108 高普考普通考試 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

本題測驗核心為我國水土保持法規之法源基礎與專有名詞定義，主要法源依據為**《水土保持法》第 3 條第 3 款**（以命題當年民國 108 年之法規為準；現行法中央主管機關雖於民國 112 年改制為農業部，但本條定義內容迄今未變動）。

其核心考點在於精準掌握「法定山坡地」之法定要件，該要件可拆解為兩大層次：

1. 劃定土地之身分與程序要件：包含劃定主體、核定與公告程序、土地權屬（公、私有土地），以及法定之「消極排除範圍」（排除特定林業用地）。
2. 劃定土地之實體物理條件（二擇一）：以地形特徵之「標高（海拔高程）」與「平均坡度」作為判斷門檻。

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解題方法

本題為標準的法條規範申論題。解題切入點應採取法學「構成要件拆解法」，避免將法條文字擠成一大段流水帳，應分門別類鋪陳為層次分明的項目，以符合國家考試閱卷給分標準：

1. 確立主體與程序：說明由誰負責調查劃定（中央或直轄市主管機關），依據何種原則（自然形勢、行政區域或保育利用之需要），以及經何種法定核定程序（報請行政院核定公告）。
2. 界定適用與排除之土地性質：明確指出適用於「公、私有土地」，並強調「消極排除」之三類特定林地（國有林事業區、試驗用林地、保安林地）。
3. 條列物理量化門檻：將地形條件清楚分列為「標高」與「坡度」兩大情境，並強調二者為「具備下列條件之一（充分條件關係）」，非同時具備。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題，故無選項可資分析。評分核心在於法條字句的精準度與架構完整性。

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解題技巧

1. 關鍵字記憶口訣：

• 排除對象記為「非國試保」：國有林事業區、試驗用林地、保安林地以外。

核心觀念

本題旨在測驗考生對於水土保持生物工程（Soil Bioengineering）中「植生椿編柵」（Vegetated Staking and Wattle / Fascine）工法之材料特性、環境適用性及施工工藝的掌握程度。本題涉及法源與技術規範以命題當年（民國 108 年）行政院農業委員會頒布之《水土保持技術規範》及《水土保持手冊》為基準（註：農委會已於民國 112 年改制為農業部，主管機關變更為農業部農村發展及水土保持署，相關工法原理與技術規範核心內容維持一致）。

植生椿編柵係結合「機械固土」與「植物生根」雙重功效之柔性生態護坡工法，其核心機制包含：

1. 初期力學機制：利用生長樁（活枝樁）深入穩定土層產生錨定與抗剪作用，並以橫向編柵攔截坡面逕流、沉降土砂與阻擋落石。
2. 後期生物機制：活枝樁及編柵萌芽生根後，發達的根系網結土壤、增加土體凝聚力，並藉由植被蒸散作用降低邊坡孔隙水壓，達成邊坡長期穩定與生態綠化復育。

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解題方法

本題為標準的「三段式申論問答題」，配分通常分布於三項核心子題：

1. 適用植生椿材：從植物生理特性（萌芽生根能力）、樹種選擇（台灣原生或馴化種）及規格尺寸切入。
2. 現場施作適用條件：從地形坡度、地質與土壤物理性（土層厚度、含水量）、沖蝕狀態等環境限制切入。
3. 現場施作注意事項：依工序開展，從「材料採集與保存」、「現場打設與編織」、「填土夯實與排水銜接」、「後續撫育管理」四大階段詳述要點。

作答時應採「階層條列法」，善用工法參數（如椿長、徑級、入土深度、適用坡度比），呈現精確且具工程實務性的專業深度。

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選項分析

本題為申論問答題，無選擇題選項。閱卷評分時係針對「椿材特徵與樹種」、「基地環境條件」、「工法施工細節」三大構面之完整性予以評分。若答題僅列出樹種而未提及規格與成活要件，或僅寫施工而遺漏排水配合，將造成大幅失分。

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解題技巧

1. 記憶口訣：

• 椿材挑選四要訣：「萌發強、根系深、在地化、枝幹韌」。
• 現場條件三要素：「坡緩土厚水潤」（忌陡峭、忌純硬岩盤、忌極度乾旱）。
• 施工要訣：「深打、緊編、密填、保濕」。

