115 高普考普通考試 水土保持工程 集水區經營與水文學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查集水區河網的河溪級序（stream order）與分岔比（bifurcation ratio），以及河網形態如何影響集流時間與流量歷線。河溪級序常採 Strahler 級序法；分岔比則用相鄰級序的河段數量比值表示。

定義與公式

河溪級序：Strahler 級序法

1. 沒有支流匯入的源頭河段為第一級河溪。
2. 兩條同級河溪匯流，匯流後級序增加一級。例如兩條第一級河溪匯流成第二級。
3. 不同級序河溪匯流，匯流後仍維持較高的級序。例如第一級匯入第二級，匯流後仍為第二級。
4. 依此逐級判定，河網出口所在的最高級序稱為集水區的河溪級序。

分岔比：

令 $N_u$ 為第 $u$ 級河溪的河段數，則相鄰級序間的分岔比為：

集水區常以各相鄰級序分岔比的平均值代表其分岔比：

其中 $\Omega$ 為集水區最高級序。分岔比描述河網由低級序向高級序匯集的程度；在其他條件相近時，$R_b$ 越大，低級序河段相對越多，支流匯集至主流的路徑較分散，洪水到達出口的時間差通常較大。

解題方法：由河網匯集時間判斷歷線形狀

分岔比本身是河網數量的比值，不直接決定流量大小。繪圖說明時，須先交代降雨量、集水區面積、坡度、土壤、土地利用及降雨歷時等條件相同，再比較河網匯流時間的集中程度：

核心觀念

本題考查集水區的水文循環概念，以及極端氣候如何改變水分在大氣、地表、土壤與地下水之間的移動和儲存。水文循環是水在海洋、陸地及大氣間持續循環，並在液態、固態與氣態間轉換的過程；太陽能提供蒸發所需能量，重力則驅動降水、地表逕流及地下水流動。

集水區水量平衡可表示為：

其中，$P$ 為降水量，$ET$ 為蒸發散量，$Q$ 為流出集水區的逕流量，$\Delta S$ 為地表水、土壤水及地下水等儲量的變化。若將集水區視為控制體，還須留意跨流域地下水交換等外部水量通量。

解題方法

依水分移動路徑作答：先畫出「海洋與陸地蒸發、蒸散 → 大氣輸送與凝結 → 降水 → 截留、入滲、逕流與地下水補注 → 河川及地下水回流至海洋」，再逐階段說明極端高溫、強降雨、乾旱及暖冬等影響。須指出極端氣候會改變水文通量的強度、時序與空間分布，進而改變集水區蓄水與出流。

水文循環示意圖

 大氣水氣
 （輸送、冷卻、凝結成雲）
 │
 降水 P
 （雨、雪、冰雹）
 ↓
海洋 ──蒸發──→ 大氣 陸地植被與水體
 ↑ │
 │ ├──截留──→ 截留蒸發
 │ ├──蒸發散 ET──→ 大氣
 │ ↓
 │ 地表水／土壤水
 │ ├──地表逕流 Q──→ 河川──→ 海洋
 │ └──入滲、深層滲漏
 │ ↓
 └──地下水流／基流←──地下水補注、地下水儲存

各階段及極端氣候影響

1. 蒸發與蒸散

蒸發是水面、土壤等液態水轉為水氣；蒸散是蒸發與植物蒸散的合稱。高溫及較強的蒸發需求通常會增加蒸散，使土壤水分與水庫、河川等地表水儲量下降。乾旱期間，土壤與植被缺水可能限制實際蒸散；因此，蒸散增加的程度會受水分供應及植被狀態影響。

2. 大氣輸送與凝結

水氣隨大氣環流輸送，空氣冷卻至適當條件時凝結形成雲。氣候變暖會使大氣可容納較多水氣，並可能改變環流、季風及水氣輸送路徑，造成降雨分布與降雨季節改變。水氣增加並不代表每個地方的降雨都會增加；

