111 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

本題旨在測驗考生對於山坡地農業整坡之法規申請程序、地形擾動適宜性評估，以及工程與農藝水土保持因應措施之整合分析能力。涉及的核心法源、規範與專業學理如下（以命題當年民國 111 年法規為準）：

1. 法源依據：

• 《水土保持法》第 12 條第 1 項第 1 款（農、林、漁、牧地之開發利用所需之修築農路或整坡作業）。
• 《水土保持計畫審核監督辦法》（民國 111 年版）第 3 條：從事農業使用之整坡作業，開挖整地面積未滿 2 公頃者，得以「簡易水土保持申報書」代替水土保持計畫。

2. 技術規範與學理原則：

• 《水土保持技術規範》之坡地農地水土保持及整坡作業規定：農業整坡應順應自然地形、盡量減少土石方挖填、分期分區施工、避免全區全面裸露，並嚴格實施表土保育（表土剝離回鋪）。
• 土壤沖蝕原理：通用土壤流失公式（USLE）中，坡長與坡度因子（$LS$）、覆蓋與管理因子（$C$）對沖蝕量影響極大。全區開挖會導致 $C$ 因子劇增至近乎 1.0，若未加控制，降雨動能將引發災難性之面蝕與細溝沖蝕。

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解題方法

本題為申論題，答題架構應分為三大主軸推進：

1. 適法性與程序檢討：以面積 $1.95\text{ ha}$ 檢核是否符合簡易水土保持申報書資格，並說明法規程序的實質審查考量。
2. 適宜性論述（問題診斷）：分別針對「全區全面開挖」與「挖填深度達 $0.5\text{ m}$」兩項設計，從土壤物理性、表土肥力、水文逕流與邊坡穩定切入，論證其在水土保持上的極不適宜性。
3. 因應之水土保持處理與維護（對策提出）：依「規劃配置調整」、「施工中暫時性水土保持」及「完工後永久性水保與農藝維護」三階段提出具體解方。

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申論要點剖析（針對題目情境逐項分析）

一、適宜性論述

1. 法規程序層面（面積 $1.95\text{ ha}$ 之意涵）：

• 申請面積為 $1.95\text{ ha}$，形式上未滿 $2\text{ ha}$，依當時《水土保持計畫審核監督辦法》第 3 條規定，符合以「簡易水土保持申報書」送審之規模門檻。
• 然而，$1.95\text{ ha}$ 極度逼近 $2\text{ ha}$ 上限，若全區挖填深度均達 $0.5\text{ m}$，總土石方擾動量極大（概算挖填方規模可達數千立方公尺），實質環境衝擊不亞於一般水土保持計畫案件，主管機關得要求其檢附更嚴謹之安全評估。

2. 開挖範圍層面（「全區」開挖之不適宜性）：

• 沖蝕災害風險劇增：山坡地農地開發嚴忌「全區同時大規模裸露」。全區 $1.95\text{ ha}$（$19,500\text{ m}^2$）若同時開挖，將完全破壞地表植生遮蔽與天然粗糙度，地表入滲率驟降、降雨逕流集流時間大幅縮短，遇雨極易引發大面積面蝕、細溝侵蝕，甚至引發下游泥砂淤積與洪患。
• 違反分期分區原則：坡地農業整坡作業原則上應採「分期分區、微地形調整」，全面翻攪整地嚴重背離水土保持生態工法與安全準則。

3. 挖填深度層面（挖填深達 $0.5\text{ m}$ 之不適宜性）：

• 破壞肥沃表土層：一般山坡地利於農作物根系生長、富含有機質之表土層厚度通常僅約 $15 \sim 30\text{ cm}$。若直接進行深達 $0.5\text{ m}$（$50\text{ cm}$）之挖填，會將貧瘠、酸性或石礫含量高之底土（B層）乃至母質層（C層）翻攪至地表，並將肥沃表土深埋或混雜流失，造成土地農業生產力永久性劣化。
• 鬆散填土邊坡穩定性差：深度達 $0.5\text{ m}$ 之填方若未經分層夯實，在降雨飽水後土壤剪力強度驟降，極易產生表層滑動或邊坡崩塌。