2. 常見陷阱與扣分盲點：

• 誤將一般土木工程之「木樁（死材）」與生物工程之「植生椿（生長材）」混為一談，忽略植物生理活性與季節限制。
• 忽略編柵背後的「回填土夯實」，若留下空隙，遇雨極易形成淘空管湧，導致工法整體滑動潰敗。
• 遺漏坡頂截水溝的配合：生物工程坡面抵抗集中沖刷能力有限，未做截排水是實務與考試上的重大缺失。

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【答案】

一、適用之植生椿材

植生椿編柵所使用之椿材分為「生長型立椿（活枝樁）」與「橫向編柵枝條」，材料選用應符合下列原則：

1. 生物與生理特性要求：

• 萌芽力與發根力強：需具備優異之無性繁殖能力（營養繁殖），於截切打入土中後能迅速萌發新芽與不定根。
• 適地適木原則：優先採用台灣本土原生或已高度馴化之陽性樹種，耐候性佳、抗病蟲害強，且無生態入侵破壞之虞。
• 深根性與抓地力佳：成活後根系應能深入土層形成網結，強化邊坡抗剪強度。
• 材質特性：枝幹需直順、強韌不易折裂，且具有一定木質化程度，能承受打擊入土時之剪力與撞擊力。

2. 推薦適用樹種：

• 最常用優良樹種：九芎（耐旱生長力強）、水柳（耐濕、發根極快）、垂柳。
• 其他適用樹種：赤楊、黃槿（海岸邊坡）、白匏子、血桐、羅氏鹽膚木、冇骨消、大葉楠等。

核心觀念

本題旨在測驗考生對於**通用土壤流失公式（Universal Soil Loss Equation, USLE）**中「降雨與逕流沖蝕指數」（Rainfall and Runoff Erosivity Factor，簡稱降雨沖蝕指數 $R$）之物理機制與經驗公式的掌握程度。

核心公式與理論基礎如下：

1. USLE 基本架構： $A = R \cdot K \cdot L \cdot S \cdot C \cdot P$ 其中 $R$ 為降雨與逕流沖蝕指數，代表降雨引發土壤沖蝕之潛能。
2. 單場暴雨沖蝕指數（$EI_{30}$）定義： Wischmeier 與 Smith（1958, 1978）研究指出，單場暴雨的沖蝕能量可用暴雨總動能（$E$）與該場暴雨之「最大30分鐘降雨強度」（$I_{30}$）之乘積表徵： $R_{\text{event}} = E \cdot I_{30} = \left( \sum e_i \cdot P_i \right) \cdot I_{30}$ 式中：

• $e_i$：各時段之單位降雨深動能（$\text{MJ}\cdot\text{ha}^{-1}\cdot\text{mm}^{-1}$ 或 $\text{m-tonne}\cdot\text{ha}^{-1}\cdot\text{cm}^{-1}$）。
• $P_i$：各時段降雨量（$\text{mm}$）。
• $I_{30}$：連續 30 分鐘之最大降雨強度（$\text{mm/hr}$）。

3. 物理傳輸機制：

• 打碎與剝蝕作用（Detachment）：主要由雨滴打擊地表之動能決定。
• 搬運與輸送作用（Transport）：主要由超滲逕流與紊流剪應力決定，與尖峰降雨強度（$I_{30}$）呈現極高相關性。

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解題方法

本題為申論問答題，破題時應採取「先微觀物理、次宏觀統計公式、終至二者交互綜效」的脈絡進行推導與說明：

1. 解析「雨滴粒徑」的貢獻：從單一雨滴質量、終端速度出發，說明動能公式中粒徑扮演的次方級放大效應，以及其對「飛濺沖蝕（Splash Erosion）」與「土壤表層封堵結皮（Surface Crust）」之破壞機制。
2. 解析「降雨強度」的貢獻：從經驗分佈關係（雨強越大，雨滴中值粒徑越大）導出單位雨深動能之變化；進一步探討最大30分鐘強度（$I_{30}$）對「超滲地表逕流產生」與「土粒搬運能量」之決定性影響。
3. 綜合剖析二者於 $EI_{30}$ 中的交互乘積意涵：闡述為何 $R$ 指數不是單純使用總雨量或總動能，而是將代表雨滴打碎能力的總動能 $E$ 與代表水流搬運能力的 $I_{30}$ 相乘。

