114 高普考普通考試 水土保持工程 坡地保育概要（包括沖蝕原理） 考古題詳解

核心觀念

「坡地保育」是依坡地的地形、地質、土壤、植生及水文條件，妥善規劃土地利用與工程措施，管理降雨與逕流、減少土壤流失、維持地表及邊坡穩定，以保育水土資源、降低災害風險並兼顧土地合理利用的整體作為。

本題重點是依「水從哪裡來、土如何流失、坡面如何保持穩定」三條主軸，說明原則與常用對策。作答時應兼顧坡地開發前的預防規劃，以及開發後的排水、植生與工程維護。

解題方法

可用「截、蓄、排」管理逕流，「覆、減、攔」防治沖蝕，以及「減載、排水、補強」維持邊坡穩定的架構作答。三項措施彼此相連：逕流集中會增加沖蝕；土壤流失可能削弱坡腳或暴露不穩定地層；地下水位上升則會降低土體抗剪強度。因此，需採集水區整體規劃，從源頭減少逕流與裸露，再配合適當工程措施。

一、有效管理逕流

重要原則

1. 依集水區地形及天然排水系統規劃排水，不任意阻斷或改變原有水路。
2. 優先在逕流源頭分散、滯留及減量，避免雨水集中後快速沖刷坡面。
3. 排水設施須有足夠通水能力，並將水安全導至穩定出口；避免將水直接排向不穩定坡面或鄰地。
4. 排水系統須連續銜接，並定期清淤、檢查，防止堵塞、溢流及沖毀。

常用對策

• **截水：**於坡頂或坡面適當位置設截水溝、攔水設施，阻止坡上逕流流入開發區或裸露地。
• **分流與導排：**以側溝、排水溝、集水井、涵管及跌水設施分段收集、輸送逕流，並在出口設置消能與防沖刷措施。
• **滯蓄與入滲：**保留植生與透水地表，設置滯洪池、沉砂滯洪設施、雨水貯留或入滲設施，降低尖峰流量。
• **分散排水：**將集中水流分散排放，必要時以草溝、植生溝或緩坡排水道降低流速。
• **維持排水路徑：**避免填塞天然水路，並妥善處理道路、平台與建築物周邊排水。

二、防治土壤沖蝕

重要原則

1. 減少裸露地表，優先保留原有植生及表土。
2. 降低雨滴打擊、地表逕流流速與坡面沖刷力，避免逕流集中成溝。
3. 配合坡度、坡長、土壤性質與降雨條件選用措施；坡越陡、坡面越長，越需縮短逕流路徑並加強保護。
4. 施工時分區、分期開挖，避免大面積長期裸露；完工後儘速復舊植生。
5. 上下游及坡面各部位均須防護，避免沖蝕泥砂流入水道或下游土地。

常用對策

• **植生覆蓋：**種植草本、灌木或適地植栽，採用草籽噴植、植生毯等方式覆蓋土面；植生根系可固土，地上部可減弱雨滴沖擊。
• **覆蓋與保護：**以稻草蓆、纖維毯、覆蓋物或其他適當材料保護裸露表土，降低雨滴侵蝕。

核心觀念

本題考查「降雨如何改變坡體的水文狀態與抗剪強度」，以及如何由降雨與現地觀測資料判斷崩塌、地滑、土石流風險。降雨強度、延時、累積雨量彼此相關，但代表的作用機制不同：

• 降雨強度 $I$：單位時間內的降雨量，常用時雨量表示，單位為 $\mathrm{mm/h}$。
• 降雨延時 $D$：一場降雨持續的時間，常用小時表示。
• 累積雨量 $R$：一段期間內降雨量的總和，單位為 $\mathrm{mm}$。在相同雨量下，短延時代表強度較高；長延時則有較多時間讓雨水入滲、地下水位上升。

邊坡穩定可用安全係數概念說明：

降雨入滲後，孔隙水壓 $u$ 上升，使有效應力與土壤抗剪強度降低。以莫爾－庫侖破壞準則表示：

其中 $c'$ 為有效凝聚力、$\phi'$ 為有效摩擦角、$\sigma$ 為總正向應力。當降雨使 $u$ 增加，$\tau_f$ 下降，$F_s$ 隨之降低；若降至 $1$ 以下，坡體即可能失穩。

解題方法：由降雨特性連結失穩機制

答題時可依「雨勢大小與時間尺度 → 入滲、逕流及孔隙水壓變化 → 邊坡失穩型態 → 預警」的順序說明。如此可清楚呈現不同降雨特性如何觸發不同坡地災害。

一、降雨強度的影響

強降雨會使雨水迅速到達地表，當降雨強度大於土壤入滲能力時，超量雨水形成地表逕流。其主要作用包括：

1. 沖蝕與坡腳淘刷：地表逕流沖刷坡面，或溪流洪水掏刷坡腳，使坡體支承減少。
2. 快速入滲與滯水：雨水沿裂隙、根孔及既有滑動面快速入滲，在低透水層上方形成滯水層，造成局部孔隙水壓上升。
3. 淺層崩塌：坡面表層土體飽和、重量增加，土層與下伏岩盤或低透水層界面的抗剪能力下降，常誘發淺層崩塌。
4. 土石流形成條件增加：強降雨造成溪床逕流急遽增加，沖蝕或搬運崩塌土砂，於陡峻集水區匯集後可能形成土石流。