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二、相關水土保持處理與維護之因應措施

針對上述不適宜處，應採取下列工程、農藝與管理因應方案：

核心觀念

本題旨在測驗考生對於土壤沖蝕物理機制、通用土壤流失公式（USLE）影響因子，以及山坡地整地工程與水土保持實務處置的整合論述能力。核心考點包含：

1. 通用土壤流失公式（USLE）因子解析： $A = R \times K \times L \times S \times C \times P$

• 降雨沖蝕因子（$R$ 因子）：由降雨動能與 30 分鐘最大降雨強度乘積（$EI_{30}$）決定，代表降雨的沖蝕能量與雨滴擊濺破壞力。
• 土壤沖蝕因子（$K$ 因子）：受土壤質地（粗砂、粉土、黏土比例）、有機質含量、土壤結構及透水性影響，代表土壤本身的抗蝕阻力。

2. 宜林地特性與開挖破壞衝擊：依《山坡地保育利用條例》土地可利用限度分類，宜林地（五級地或六級地）通常具備坡度陡峭、土層淺薄、透水或凝聚力差異大等特徵。開挖闢建平台使植生覆蓋消失（$C \to 1.0$）、表土結構受損（$K$ 增加）、挖填邊坡坡度加劇（$S$ 提高），大幅提高土壤流失潛勢。
3. 土壤沖蝕歷程與型態：地表水蝕從微觀至宏觀的演變階段（飛濺沖蝕 $\to$ 面蝕 $\to$ 細溝沖蝕 $\to$ 蝕溝沖蝕），以及伴隨邊坡失穩引發之重力侵蝕（崩塌、地滑）。
4. 法規基準：本題涉及邊坡開挖、水土保持設施配置，以命題當年（民國 111 年）之《水土保持技術規範》及《山坡地保育利用條例》規定為準。

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解題方法

本題為典型的因果論述型申論題，答題結構應採取**「因子影響機制 $\to$ 沖蝕型態演變 $\to$ 防護處理對策」**三段式邏輯切入：

1. 降雨與土壤因子之交互作用：先說明降雨特性（動能、雨強、逕流）與土壤本質（結構、滲透、凝聚力）在邊坡開挖下的變化機制。
2. 沖蝕型態循序論述：按水蝕演變時序（雨滴打擊至逕流集中）及力學平衡破壞，分別論述「水力沖蝕型態」與「重力沖蝕型態」。
3. 水土保持處理雙軌並行：區分「施工中臨時性防災措施」與「完工後永久性水土保持工程」，並兼顧工程與植生方法，具體對應降雨阻絕、逕流排引與土壤保護。

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選項分析

本題為申論題，無選項設計。答題時切忌僅列舉工程名稱而忽略與題幹「降雨」、「土壤」因子之連結，各評分構面重點如下：

• 降雨因子面向：須明確指出雨滴動能擊散土粒，以及降雨強度大於入滲率產生超滲地表逕流。
• 土壤因子面向：須論述開挖使未風化、低有機質之母質或心土裸露，土團結構遭擾動破壞，抗蝕力急降。
• 沖蝕型態面向：須涵蓋飛濺、片蝕、細溝、蝕溝，並納入整地邊坡因雨水入滲軟化產生的滑動崩塌。
• 防護處理面向：須具備排水系統（導流）、坡面保護（抗剪及覆蓋）、泥砂阻截（沉砂）三大維度。

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解題技巧

1. 破題引用 USLE 架構：用 $A = R \times K \times LS \times C \times P$ 作為引言，能迅速展現水土保持工程的專業理論基礎。
2. 型態歸納「由點到面、由淺入深」：依照「飛濺沖蝕 $\to$ 面蝕（片蝕） $\to$ 細溝沖蝕 $\to$ 蝕溝沖蝕 $\to$ 重力沖蝕（崩坍）」順序撰寫，條理分明。
3. 對策採取「時序與功能分類法」：防護措施按「臨時措施（施工期）」與「永久措施（完工期）」論述；亦可按「排水系統、坡面工、植生工」分點，切中閱卷評分點。

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【答案】

一、 降雨與土壤之沖蝕影響因子機制分析

1. 降雨影響因子（沖蝕動能）：

• 雨滴動能與擊濺作用：降雨雨滴降落之終端速度產生巨大打擊動能（即 USLE 中之 $R$ 因子，$EI_{30}$），破壞表土之團粒結構，使土壤微粒剝離分散並阻塞孔隙。
• 降雨強度與逕流生成：當降雨強度超過土壤入滲容量時，地表產生超滲逕流（Horton 逕流），逕流流速與流量隨斜坡匯聚遞增，具備強大之水力剪切力與泥砂搬運力。

