107 高普考高考三級 水土保持工程 坡地保育規劃與設計 考古題詳解

本題以命題當年（民國 107 年）之法規與行政體系架構為準。現行法已修正：行政院農業委員會已於民國 112 年 8 月 1 日改制升格為「農業部」，主管機關現行已為農業部。

核心觀念

1. 水土保持領域之兩大母法： 主管機關推動山坡地保育與水土保持工作之法律基礎，主要為《山坡地保育利用條例》與《水土保持法》。
2. 法規競合之適用原則：

• 特別法優於普通法原則：《中央法規標準法》第 16 條規定，法規對其他法規所規定之同一事項而為特別之規定者，應優先適用之。
• 後法優於前法原則：同一位階且規範相同事項之法規，後法應優先於前法適用。
• 明文規範依據：《水土保持法》第 1 條第 2 項明定：「水土保持，依本法之規定；本法未規定者，適用其他法律之規定。」

解題方法

本題為法規與制度類之申論題，作答應採取「法源辨識 $\to$ 順位判定 $\to$ 法理與實定法論證」之層次：

1. 第 (一) 子題：精準寫出法規全名，並依中央法規制定公布程序，明確寫出其公布施行年代。
2. 第 (二) 子題：明確界定「水土保持相關問題」發生競合時的優先順序，確立《水土保持法》位居優先地位。
3. 第 (三) 子題：從實定法條文（《水土保持法》第 1 條）、法理原則（特別法優於普通法、後法優於前法）以及兩法之規範範疇與立法目的切入，建立嚴謹完整的論述。

選項分析

本題屬非選擇題（申論題），無各別選項需要逐一勘誤。子題要求之評分要點剖析如下：

• 第 (一) 子題評析：核心在於考驗考生對水保工程領域兩部基礎母法及其歷史沿革之熟悉度；漏寫法規全名或年代記憶偏差為主要扣分點。
• 第 (二) 子題評析：核心在於定性法律地位。若未明確指認《水土保持法》優先於《山坡地保育利用條例》，或未區分實質規範領域，則難以獲取滿分。
• 第 (三) 子題評析：核心在於法律競合論理。不可僅空泛寫出「比較新所以先用」，必須引用《中央法規標準法》法理、《水土保持法》第 1 條明文依據，並輔以實務判解通說進行論理。

解題技巧

1. 法規公布年分的記憶竅門：

• 《山坡地保育利用條例》：民國 65 年制定公布（台灣早期因應山坡地濫墾濫伐、農業利用管理而立）。
• 《水土保持法》：民國 83 年制定公布（因應整體水土資源保育、重大土石流與坡地災害防救而立，比山保條例晚 18 年）。

2. 競合關係判斷陷阱：

核心觀念

本題考查《山坡地保育利用條例》及依該條例授權訂定之《山坡地可利用限度分類標準》（以命題當年民國 107 年法規為準；現行主管機關「行政院農業委員會」已於民國 112 年改制為「農業部」）。

其核心學理為土地能力分級（Land Capability Classification）​與水土保持限制因子評價法：

1. 四大評估因子：土地坡度、土壤有效深度、土壤沖蝕程度、母岩性質。此四因子分別代表邊坡幾何受力、水文保蓄與植物生長空間、既有沖蝕受損歷程，以及地質基盤抗風化軟弱度。
2. 評定原則（最劣因子限制法）：坡地分級採取「木桶理論」（短板效應），即土地之可利用程度由四因子中最劣之一項決定，藉以確保土地利用強度不超越其環境承載力。

解題方法

1. 第 (一) 子題（物理意義）： 切入點不可僅抄寫法規條文的分級數據，必須回歸水土保持力學、土壤物理學及水文學機制，闡明各因子在「水土流失」與「邊坡穩定」中所代表的力學或物理作用。
2. 第 (二) 子題（定性關係）： 採用「土地利用衝擊性與環境承載力」的對應矩陣切入。闡明從宜農牧地（利用強度最高、翻土頻率高）$\rightarrow$ 宜林地（利用強度中等、深根披覆）$\rightarrow$ 加強保育地（禁止開發、全面涵養保護），各因子呈現何種梯度變化，並特別強調「最劣因子決定制」的定性邏輯。