因此，強降雨通常與短時間內的坡面沖蝕、淺層破壞及溪流輸砂有關。

二、降雨持續時間的影響

降雨持續愈久，水分愈有時間由地表向深部入滲，累積影響可延伸至較深土層及地下水系統：

1. 土壤含水量逐漸增加：土體接近飽和後，基質吸力降低，非飽和土壤原有的表觀凝聚力減少。
2. 地下水位上升：地下水位上升或坡體內形成暫態滲流，會增加孔隙水壓與滑動面上的揚壓作用。
3. 深層地滑風險增加：深層滑動面受水文反應影響較慢，長時間降雨更容易使深部地下水壓逐步升高，誘發較大規模或較緩慢的地滑。
4. 降雨停止後仍可能失穩：水分繼續向深部傳遞，或地下水位仍維持高位，坡體可能在雨停後一段時間才發生滑動。

降雨延時較能反映水分入滲與地下水反應的累積效應，對深層地滑尤其重要。

三、累積雨量的影響

累積雨量反映一場降雨或一段前期期間輸入坡體的總水量。累積雨量愈大，通常代表土壤含水量、地下水位與孔隙水壓上升的可能性愈高，因而降低邊坡安全係數。

實務上可用有效累積雨量考量前期降雨的影響，例如：

核心觀念

本題考查土壤侵蝕的分類與水蝕的作用機制。土壤侵蝕是土壤顆粒受外力作用，脫離原處並被搬運，造成土壤流失的過程；依主要作用力可分為水蝕、風蝕等類型。

水蝕是降雨及其形成的地表逕流作用於土壤，使土粒遭受剝離、搬運與流失的現象。水蝕的主要作用包括：

1. 雨滴打擊：雨滴降落撞擊地表，破壞土壤團粒結構，使土粒鬆動、飛濺。
2. 地表逕流沖刷：未入滲或未被地表蓄留的雨水形成逕流，剪切並搬運鬆動的土粒。
3. 搬運與沉積：被水帶走的土粒隨水流移動；當流速或搬運能力降低時，土粒沉積於坡面低處或下游。

解題方法

核心觀念

USLE 用來估算坡面因雨滴打擊與地表逕流所造成的長期平均年土壤流失量，主要適用於片狀沖蝕與細溝沖蝕。它將侵蝕量拆成降雨、土壤、地形、覆蓋管理與水土保持措施等因子的乘積；各因子以標準試驗條件或基準狀態作比較。

解題方法

作答時先寫出公式與估算量，再依序說明六個因子的物理意義、基準狀態及方向性，最後指出乘積模型中的因子交互作用。注意，因子通常是相對於標準條件的比值或指數，不能把每個因子視為彼此毫無關係的獨立自然作用。

USLE 公式

其中 $A$ 為長期平均年土壤流失量。採公制常見單位時，$A$ 可表示為 $\mathrm{t\,ha^{-1}\,yr^{-1}}$；各因子的單位須採用一致的 USLE 制式。

各因子的定義與作用

1. 降雨沖蝕因子 $R$ 表示降雨及其所產生逕流的侵蝕能力，通常由降雨量、雨滴動能及降雨強度等反映。$R$ 愈大，表示降雨打擊與逕流搬運土壤的潛勢愈高，預測土壤流失量也愈大。

2. 土壤沖蝕性因子 $K$ 表示土壤在標準條件下受降雨與逕流沖蝕的易感程度，綜合反映土壤質地、有機質、結構及滲透性等性質。基準試驗條件下，$K$ 可理解為單位降雨沖蝕力所對應的土壤流失量；$K$ 愈大，土壤愈容易被剝離與搬運。

3. 坡長因子 $L$ 表示實際坡長相對於標準坡長對土壤流失量的影響。坡面愈長，地表逕流通常愈能匯集，流量與搬運能力隨坡面下移而增加，因此坡長增加通常會提高沖蝕量。傳統 USLE 的標準坡長為 $72.6$ 英尺，約 $22.1$ 公尺。

4. 坡度因子 $S$ 表示實際坡度相對於標準坡度對土壤流失量的影響。坡度增加會提高逕流流速及剪應力，增強土壤剝離與輸移作用。傳統 USLE 的標準坡度為 $9\%$。實務上常合併以地形因子 $LS$ 表示坡長與坡度的共同影響。

5. 覆蓋與管理因子 $C$ 表示特定植生覆蓋及土地管理狀態下的土壤流失量，相對於連續休耕裸地基準狀態的比值。植生、枯枝落葉、覆蓋作物及適當耕作管理可攔截雨滴、降低逕流並增加土壤保護，通常使 $C$ 值降低；裸露或保護較少的地表則 $C$ 值較高。