113 地方特考四等 水土保持工程 集水區經營與水文學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查：

1. 單位歷線下的逕流體積與集水區面積關係。
2. $\Phi$ 入滲指數法求有效降雨。
3. 單位歷線的比例性與疊加性，利用卷積法求直接逕流歷線。

假設表中之「1 小時延時單位歷線」係指 $1$ 公分有效降雨所造成的單位歷線。

（一）集水區面積

解題方法

單位歷線下的總逕流體積，等於流量歷線下的面積。以梯形法積分：

其中：

• $\Delta t=1$ 小時 $=3600$ 秒
• 流量單位為 $\mathrm{m^3/s}$
• 單位歷線的有效降雨深度為 $1$ 公分 $=0.01$ 公尺

各時間間隔的流量積分值為：

換算逕流體積：

又因為：

所以：

換算為平方公里：

（二）直接逕流歷線

1. 求各小時有效降雨

$\Phi$ 入滲指數為 $5\ \mathrm{mm}$，各小時有效降雨為：

因此：

故有效降雨序列為：

2. 利用單位歷線疊加

原單位歷線為：

三場有效降雨分別造成：

核心觀念

集水區平均降雨量，是把各雨量站的點雨量，依其代表的面積或空間位置加權，換算為整個集水區的面平均降雨量。它是降雨逕流模擬的重要輸入；計算時須使用同一場降雨、相同時間間距的雨量資料，並確認各站資料的品質與代表性。

常用方法有算術平均法、泰森多邊形法、等雨量線法。三者依序由簡至繁：算術平均法不考慮空間位置；泰森法按各站代表面積加權；等雨量線法則直接依降雨空間分布估算。

解題方法與各法優缺點

一、算術平均法

若集水區內共有 $n$ 個雨量站，站點雨量為 $P_i$，則：

• **優點：**計算簡單、資料需求少，適合雨量站分布均勻、地形平坦且各站代表性相近的集水區。
• **缺點：**假設每個雨量站代表相同面積，未反映站點位置、站距、地形及降雨空間差異。若測站分布不均或集水區雨量變化明顯，容易產生偏差。

二、泰森多邊形法（Thiessen polygon method）

以集水區內外各雨量站的位置作為控制點，將相鄰測站連線的垂直平分線畫出，形成各站的泰森多邊形；再將多邊形與集水區邊界相交，求得各站在集水區內的代表面積 $A_i$。平均雨量為：

其中 $A$ 為集水區面積，且各站權重 $w_i=A_i/A$，因此 $\sum_i w_i=1$。

核心觀念

本題考查森林經營措施如何改變森林集水區的植被覆蓋、降雨截留、蒸散、地表逕流、土壤侵蝕與泥砂輸移。森林經營可透過增加林木生長及碳儲存提升碳匯，但水土保持效應取決於措施強度、伐採面積與空間配置、坡度、土壤、道路與作業方式，以及伐後復育情形。

森林冠層可截留部分降雨，林下植被與枯落物能減緩雨滴打擊、增加地表粗糙度並促進入滲；根系則有助於土壤穩定。伐採若大幅減少上述作用，通常會增加地表逕流、土壤沖蝕及泥砂輸出。另一方面，林木減少也會降低蒸散與截留，使土壤水分及年逕流量在短期內增加。這些水文變化不必然代表洪峰一律升高，洪峰反應仍受暴雨強度、集水區大小、土壤飽和程度及伐採位置等因素影響。

解題方法

依各項經營措施對集水區的影響，分別從四個面向說明：

1. 水文作用：冠層截留、蒸散、入滲、逕流量與洪峰反應。
2. 土壤與泥砂：雨滴侵蝕、地表沖蝕、坡地穩定及泥砂輸移。
3. 影響條件：伐採強度、面積、坡度、作業道路、集材方式與復育速度。
4. 碳匯與水土保持的協調：兼顧林木生長及碳儲存，同時維持地表覆蓋與集水區穩定。

不同森林經營措施的水土保持影響

一、森林疏伐

疏伐是選擇性移除部分林木，以降低林分密度、改善剩餘林木生長空間與生育條件。若採低強度、分區且適當控制作業動線的疏伐，通常可保留主要林冠、林下植被、枯落物及根系，對地表覆蓋與土壤穩定的破壞較小。改善林木生長也有助於林分健康與長期碳儲存。

疏伐後林冠截留及蒸散會減少，抵達地表的降雨與土壤水分可能增加，短期內逕流量亦可能上升。若疏伐過度、林下植被遭清除，或機具反覆行駛造成土壤壓實、裸露及排水集中，則會降低入滲、增加地表逕流與沖蝕，並提高泥砂輸出。因此，疏伐的水土保持效果主要取決於強度及作業管理，不能只看「疏伐」名稱判定。

二、皆伐

皆伐是在一定範圍內移除主要林木。伐後冠層截留與蒸散大幅降低，地表接收降雨增加，土壤水分與年逕流量通常有增加趨勢；植被恢復前，林地受到雨滴打擊及逕流沖刷的保護也會減弱。

核心觀念

水庫集水區經營，是在集水區範圍內，依據水文、地形、地質、土壤、植生與土地利用條件，整合規劃土地及水資源，降低泥砂與污染物入庫，維持水庫供水與蓄水功能，並兼顧水土保持、生態及居民安全。

本題重點是說明兩件事：

1. 經營目的：為什麼要治理水庫集水區。
2. 經營對策：如何透過工程、植生、土地利用管理及監測維護，達成上述目的。

本題屬集水區治理原則題，並非特定法條適用題；相關法規與計畫應配合水土保持法、水利法及水庫集水區相關治理計畫辦理。涉及法規時，以命題當年（民國 113 年）法規為準。

解題方法

可依「水量、水質、泥砂、環境與安全」五個面向整理經營目的，再用「工程治理、植生復育、土地利用管理、污染防治、監測維護」說明對策。答題時須讓每一項對策都能對應其目的，例如以坡地治理減少崩塌與土砂入庫，以污水及污染源管理維護水質。

經營目的

1. 維持水庫蓄水及供水功能 減少泥砂淤積，維持有效庫容，並提升集水區涵養水源、調節逕流的能力，以穩定供水。

2. 改善水質、降低污染風險 管理生活污水、畜牧廢水、農業施肥與用藥，以及事業污染等來源，減少營養鹽、懸浮固體及其他污染物進入水庫。

3. 減少崩塌、沖蝕與土砂入庫 降低坡面沖蝕、河岸侵蝕及崩塌發生，控制土砂輸送，延緩水庫淤積。

4. 降低洪水與土砂災害風險 改善集水區排水與河道通洪條件，減少豪雨期間洪水、土石流及坡地災害對居民與設施的威脅。

5. 維護生態與土地資源 保護森林、河川及棲地，促進植生復育與土地合理利用，使水庫供水、防災、生態保育與地方發展得以協調。

經營對策

1. 坡地及崩塌地治理 調查崩塌地、裸露地與高沖蝕區，依地形地質條件採取適當措施，如坡面排水、土壤穩定、截排水設施及植生復育。治理時須先處理排水與坡面穩定，再配合植生，避免僅以構造物處理而忽略後續維護。