112 地方特考四等 水土保持工程類科 集水區經營與水文學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查土壤侵蝕對水質的影響，以及水土保持措施如何從源頭減少泥砂與污染物進入河川。土壤侵蝕是地表土壤受雨滴打擊、逕流或風力剝離並搬運的過程；侵蝕土粒進入水體後形成懸浮泥砂與沉積物，也會攜帶附著其上的營養鹽、農藥及其他污染物。

土壤侵蝕對水質的影響

1. 增加濁度、降低透明度：細粒土壤懸浮於水中，使水體混濁、透光量下降，影響水生植物行光合作用，也降低水域景觀品質。
2. 增加懸浮固體與淤積：泥砂沉降後會淤積河道、水庫及灌溉渠道，縮減蓄水與通洪空間；細泥亦可能覆蓋河床棲地、魚卵及底棲生物。
3. 輸送營養鹽與污染物：磷常吸附於土粒表面，氮、農藥及部分重金屬也可能隨泥砂或逕流進入水體，促進藻類生長，甚至造成優養化或毒性影響。
4. 改變水體物理與化學條件：泥砂及有機物分解會增加水體處理負荷，並可能提高耗氧量；逕流帶入的細粒及污染物亦可能使水質波動加劇。

解題方法與水土保持措施

答題可依「減少土壤剝離、減少逕流搬運、攔截輸砂、妥善處理沉積物」的順序說明，呈現從集水區源頭到水體邊界的防治架構。

核心觀念

水庫水面蒸發是水分由液態轉為水氣、再傳輸至大氣的過程。其蒸發量主要受兩類條件控制：

1. 供能條件：水面取得的熱能愈多，愈能提供水分汽化所需的能量。
2. 水氣傳輸條件：水面與上方空氣的水氣差愈大、空氣移除水氣的能力愈強，蒸發愈旺盛。

以水面蒸發的能量平衡概念表示，可寫為：

其中，$R_n$ 為淨輻射，$LE$ 為蒸發所消耗的潛熱，$H$ 為顯熱通量，$G$ 為水體蓄熱或傳導熱量。此式說明蒸發不只取決於氣溫，也受輻射與水體熱量交換影響。

解題方法

本題要列舉影響水庫水面蒸發的主要因素，可從「能量供應、水氣差、空氣交換、水體特性」四個面向作答：

• 太陽輻射與淨輻射：短波太陽輻射及長波輻射共同決定水面可利用的能量，是蒸發的重要來源；日照時間、雲量及季節均會影響輻射量。
• 氣溫與水溫：水溫愈高，水面飽和水氣壓通常愈高，水面與上方空氣間的水氣壓差增大，蒸發通常增加。水庫水體蓄熱量大，水溫變化有時會落後於氣溫變化。
• 相對濕度或水氣壓差：上方空氣愈乾燥，水面與空氣間的水氣壓差愈大，蒸發愈強；

核心觀念

合理化公式法是估算小型集水區尖峰逕流量的簡易方法，基本假設為：當降雨延續時間達到集流時間時，集水區全區均參與逕流，且降雨強度在空間與時間上均勻。尖峰流量公式為：

採公制單位時，若 $i$ 以 $\mathrm{mm/hr}$、$A$ 以 $\mathrm{km^2}$ 表示，則須換算為：

其中 $Q_p$ 為尖峰逕流量，$C$ 為逕流係數，$i$ 為延時等於集流時間、且採設計重現期的平均降雨強度，$A$ 為集水區面積。此題重點是掌握公式背後的假設，並據此說明其適用性與限制。

解題方法

回答時可從「計算簡便、資料需求較少」說明優點，再從「假設簡化、只能估算尖峰量」說明缺點。合理化公式的適用性取決於集水區是否夠小、降雨是否近似均勻，以及逕流係數與集流時間是否能合理選定。

優點

1. 公式簡單、計算迅速：只需集水區面積、逕流係數與設計降雨強度，即可估算尖峰流量，適合初步規劃與設計。
2. 資料需求較少：不必建立完整的降雨逕流歷線，也不需大量連續水文觀測資料；在資料有限的中小型集水區仍可使用。
3. 設計概念清楚：以集流時間配合降雨強度，反映降雨歷時足以使全區逕流匯集至出口時的尖峰流量，可作為排水設施容量估算的依據。
4. 便於比較方案：可透過調整土地利用所對應的逕流係數，快速比較不同開發或改善方案的尖峰流量變化。

缺點

核心觀念

本題考查集水區內「降雨逕流—土砂生產—土砂輸送」的連續作用，以及土砂生產如何改變逕流。土砂生產是坡面或河岸上的土體、岩屑受雨滴打擊、地表沖蝕、崩塌或溪岸侵蝕而脫離原位置的過程；土砂輸送則是已脫離的土砂隨地表逕流或河川水流移動。

分析時可從兩個面向作答：先說明土砂生產受哪些自然與人為因素控制，再說明土砂進入水流後如何影響逕流量、流速及洪峰特性。

解題方法

依「土砂來源與產生條件」整理主要因素，再沿著「土砂進入水流—改變水流阻力及河道條件—影響逕流反應」說明其作用。答題時須區分逕流的水量與水文歷線特性：土砂通常不會直接增加降雨形成的水量，但會透過坡面與河道條件改變逕流形成及洪水傳遞。

土砂生產的主要影響因素

1. 降雨特性：降雨強度、延時、總雨量及雨滴動能會影響土體受侵蝕程度。強降雨易超過土壤入滲能力，形成地表逕流；雨滴打擊也會使土粒分離，增加坡面土砂供給。前期降雨使土壤含水量升高時，坡面抗剪強度降低，崩塌及土砂沖蝕較易發生。

2. 地形與坡面條件：坡度、坡長、坡形、坡向及集水區地形會影響逕流匯集與流速。一般而言，坡度較陡、坡長較長時，水流侵蝕與搬運能力較強；凹形坡、溝谷及坡腳等地形則容易匯集逕流並形成局部沖刷。

3. 地質、土壤與風化程度：岩性、土壤粒徑、土層厚度、透水性、黏聚力及風化程度，會影響土體抗侵蝕能力與崩塌潛勢。鬆散、深厚或高度風化的材料較容易被雨水沖蝕或因飽和而失穩。

4. 植生與地表覆蓋：植生的截留與減少雨滴直接打擊作用，可降低坡面侵蝕；根系能增加土體束縛與穩定性。裸露地、植生稀疏或覆蓋層遭破壞的區域，土砂生產通常較多。

5. 地質災害與河道作用：山崩、地滑、土石流及溪岸崩塌會提供大量土砂；河道水流沖刷河床與兩岸，也會使既有材料脫離，成為新的土砂來源。地震或長期風化可先削弱坡體，再由降雨觸發崩塌。