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選項分析

本題為公職普考專業科目之申論計算／論述題，無個別選擇題選項。作答時須依據子題概念架構，條理分明地展現論述內容：

一、雨滴粒徑（Raindrop Size, $D$）之實質貢獻

1. 決定單一雨滴之質量與動能： 單一雨滴質量為 $m = \frac{1}{6} \pi \rho_w D^3$（$\rho_w$ 為水密度），其動能為： $E_k = \frac{1}{2} m V_t^2 = \frac{1}{12} \pi \rho_w D^3 V_t^2$ 雨滴終端落下速度（Terminal Velocity, $V_t$）隨粒徑增加而增大（在粒徑 $D \approx 5 \sim 6\text{ mm}$ 前，$V_t$ 隨粒徑顯著上升，最大可達約 $9\text{ m/s}$）。因此，雨滴動能與粒徑呈現約 4 至 6 次方之高度正相關。
2. 引發飛濺沖蝕與團粒擊碎： 大粒徑雨滴降落時具備龐大撞擊動能，撞擊無植生覆蓋的裸露土壤時，會瞬間壓碎表面土壤團粒（Aggregate breakdown），使細顆粒土粒飛濺並堵塞土壤孔隙，形成地表薄結皮（Crust），顯著降低入滲率（Infiltration rate）。

二、降雨強度（Rainfall Intensity, $I$）之實質貢獻

1. 控制雨滴譜與雨滴中值粒徑（Median Drop Diameter, $D_{50}$）： 根據 Laws & Parsons（1943）之研究，降雨強度越大，雨滴之體積中值粒徑 $D_{50}$ 越大，經驗關係式為：

核心觀念

本題評量水土保持工程中「風蝕作用」（Wind Erosion）的基礎力學機制與運動學分類。核心觀念涵蓋以下兩大構面：

1. 風蝕的作用歷程與物理原理：風蝕本質上為流體（空氣）對固體顆粒（土壤）之剪應力作用，涵蓋「分離（Detachment）」、「搬運（Transport）」與「沉積（Deposition）」三階段。其力學基礎為臨界風速、空氣動力升力（伯努利效應）、表面剪應力（摩阻速度）與動量碰撞傳遞。
2. 土壤顆粒風蝕運移之三種型態：依土壤顆粒粒徑大小及受力機制，分為「躍移（Saltation）」、「懸移（Suspension）」與「潛移／蠕移（Surface Creep）」。各型態具備明確的粒徑範圍（$d$）、質能傳遞方式及在總風蝕量中所佔的質量配比。

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解題方法

回答本題應採「先總體物理機制，後個別運移型態」的結構鋪陳：

1. 整體力學原理剖析：從流體力學角度說明氣流通過土壤表面時產生的「壓差升力（Lift Force）」與「拖曳剪力（Drag Force）」，並引進臨界摩阻速度公式，建立風蝕發生的門檻概念。
2. 三種運移型態之對比展開：針對「躍移」、「懸移」與「潛移」，依序標明「粒徑範圍」、「運移原理（動力來源與受力平衡）」及「佔總搬運量比例」，並強調躍移為驅動整體風蝕鏈的核心角色。
3. 宏觀風蝕破壞型態補充：適度帶出風蝕在地表景觀上的表現型態（吹蝕作用與磨蝕作用），使作答面向完整。

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選項分析

本題為申論題（非選擇題），無選項可資分析。評分焦點在於答題結構的條理性、各運動型態粒徑邊界與數值配比的精確性，以及物理成因（如流體剪力、彈撞效應）論述的深度。

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解題技巧

1. 記憶口訣與關鍵數值：

• 運移型態牢記「躍、懸、潛」三字。
• 粒徑分界點以 $0.05\text{ mm}$ 與 $0.5\text{ mm}$ 為樞紐：
• 細於 $0.05\text{ mm}$ 為「懸移」（微粒）。
• 介於 $0.05 \sim 0.5\text{ mm}$ 為「躍移」（中細砂）。
• 粗於 $0.5\text{ mm}$ 為「潛移」（粗砂及小礫）。
• 搬運質量佔比抓大數：躍移為主力（$50\% \sim 75\%$），潛移次之（$5\% \sim 25\%$），懸移最小（$3\% \sim 15\%$，但擴散範圍最遠）。

2. 常見答題陷阱：

• 陷阱一：誤以為風能直接把細土（黏土、粉土）直接吹起。實際上，小於 $0.05\text{ mm}$ 的極細顆粒因表面分子黏聚力強且處於近地表層流邊界層（Laminar Sublayer）內，難以被氣流直接揚起，主要需藉由「躍移顆粒落下撞擊」才能被彈射進入空氣懸浮。
• 陷阱二：忽略各型態之間的串聯關係。答題時必須明確指出「躍移是驅動懸移與潛移的原動力」。

