110 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

本題考《水土保持技術規範》第 3 條及第 5 條，重點是先掌握水土保持的共同原則，再依農、林、漁、牧地的使用特性提出相應措施。

以命題當年（民國 110 年）法規為準。《水土保持法》第 1 條揭示立法目的：保育水土資源、涵養水源、減免災害、促進土地合理利用；同法第 8 條則規定農、林、漁、牧地開發利用，應經調查規劃並依水土保持技術規範實施水土保持處理與維護。

《水土保持技術規範》第 3 條所稱處理與維護，應以工程、農藝或植生方法，單獨或配合運用。三者可簡要理解為：

• 工程方法：如排水、坡面穩定、防砂及沉砂等設施。
• 農藝方法：以耕作與土地管理方式減少沖蝕，如等高耕作、覆蓋及輪作。
• 植生方法：以造林、草生覆蓋等方式保護地表、涵養水源並穩定坡面。

這些方法應配合土地條件與使用目的，兼顧水土資源保育及土地合理利用。

解題方法與作答內容

作答可採「總原則加分類規定」的順序：先寫水土保持處理方法，再按農、林、漁、牧逐項說明，並點出各類使用最需控制的風險。

依《水土保持技術規範》第 5 條，原則如下：

1. 共同原則：合理利用，不得超限利用 農、林、漁、牧地應依「山坡地土地可利用限度分類標準」查定結果合理利用，不得超過土地可承受的利用限度。土地利用須配合地形、土壤及坡度等條件，避免因不當開發造成沖蝕或災害。

2. 農地：依土地適宜性利用並做好水土保持 農地開發應符合土地可利用限度，並依作物栽培及經營需求配置水土保持措施。

核心觀念

地表逕流造成土壤沖蝕，主要透過兩類力學作用：一是水流對土粒施加剪應力，使土粒脫離土體；二是流動水體與挾帶的泥砂撞擊土粒、土團或地表，使土粒剝離、破碎並被搬運。沖蝕的發生與水流作用力是否超過土壤的抗蝕能力有關。

力學作用

1. 水流剪應力與土粒剝離 逕流沿地表流動時，水流與土壤表面之間產生剪應力，通常以 $\tau$ 表示。當剪應力大於土壤的臨界剪應力 $\tau_c$，土粒便會從土體表面脫離：

$\tau > \tau_c$

土壤結構、含水狀態、植生覆蓋及表面粗糙度等，都會影響其抗蝕能力與 $\tau_c$ 大小。

2. 水流拖曳與搬運 水流對已剝離的土粒施加拖曳力，使土粒沿地表滾動、滑動或懸浮，進而向下坡搬運。水流速度與流量增加時，搬運土粒的能力通常也會提高；當水流搬運能力不足，泥砂便會在地表沉積。

3. 挾砂水流的撞擊與磨蝕 逕流挾帶的砂粒、土粒撞擊地表或其他土粒，會造成表面磨蝕、土團破碎及細粒剝離。這種作用會增加可被水流搬運的泥砂量，並可能使沖蝕持續擴大。

核心觀念

本題要比較兩種由流水造成的沖蝕：溪流沖蝕是水流在已形成的溪流河道內，沖刷河床與河岸；溝谷沖蝕則是地表逕流集中於坡面或天然排水線，逐漸切蝕出明顯溝槽。判別重點在於沖蝕發生的位置、河道形成狀態，以及主要侵蝕作用。

溪流沖蝕的水流通常沿既有河道流動，受流量、流速、坡降、河道形狀及河床河岸材料影響。水流對河床與河岸施加剪應力；當作用力超過土石材料的抵抗能力，就會發生沖刷。可用下式表達其基本判斷：

其中，$\tau_0$ 為河床剪應力，$\rho$ 為水體密度，$g$ 為重力加速度，$R$ 為水力半徑，$S$ 為能量坡降。當剪應力大於材料的臨界起動剪應力 $\tau_c$ 時，河床材料可能被剝離並輸移。

溪流沖蝕常見作用包括：

• 河床下切：水流沖刷河床，使河床降低。
• 側向沖刷：水流沖擊河岸，造成河岸退縮。
• 河岸崩塌：河腳受沖刷失去支撐，或河岸含水、孔隙水壓增加後發生崩落。
• 搬運與淤積：被沖起的土砂隨水流輸送，於流速或輸砂能力降低處沉積。

溝谷沖蝕則是坡面逕流集中後，先形成細小沖蝕紋，進一步擴大、加深為溝谷。溝谷常在豪雨期間或雨後有明顯水流，具有溝頭向上游後退、溝壁側向擴張及溝底下切等發展方式；一旦溝槽深到一般耕作或整地無法消除，通常不再只是淺層坡面沖蝕。

解題方法

作答時先分別定義兩種沖蝕，再以「發生位置—作用機制—地形結果」逐項比較：

核心觀念

本題考查把「單位面積、單位時間的土壤流失質量」換算為「土壤流失厚度」，再與全球平均年土壤流失厚度比較。換算時須用土壤乾總密度將質量換成體積：

農地的水蝕與風蝕是不同流失來源，應分別計算；若要比較總流失量，則將兩者相加。

解題方法

土壤乾總密度為 $1.4\ \mathrm{g/cm^3}=1400\ \mathrm{kg/m^3}$。先將每英畝的年流失量換成每平方公尺的年流失質量，再除以密度，得到每年流失體積厚度。

以 2007 年水蝕率為例：

同理，風蝕率換算如下：

核心觀念

本題考查沉砂池的功能，以及依泥砂生產量估算設計容量的原則。沉砂池是設於逕流匯集或排水路徑上的設施，使逕流所挾帶的土砂沉積、攔留於池內，減少泥砂向下游移動。

以命題當年（民國 110 年）法規為準，依《水土保持技術規範》第 91 至 93 條，沉砂設施用以攔截或沉積土石，減少土石下移，保護下游土地、房舍及公共設施；其容量依泥砂生產量計算。

解題方法

答題依「定義與目的、泥砂量估算、容量設計」順序說明，即可完整涵蓋題目要求。

1. 估算泥砂生產量 依《水土保持技術規範》，泥砂生產量以通用土壤流失公式（USLE）估算：

$A=R K L S C P$

其中，$A$ 為土壤流失量；$R$ 為降雨沖蝕指數；$K$ 為土壤沖蝕指數；$L、S$ 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。計算時依基地條件與規範採用相應參數。

2. 依設施類型及基地狀況採用規範下限 民國 110 年規範對泥砂生產量設有最低估算標準：

• 臨時性沉砂設施：原則上以 USLE 估算值的二分之一估算；開挖整地部分，每公頃不得低於 $250\ \mathrm{m^3}$；未開挖整地或完成水土保持處理部分，每公頃不得低於 $30\ \mathrm{m^3}$。
• 永久性沉砂設施：完成水土保持處理或未開挖整地部分，每公頃不得低於 $30\ \mathrm{m^3}$。
• 不透水鋪面面積得依規定自泥砂生產量估算範圍扣除。