109 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

USLE（通用土壤流失公式）以降雨沖蝕指數 $R$ 表示降雨造成土壤沖蝕的能力。公式為：

其中 $A$ 為平均年土壤流失量，$K$ 為土壤沖蝕性，$L$、$S$ 分別為坡長與坡度因子，$C$ 為覆蓋與管理因子，$P$ 為水土保持處理因子。$R$ 是降雨與逕流沖蝕力的氣候因子，主要反映雨滴打擊與逕流沖刷所造成的沖蝕作用。

降雨沖蝕指數的定義

單場侵蝕性降雨的沖蝕指數為雨滴總動能 $E$ 與該場降雨最大 30 分鐘降雨強度 $I_{30}$ 的乘積：

其中：

• $E$：該場降雨的總動能，反映雨滴撞擊土壤的能量。
• $I_{30}$：該場降雨任一連續 30 分鐘期間的最大平均降雨強度，通常以 $\mathrm{mm/h}$ 表示。

總動能可由各時段降雨量與相應的單位雨量動能加總求得：

其中 $e(i_r)$ 為第 $r$ 個時段的單位雨量動能，$\Delta P_r$ 為該時段降雨量。實務上常依降雨強度估算雨滴動能，再加總為該場降雨的 $E$。

USLE 的 $R$ 值為長期平均每年所有侵蝕性降雨之 $EI_{30}$ 總和：

其中 $N$ 為觀測年數，$m_y$ 為第 $y$ 年侵蝕性降雨場數，$EI_{30,j}$ 為該場降雨的沖蝕指數。因此，$R$ 是長期平均年值，不是單場降雨量，也不是單一年度的雨量總和。

解題方法

作答時先寫出單場降雨指數 $EI_{30}=E I_{30}$，接著說明兩項乘數各自代表的沖蝕機制，最後指出年 $R$ 是全年侵蝕性降雨指數的加總，再取多年平均。這樣可清楚區分「單場降雨沖蝕指數」與「USLE 年降雨沖蝕因子 $R$」。

核心觀念

本題考查土壤沖蝕的定義、形成現象與環境影響。作答時應先界定沖蝕，再依「剝離與搬運」說明其過程，最後分別交代沖蝕地區及下游受納環境所受的衝擊。

土壤沖蝕是土壤顆粒受水、風、重力或冰等作用而脫離原有位置，並被搬運至他處的過程。水土保持領域常見的沖蝕作用包括雨滴打擊、地表逕流、風力與重力；其中降雨與逕流造成的水蝕，是臺灣常見的沖蝕類型。

沖蝕可分為自然沖蝕與加速沖蝕。自然沖蝕是在自然地質與氣候作用下，長期緩慢發生的土壤流失；加速沖蝕則是因砍伐、整地、開發、過度放牧或不當耕作等人為擾動，使土壤流失速率超過土壤形成與恢復速率，造成土壤資源劣化。

解題方法

依「沖蝕如何發生—沖蝕造成什麼影響」兩個層次作答：

1. **描述沖蝕現象：**以水蝕為例，雨滴打擊土面使土粒鬆動、飛濺；地表逕流再將土粒搬運。逕流集中後，可能依序形成面蝕、細溝沖蝕與蝕溝沖蝕。風蝕則是風力使裸露、乾燥土壤顆粒起動並搬運。
2. **說明環境衝擊：**分成沖蝕地區的土壤與植生影響，以及泥砂輸送至下游後對水域、設施與土地的影響。

土壤沖蝕現象與類型

• **雨滴沖蝕：**雨滴撞擊裸露土面，打散土壤團粒並使土粒飛濺；若地表缺乏植被或覆蓋物，土粒更容易被後續逕流帶走。
• **面蝕：**逕流以薄層方式在坡面流動，較均勻地帶走表土，初期不易察覺，卻會逐漸降低表土厚度。
• **細溝沖蝕與蝕溝沖蝕：**逕流集中後形成細小沖蝕溝，持續發展則擴大成明顯蝕溝，切割坡面並妨礙耕作及土地利用。
• **風蝕：**乾燥、裸露且細粒較多的土壤受強風作用，土粒被吹移，造成表土流失與揚塵。