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【答案】

一、風蝕之基本原理

風蝕（Wind Erosion）指空氣流動產生的動能作用於地表，克服土壤內部引力（顆粒重力、顆粒間黏聚力及水分表面張力），使土粒脫離母體、隨風運移並於風速減弱處沉積之歷程。其作用原理主要包含以下機制：

1. 流體力學起始原理（起懸與拖曳）：

• 當貼地風速增加時，顆粒上下表面產生流速差。由伯努利原理，顆粒頂部流速快、靜壓低，底部流速慢、靜壓高，形成向上之「垂直升力（Lift Force）」；同時，氣流亦施予順風向之「水平拖曳力（Drag Force）」。
• 當近地表氣流之摩阻速度（Shear Velocity, $u_*$）超過臨界摩阻速度（Threshold Shear Velocity, $u_{*t}$）時，土壤顆粒即失去平衡開始啟動。

核心觀念

本題旨在測驗考生對於山坡地土地開發後，水文水理變更所衍生之後續防洪工程應變能力，核心依據為**《水土保持技術規範》**（以命題當年民國 108 年法規為準；現行法雖歷經部分條文整併修正，但滯洪設施之出流管制與結構安全核心原則一致）及水文學之「逕流歷線與水庫演算法」。

1. 核心精神（出流管制）：山坡地開發後因林地轉變為人為鋪面，導致集區之不透水面積增加、地表逕流係數 $C$ 增大，產生「洪峰流量增加」與「洪峰提前到達」現象。永久性滯洪池的核心目標為**「逕流零增量」**，即使開發後全區之對外排放峰值流量，不得超過開發前之天然洪峰流量： $Q_{\text{out, max}} \le Q_{\text{in, 開發前}}$
2. 水理演算基礎：

• 尖峰流量估算（有理式法）：$Q = \frac{1}{360} C I A$
• 水量平衡連續方程式（滯洪池演算法）： $\frac{dS}{dt} = I(t) - O(t)$ 其中 $S$ 為池內蓄水量，$I(t)$ 為進流歷線，$O(t)$ 為出流歷線。
• 出流孔口水理：$Q = C_d A_o \sqrt{2gH}$

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解題方法

本題為純論述型之「規範整合題」，切忌漫無邊際地條列雜項。解題切入點應依循水土保持工程之標準生命週期與工程邏輯展開：

1. 水文與防洪標準：先確立設計重現期距與出流管制標準（規範硬性指標）。
2. 場址與區位規劃：從地形、地質、下游受納水體安全性著手。
3. 水理與容量設計：說明進流、蓄容量推估、出流與緊急溢洪之三段式機制。
4. 池體構造與結構安全：涵蓋壩體（邊坡）穩定、基礎防滲防淘刷。
5. 維護管理與安全附屬設施：包含清淤路徑、防墜設施及安全監控。

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選項分析

本題為申論題（非選擇題），無選項可資辨析。依國家考試閱卷標準，評分委員主要審查考生是否能完整涵蓋下列四大核心構面：

1. 管制標準完整性：是否明確寫出「開發後出流量不大於開發前」及「50 年重現期設計、100 年安全溢洪檢核」。
2. 水理配置層次：是否清楚區分「低水出流工（常時管制孔）」與「緊急溢洪道（非常溢洪工）」之不同功能。
3. 土木結構安全：是否具備土石壩或RC結構之抗滑、抗傾覆、防滲、消能觀念。
4. 營運維護實務：是否考量泥砂淤積清淤空間及公眾防護安全。

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解題技巧

1. 破題口訣化：作答時牢記**「標、位、量、工、管」**五大脈絡（標準規範 $\rightarrow$ 區位選址 $\rightarrow$ 滯洪容量 $\rightarrow$ 水工構造 $\rightarrow$ 維護管理），能確保各大段落不遺漏。
2. 防踩常見陷阱：

• 勿混淆「臨時性」與「永久性」滯洪池：施工中之臨時性滯洪池重在沈砂，設計頻率常採 10 年至 25 年；永久性滯洪池重視長久水文防洪與公共安全，設計標準為 50 年重現期距，且溢洪檢核高達 100 年。
• 務必強調消能工：出水口流速極高，若未設計消能設施（如消能池、靜水池），會沖毀下游天然邊坡，此為實務與法規審查之必檢項目。

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【答案】

山坡地開發完成後，永久性滯洪池之規劃設計應遵循以命題當年（民國 108 年）之《水土保持技術規範》為基準之各項原則，並按工程邏輯分述如下：