114 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

集水區整治率（complete ratio）是量化評估集水區治理成效的指標。其基本概念為：現階段已完成的治理工作規模，占達成治理計畫目標所需總治理工作規模的比例。整治率愈高，表示相較於規劃前的問題狀態，集水區愈接近設定的合理治理目標。

集水區治理涵蓋河道治理、土砂控制及坡地保育，因此常依問題屬性分析為三類：

1. 土砂生產整治率：評估治理措施對土砂生產量的改善程度。
2. 洪峰流量整治率：評估集水區水流或洪峰流量的改善程度。
3. 環境保育整治率：以裸露地面積等指標，評估坡地環境改善程度。

解題方法

計算整治率時，先選定能代表治理問題的量化指標，再比較「治理前」、「現況」與「合理目標」三種狀態。各類整治率的基本式為：

其中，$X$ 為治理前指標值，$Y$ 為現況指標值，$Z$ 為規劃所設定的合理目標值。分母 $X-Z$ 表示從治理前狀態改善到目標所需的總改善量；分子 $X-Y$ 表示截至現況已完成的改善量。因此，整治率就是「已改善量 ÷ 目標所需改善量」。

1. 土砂生產整治率

$S_{so}$ 為治理規劃前土砂生產量，$S_s$ 為現況土砂生產量，$S_{sp}$ 為規劃設定的合理土砂生產量或排放量。此指標反映坡面與河溪治理後，土砂生產或輸出的改善程度。

2. 洪峰流量整治率

核心觀念

本題考查如何把低衝擊開發（Low Impact Development, LID）融入坡地沉砂設施的整體規劃設計。LID 是透過土地規劃與工程設計，採取分散、小規模的雨水管理方式，盡量保留開發前的自然水文特性，達到減少逕流、增加入滲、改善水質與降低開發衝擊的目標。

坡地沉砂設施的主要功能是攔截、沉積開發或坡面產生的泥砂，減少土石下移。納入 LID 時，應把沉砂池視為整體雨水與泥砂管理系統的一環，從源頭減少沖蝕與逕流、沿途分散滯留及入滲，最後再由沉砂設施處理剩餘泥砂與逕流。

以命題當年（民國 114 年）法規為準，《水土保持技術規範》第 91 至 93 條規定沉砂設施的功能、泥砂生產量估算及設計原則；第 95 條規定滯洪設施設計時得將土地利用、建蔽率及鋪面情形等納入檢算，調整酌減滯洪量。LID 可作為規劃與設計思維，但不得因此降低沉砂、滯洪及排水設施應有的安全功能。

解題方法

作答可依「源頭減量、分散處理、設施整合、容量安全、維護管理」五個面向說明，並依坡地開發由上游至下游的水流路徑安排設施。

1. 先做基地與集水區調查 調查地形、坡度、地質、土壤入滲能力、地下水位、既有植生、集水範圍及排水出口。據此劃分小集水區，辨識易沖蝕坡面、裸露地及逕流集中路徑，避免將全區逕流直接集中導入單一沉砂池。

2. 源頭控制，減少產砂與逕流 配合開發配置保留既有植生、林地及自然排水路，縮小裸露地與不透水鋪面；施工採分區、分期開挖，並及時覆蓋或植生復舊。道路、停車空間及步道可採透水或半透水鋪面；建築屋頂雨水可收集利用，以降低直接排出的雨水量。

3. 沿坡分散、滯留與入滲 在符合地質與邊坡安全條件下，設置植生溝、滲透溝、生態滯留設施、雨水花園或小型分散滯留空間，讓逕流在進入沉砂池前先減速、暫存、入滲及過濾。

核心觀念

整流工程是為了導引水流，並防止溪床與河岸發生縱向或橫向侵蝕；可視治理目的，將護岸、堤防、固床工、跌水工、丁壩及溪床保護工等單獨或組合使用。配置時須先判斷主要破壞型態：溪床下切、流速過大，或水流直衝岸坡，再選擇能控制該問題的工法。

以命題當年（民國 114 年）法規為準，《水土保持技術規範》第 111 條定義整流工程；第 112 條規定縱斷面原則上採原溪床坡度與其二分之一坡降間的坡度，水流超過容許流速時須保護溪底，但不得全面封底。第 110 條之 1 說明固床工可與堤防或護岸共構，連續設置成系列固床工，以擴大溪床保護範圍。

解題方法

依題目指定的三種目的作答，逐一說明「工法怎麼組合」及「適用何種現地條件」。答題時要交代工程作用的位置與水流效果：護床著重控制河床高程與下切；消能著重降低流速及沖刷力；挑流護岸則以改變流向、避免水流直接衝擊岸坡為主。

作答說明

一、護床目的

**組合方式：**以固床工或跌水工作為橫向控制構造物，穩定溪床高程；於構造物上下游銜接護坦、塊石或其他溪床保護工，並與兩岸護岸基腳銜接。溪床坡度較長、沖刷範圍較大時，可採系列固床工，並配合護岸或堤防共構，形成連續保護。

**適用範圍：**適用於河床下切、縱向沖刷明顯，或局部落差使構造物上下游容易發生沖刷的溪段；水流超過溪床材料的容許流速時，也應設置溪底保護。設計須妥善處理固床工下游的護坦與基腳，避免沖刷淘空後危及構造物穩定。

二、消能目的

核心觀念

本題考查降雨經集水區損失後，如何形成有效降雨，以及有效降雨如何轉換為直接逕流。有效降雨組體圖描述各時段實際產生直接逕流的降雨量或雨強；直接逕流歷線描述這些有效降雨所造成的流量隨時間變化。

降雨扣除截留、入滲、窪蓄等損失後，剩餘部分為有效降雨。有效降雨在時間上累積形成直接逕流體積；其時間分布則影響直接逕流歷線的形狀與峰值。

解題方法與圖示

採用同一時間軸繪出上下兩圖：上圖為有效降雨組體圖，下圖為直接逕流歷線。圖中應標明有效降雨各時段的雨量或雨強，以及流量歷線的基流分離、上升段、洪峰與退水段。

有效降雨
雨強 iₑ
 ↑
 │ ┌────┐
 │ │ │ ┌────┐
 │ ┌────┐│ │ │ │
 └─┴────┴┴────┴──────┴────┴────────→ 時間
 Δt₁ Δt₂ Δt₃

直接逕流
流量 Qd
 ↑ 洪峰
 │ ●
 │ ／ ＼
 │ ／ ＼
 │ ／ ＼
 │__________／___________________________＼___
 └──────────────────────────────────────→ 時間
 上升段 退水段
 （扣除基流後的直接逕流部分）

上圖各柱代表各時段的有效降雨；下圖的 $Q_d$ 為總流量扣除基流後的直接逕流量。實際作圖時，兩圖共用時間刻度，並以水平基流線作為分離直接逕流的參考。

有效降雨可由總降雨扣除損失求得。以時段 $\Delta t$ 表示，若該時段平均總雨強為 $i$、損失率為 $f$，則有效雨強可寫為：

若以雨量表示，該時段有效雨量為：

其中 $P$ 為總降雨量，$L$ 為該時段降雨損失量。各時段的有效雨量連續累積，即為有效降雨的時間分布。

兩者的關係

1. 因果關係：有效降雨是直接逕流的降雨來源。有效降雨開始後，水流需經集水區坡面與河道匯流，直接逕流通常稍後才開始上升。