結皮的土壤，增加有機質及植被覆蓋，並避免強烈擾動。
• 於深厚鬆散土層或高沖蝕性土壤地區，配合坡面整治、排水及分段攔砂措施。

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3. 地形、坡度及坡長

侵蝕作用

坡度越大，逕流流速及沖蝕能力通常越強；坡長越長，逕流累積量越大，坡面下段的沖蝕作用也越明顯。因此長而陡的坡面，通常具有較高的土壤流失量。

坡面若具有凹形地形，逕流容易集中；若排水路徑集中於天然低窪處，則容易形成細溝及蝕溝。

控制方法

• 採用等高耕作及等高種植，使耕作方向與坡面逕流方向垂直。
• 施作梯田、坡地階段、水平溝及等高撚溝，將長坡切割為多個短坡段。
• 於坡面設置分段截水及導排水設施，避免逕流長距離集中下沖。
• 在陡坡及高危險坡面優先採用植生護坡、打樁編柵、框格護坡或其他穩定措施。
• 於坡腳、溝頭及溝道設置駁坎、固床工、跌水工及攔砂壩，控制沖蝕源頭與泥砂輸移。
• 工程配置應順應地形，避免將排水集中排入未保護的裸露坡面。

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4. 植被覆蓋與自然地表狀況

侵蝕作用

自然森林、草地及枯落物可攔截降雨、增加入滲、降低逕流流速，並以根系固結土壤。植被稀疏、地表裸露或天然覆蓋不足時，土壤直接承受雨滴打擊，侵蝕量即會增加。

植被覆蓋雖屬自然條件，但會受到季節、乾旱、病蟲害及自然火災影響，形成暫時性裸地。

控制方法

• 保留天然林相、草生地及枯落物層，避免不必要的地表擾動。
• 進行封山育林、天然更新及補植造林。
• 依地區環境選用適生、根系發達且覆蓋迅速的草本或木本植物。
• 採用植生帶、草溝、草階及等高植生帶，降低坡面逕流速度。
• 對施工裸地及植被恢復初期，使用覆蓋物、植生蓆及臨時排水設施。
• 火災或災害後立即進行裸地保護、坡面排水及緊急植生，避免次生沖蝕。

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5. 風力、乾旱及其他自然作用

侵蝕作用

乾燥、少雨且植被稀疏時，表土容易鬆散，強風可造成風蝕，並將細粒土壤吹離。地震、崩塌、洪水及河流側向侵蝕，則可能大量提供裸露土砂，形成後續水蝕的土砂來源。

控制方法

• 設置防風林帶、防風網及障礙物，降低近地表風速。
• 維持地表粗糙度及植被覆蓋，避免土壤過度乾燥裸露。
• 以覆蓋物、殘株及保護性耕作固定表土。
• 對崩塌地及洪水沖刷地，先行截水、排水及土砂攔阻，再進行整坡與植生。
• 於河岸及溝岸採用護岸、蛇籠、石籠、固床工及水岸植生，控制側向沖蝕。

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二、土壤侵蝕的人為因子及控制方法

1. 濫伐、濫墾及植被破壞

侵蝕作用