核心觀念

本題的核心在於將土壤沖蝕力學機制（逕流沖蝕過程）與坡面暫時性水土保持敷蓋工法進行鏈結評析。主要涉及以下理論與規範定義：

1. 逕流沖蝕四階段歷程：

• 雨滴擊濺沖蝕（Splash Erosion）：雨滴終端落下動能（$E_k = \frac{1}{2}mv^2$）擊碎土壤表層團粒，造成微細孔隙堵塞（土壤結皮效應，Soil Crusting），大幅降低土壤入滲率（Infiltration Capacity）。
• 薄層漫流／面蝕（Sheet Erosion）：當降雨強度超過入滲率（超滲透逕流，Hortonian Overland Flow），表水以均勻薄層流動，流動水膜剪應力帶走分散土粒。
• 細溝沖蝕（Rill Erosion）：微地形使薄層逕流匯聚，水流剪應力（$\tau = \gamma R S$）超過土壤臨界抗剪強度（$\tau_c$），下切形成平行之微小水路。
• 蝕溝沖蝕（Gully Erosion）：細溝進一步擴大、溯源侵蝕與側壁崩塌，形成具顯著斷面之永久性溝壑。

2. 水土保持敷蓋防護原理： 依據水土保持技術原理及命題當年（民國 111 年）之《水土保持技術規範》，坡面敷蓋旨在「吸收雨滴打擊能量」、「延緩地表漫流」、「減低逕流流速」及「保護地表土壤抗剪能力」。
3. 違規開挖裸露地之工程特性： 違規整地常伴隨坡度過陡、表土鬆散、缺乏截排水設施、未經壓實等高敏感特徵，抗蝕能力極差。

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解題方法

本題為申論題，答題邏輯應採取**「系統性階段對照法」**切入：

1. 破題定性：明確界定遮蔭網（聚乙烯 PE 編織黑網）之物理材料特性（具孔隙、質輕、抗拉但非剛性、高遮光率）。
2. 循序論證（依逕流沖蝕各階段探討）：

• 階段一（雨滴擊濺）：論述其具備之正向消能防護效能。
• 階段二（薄層面蝕）：論述其藉由提高表面糙度帶來的有限防護效能。
• 階段三與四（細溝與蝕溝）：論述其在集中逕流下的失效機制與潛在負面效應。

3. 工程綜合評析：指出黑網應用於違規裸露坡面的深層穩定性缺陷、網下掏刷盲區，以及對後續植物演替的抑制，給出明確、肯定的工程定論與正確改善配套。

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選項分析（申論重點論述分析）

本題為申論題，無選擇題選項；依題意將遮蔭網於各沖蝕歷程之效能分析如下：

1. 防護雨滴擊濺沖蝕階段（具顯著正向效能）：

• 機制：黑網具備網目編織結構，能攔截降雨，將高動能之大雨滴破碎化為低動能之微細水珠或水膜，有效削弱雨滴打擊地表之動能。
• 效能：防止表層土壤團粒分散，減輕細泥填塞孔隙所造成的「土壤結皮」，有助於維持地表初期的入滲速率，直接抑制擊濺沖蝕。

2. 防護薄層面蝕階段（具短期、微弱防護效能）：

• 機制：若黑網緊貼坡面，網格結構可增加地表曼寧糙度係數（Manning's $n$）。依曼寧公式： $V = \frac{1}{n} R^{2/3} S^{1/2}$ 糙度增加可稍微降低漫流流速 $V$，進而降低逕流剪應力 $\tau = \gamma R S$（$\gamma$ 為水單位重，$R$ 為水力半徑，$S$ 為坡降）。
• 效能：在低降雨強度或短延時降雨時，可略微延緩逕流集流時間並減少漫流沖刷量。

3. 防護細溝與蝕溝沖蝕階段（防護效能嚴重匱乏且易失效）：

• 機制：違規開挖坡面多無妥善之坡頂截水溝與坡面排水系統。當降雨持續，逕流迅速匯聚成股，水流能量與剪應力劇增（$\tau > \tau_c$）。
• 失效主因：
• 網底掏刷（Under-net Erosion）：黑網若未以足夠密度之錨釘（如 U 型釘）緊密釘固，或搭接長度不足，集中逕流將直接鑽入網底沖刷鬆散土壤，形成網下細溝。
• 懸空與喪失貼地性：土體被掏空後黑網呈現局部懸空，完全失去阻水消能功用，並演化為嚴重之蝕溝沖蝕。