核心觀念

防砂壩是設置於溪流或野溪中的橫向構造物，通常採混凝土、鋼筋混凝土或砌石等材料興建，壩體橫跨溪床，壩頂高於壩基。其主要功能是穩定溪床與兩岸，並調節土砂移動。

本題考的是防砂壩的定義與治理目的，重點在說明它如何藉由控制溪床縱坡及土砂運移，降低土砂災害。

解題方法

回答時可依「構造物是什麼」及「設置後能做什麼」兩部分作答：

1. 定義：指出防砂壩是設於溪流中的橫向攔砂、固床構造物。
2. 目的：說明其對溪床、土砂及下游安全的作用，並補充其對兩岸穩定與河道治理的效益。

防砂壩的目的

1. 穩定溪床、抑制縱向沖蝕：防砂壩可抬高壩址上游溪床，減緩溪床縱坡，降低水流下切能力，避免河床持續下陷。
2. 攔蓄土砂、調節土砂運移：攔阻或暫時貯存上游輸移的土砂，減少土砂直接大量向下游移動；壩體淤滿後，仍可藉由穩定河床及調節輸砂發揮作用。

核心觀念

本題考土石流警戒的發布條件，以及黃色、紅色警戒所代表的應變意義。警戒發布會參照當地的土石流警戒基準值，並比較預測雨量與實際降雨。

依民國 109 年適用的土石流防災疏散避難作業規定，警戒基準值是判斷土石流發生風險的雨量門檻；達到門檻表示該地區風險升高，須採取相應的避難措施。

解題方法

作答時掌握兩個判斷重點：黃色警戒看預測雨量，紅色警戒看實際降雨；再補上各級警戒對地方政府及民眾的應變要求。

• 黃色警戒：當某地區的預測雨量達到或超過當地土石流警戒基準值，即發布黃色警戒。這表示依預報研判，當地可能進入土石流警戒狀況；地方政府應進行疏散避難勸告，並加強整備、通知保全住戶。

核心觀念

水庫壽命主要受「有效蓄水容量逐年減少」所影響。集水區產生的土砂經河川輸移進入水庫後，流速降低而沉積，逐漸占據庫容；淤積若持續，水庫可供運用的蓄水量便會下降，進而影響供水、灌溉、發電及防洪等功能。

水庫原設計庫容常區分為有效容量與呆容量。淤砂先占用呆容量，累積至有效容量後，才會直接壓縮可運用庫容。因此，談水庫壽命時，不能只看總淤積量，也要看淤積位置、淤積速率，以及清淤與排砂成效。

水庫使用年限可概念化表示為：

此為粗略估算，實際壽命還受水庫操作、泥砂粒徑與沉積分布、排砂及清淤等因素影響。

解題方法

本題要求說明臺灣水庫壽命的自然及人為影響因素，作答時以「土砂來源與輸移—水庫淤積—有效庫容及功能衰退」為主軸，再分別列出自然條件與人為活動。人為因素也包括治理及操作措施，因為它們會增加或減少進入水庫的土砂，或改變淤積對庫容的影響。

自然因素

1. 地形陡峻、河川短而坡陡：臺灣集水區坡度大、河川流程短，暴雨期間逕流集中且流速快，容易沖刷坡面與河床，將大量土砂迅速輸送至水庫。
2. 地質脆弱、岩層風化破碎：部分集水區岩性鬆軟或節理發達，遇豪雨或地震容易崩塌、滑動，形成大量土石來源。
3. 降雨強度及颱風豪雨：臺灣受颱風與梅雨影響，短延時強降雨常造成地表沖蝕、溪流暴漲及崩塌，顯著增加輸砂量。降雨集中也使土砂常在少數洪水事件中大量進庫。
4. 地震及天然災害：地震可能引發邊坡崩塌、地滑與河道土砂鬆動；其後豪雨再將崩塌土石沖入水庫。
5. 水文與泥砂特性：洪水流量、集水區面積、河道輸砂能力及泥砂粒徑都會影響土砂進庫與沉積位置。