核心觀念

坡地農塘是設於山坡地農業區、利用地形低窪處或人工挖築而成的小型蓄水設施。它不只是農業灌溉水源，也能配合集水區規劃，發揮蓄水、滯洪、沉砂及水土資源保育等功能。答題時宜從「依水流位置分類」說明種類，再依「水、土、農業、生態與防災」整理效益。

法規依據以命題當年（民國 115 年）《水土保持技術規範》為準。該規範將農塘納入水土保持設施，並對農塘設計及其保水、蓄水、用水功能有所規定；涉及滯洪、沉砂功能時，仍須符合相關容量與安全設計要求。

解題方法

本題為申論題，沒有計算或選項。作答可依序處理：

1. 先定義坡地農塘，點出其兼具蓄水與水土保持功能。
2. 以農塘和天然或人工水流的相對位置，分為在槽式與離槽式。
3. 再將效益分成水資源調蓄、水土保育、防洪減災、農業生產及生態景觀等面向，並說明各效益的作用機制。

坡地農塘的種類

一、在槽式農塘

農塘設於溪溝、排水路或天然集水流路上，逕流直接流入塘內。具有攔蓄逕流、沉降泥砂及調節出流等作用；遇較大流量時，須設置安全溢洪及排水設施，避免漫頂或沖毀。

二、離槽式農塘

農塘設於主流路之外，透過引水渠、導水設施或地表逕流收集方式取水蓄存。其蓄水與主流分開，較能依農業用水需求調度；規劃時須妥善處理引水、溢流及排水，避免影響鄰近土地與下游安全。

功能效益

一、蓄水與水資源調節

農塘將降雨逕流或引入水源暫存，作為灌溉及其他農業用水來源，補充坡地農業的季節性缺水。雨季蓄水、旱季使用，可增加在地水源調度能力，降低對外部水源的依賴。

二、滯洪與減緩洪峰

核心觀念

本題考查集水區內土砂從「產生、輸送到堆積」的連續過程，以及土砂收支的守恆概念。土砂不是一產生就全部流出集水區；部分會暫留在坡面、河道或下游地形中，日後再被搬運。因此分析時須同時辨認土砂來源、運移方式與堆積位置。

集水區土砂收支可用下式表示：

若以河道某一河段分析，則流入土砂量、河段內新生土砂量與流出土砂量的差額，反映該河段的沖淤變化。土砂堆積增加時為淤積；河床土砂被沖走、存量減少時為沖刷。

解題方法

依土砂的運移順序分成三段作答：先說明坡面土砂如何生產，再說明土砂如何進入水道並向下游輸送，最後列出沿途及下游可能的堆積型態。分類時要注意，河道不只有「輸送」功能，也會因流量、流速及河床條件改變而侵蝕或堆積。

一、坡面的土砂生產

坡面土砂來源主要包括下列類型：

1. 表土沖蝕：降雨打擊與坡面逕流使土粒分離、搬運，常見型態包括雨滴沖蝕、片狀沖蝕、細溝沖蝕及蝕溝沖蝕。
2. 崩塌與地滑：坡體受豪雨、地震、地下水或坡腳淘刷等影響而失穩，土石沿坡面崩落或滑動；崩塌地擴大及崩塌後殘留、再移動的土砂，亦屬集水區土砂來源。
3. 坡面溝蝕及溪溝源頭侵蝕：集中逕流沿坡面或溝谷沖刷，使侵蝕向上游發展並產生土砂。
4. 人為活動造成的土砂裸露或鬆動：如道路開挖、整地及不當開發，可增加坡面土砂供給。

二、水道的土砂輸送與河床變化

坡面土砂進入溪流後，依水流及土砂濃度，可透過不同方式運移：

1. 一般河川輸砂：細粒土砂多以懸浮載隨水流前進；較粗顆粒則以推移載沿河床滾動、滑動或跳躍。河床土砂亦可能在洪水中被沖刷、補充或重新搬運。
2. 高含砂水流：洪水含砂量升高時，水流挾帶大量土砂，輸砂能力與河床沖淤會明顯改變。