4. 邊坡整體穩定性與植生復育（無防護力且具負面影響）：

• 地工抗剪不足：黑網非高抗拉之地工格網（Geogrid），無法提供土壤加勁作用；雨水大量滲透後使回填土飽和、孔隙水壓上升，容易誘發淺層順向坡滑動。
• 阻礙植物萌芽：高遮光率（通常達 $50\% \sim 80\%$）大幅阻斷陽光，抑制天然種子庫萌芽與植物根系生長，無法達到藉植物根系固土之長效水土保持目標。

核心觀念

本題旨在測驗考生對於土壤水蝕發生的微觀力學歷程，以及水土保持農藝/植生工法中**「覆蓋（Vegetative Cover）」與「敷蓋（Mulching）」**防蝕機理的系統性整合能力。

1. 水蝕動力學三歷程：

• 脫離（Detachment）：雨滴打擊地表破壞土壤團粒，以及逕流剪應力使土粒脫離土壤本體。
• 搬運（Transportation）：飛濺土粒受衝擊位移，以及坡面漫地薄層流（Sheet flow）與細溝流（Rill flow）順坡運移泥砂。
• 堆積（Deposition）：當逕流水流能量降低，其搬運力小於泥砂重力沉降所需臨界條件時，土粒停滯沉降。

2. 水土保持處理單元定義（以命題當年民國 111 年版《水土保持技術規範》為準）：

• 覆蓋（Cover）：指利用多年生或一年生密植植物（如草本、地被、被覆作物）生長於坡面，形成密緻的活體植生保護層。
• 敷蓋（Mulching）：指利用殘株、稻草、木屑、碎石、防蝕毯（草毯）、地工織布等「非活體材料」，均勻鋪設於裸露土壤表面之被覆處理。

3. 相關水力學與水文學理論：

• 曼寧公式（Manning's Formula）：$V = \frac{1}{n} R^{2/3} S^{1/2}$（$n$ 為糙率，$V$ 為流速）。
• 逕流水流剪應力公式：$\tau = \gamma R S$（$\tau$ 為剪應力，$\gamma$ 為水單位重，$R$ 為水力半徑，$S$ 為水力坡降）。
• 通用土壤流失公式（USLE）：$A = R \cdot K \cdot L \cdot S \cdot C \cdot P$（其中覆蓋與敷蓋直接降低植生覆蓋管理因子 $C$）。

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解題方法

本題屬於因果機理申論題，解題切入點應採「矩陣對照法」——將水蝕歷程之「脫離、搬運、堆積」三階段，分別對應「覆蓋」與「敷蓋」的物理阻隔、水文調蓄與水力削能機制，避免漫無邊際地條列工法名稱。

作答骨架如下：

1. 名詞界定：簡明區分「覆蓋」（活體植被）與「敷蓋」（死體材料敷設）之本質差異。
2. 對應水蝕歷程論述防護機制：

• 脫離階段防護：消散雨滴擊濺動能、避免表面孔隙堵塞與結皮（Crusting）。
• 搬運階段防護：增大曼寧糙率 $n$ 降低流速、減少逕流剪應力、促進就地入滲並分散集中流。
• 堆積階段促進：阻隔過濾（Filtering）泥砂、提供微局部滯洪窪蓄（Micro-depression storage）。

3. 統整綜效：簡述其在通用土壤流失公式（USLE）中調降 $C$ 值之實務工程意義。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題，無選項分析。考生作答時須以嚴謹的分標、分項條列呈現，段落層次需具備邏輯因果關係。

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解題技巧

1. 閱卷給分關鍵字：作答必須精準出現「雨滴動能截留」、「表面結皮（Soil Crusting）」、「土粒脫離」、「曼寧糙率係數 $n$」、「水力剪應力 $\tau$」、「水入滲容量（Infiltration Capacity）」、「細溝網形成」。
2. 易犯陷阱：

• 混淆「覆蓋」與「敷蓋」：不可當作同義詞混寫，必須明確指出覆蓋為「活體植被」、敷蓋為「無生命資材覆設」。
• 漏寫「水蝕過程」：題目明定「由水蝕發生過程申論」，若未扣合「脫離、搬運、堆積」三大動力步驟，論述將流於空泛而失分。

3. 版面配置秘訣：採用大標題（水蝕過程階段）搭配子標題（覆蓋與敷蓋具體作用），並加入水力學公式輔助佐證，展現專業答題深度。

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【答案】