選項分析

本題為申論題，非選擇題，無選項對錯分析。答題關鍵在於架構清晰、條列分明，論述緊扣水土保持工程學理。

解題技巧

1. 答題架構化：子題 (一) 的物理意義，一律採用「幾何力學效應」、「水文入滲蓄水」、「抗剪阻抗」三大維度作答，分數必高。
2. 記誦關鍵字：

• 坡度：下滑分力、逕流流速與沖蝕剪應力。
• 深度：蓄水容量、根系錨定空間。
• 沖蝕：歷程指標、表面粗糙度破壞、惡性循環潛勢。
• 母岩：基盤抗剪強度、風化破碎度、地下水滲入弱化面。

3. 陷阱提示：切記坡地分級並非各因子分數相加平均，而是「任一因子達臨界劣況，即落入最嚴格分級（加強保育地）」，定性關係必須點出此「單向限制性」。

【答案】

(一) 四種因素之物理意義

1. 土地坡度（Slope Gradient）

• 力學意義（重力剪應力）：坡度決定了土體本身重力在沿坡切線方向的分力大小（$\tau = \gamma \cdot h \cdot \sin\theta$）。坡度愈陡，下滑力矩愈大，土體安全係數降低，邊坡失穩（淺層滑動、崩塌）機率劇增。
• 水文與沖蝕動力學意義：地表逕流流速隨坡度增加而加快（依據曼寧公式 $v \propto S^{1/2}$）。流速增加使水流之底床剪切應力與動能（$E_k \propto v^2$）呈等比級數放大，極易引致細溝及沖溝沖蝕。

2. 土壤有效深度（Effective Soil Depth）

• 水文蓄水與水力傳導意義：指地表至植物根系生長受阻（如基岩盤、磐土層或難透水層）之間的鬆散土層厚度。物理上代表降雨入滲之蓄存庫容量（Storage Capacity）。有效深度愈厚，可吸納之降雨量愈大，能延遲產流時間並降低尖峰流量；反之，薄層土壤極易在短延時強降雨下達到暫態飽和，引發孔隙水壓驟升及超滲逕流。
• 生物錨定力學意義：提供植物根系伸展、固著與向下扎根的立體空間。深厚土壤容許深根系統形成「土釘（Soil Nailing）」效應；淺層土壤則限制根系發育，使林木缺乏錨定力而易風倒或連根滑落。

3. 土壤沖蝕程度（Soil Erosion Degree）

• 地貌演變與既有損傷指標：物理上反映該地表過去受降雨滴濺、逕流沖刷所喪失表土的「累積損耗歷程」。

核心觀念

本題旨在測驗山坡地開發過程中「開挖整地」（Excavation and Grading）之法定規範、工程配置要項及其背後之大地工程與水文水土保持力學機制。

• 法規依據：以命題當年（民國 107 年）施行之《水土保持技術規範》相關規定為準。（備註：現行《水土保持技術規範》後續雖有局部條文修正，但開挖整地之原則、要項及學理架構維持一致，現行法規範於第 138 條至第 147 條）。
• 核心內涵：開挖整地打破了坡地原有的力學平衡與天然水文循環。因此，法規要求必須依循「最小擾動、挖填平衡、順應水系」之原則，並針對基底處理、土方壓實、邊坡幾何、截排水系統、坡面護蝕及臨時防災等要項進行嚴格管制，以確保坡地穩定並防杜下游土砂災害。

解題方法

本題為標準的「法規條文與工程學理並重」之申論題型，配分結構明確（6分、7分、7分），切入脈絡如下：

1. 第(一)小題（原則，6分）：依據《水土保持技術規範》明定之開挖整地原則，以精準條列方式呈現自然順應、挖填平衡、水路維護、分期分區與即時防護等五大核心思維。
2. 第(二)小題（要項，7分）：依照整地工程生命週期與構造部位（基底準備 $\rightarrow$ 土方填築 $\rightarrow$ 邊坡幾何 $\rightarrow$ 排水系統 $\rightarrow$ 坡面保護 $\rightarrow$ 施工中臨時防災），完整列出技術要項。
3. 第(三)小題（理由，7分）：將第(二)小題所列各要項，逐一以土壤力學（抗剪強度 $\tau_f = c' + \sigma' \tan\phi'$、壓實密度、孔隙水壓力）、地表水力沖蝕（坡長與坡度對漫地流剪應力之影響）及災害防治機制提出學理解釋，使法條與學理嚴密對扣。

選項分析

本題為申論題，非選擇題，無選項分析。

解題技巧

1. 「要項」與「理由」前後編號嚴格對應：第(二)子題列出幾項，第(三)子題就依相同編號逐條說明「理由」，架構對稱可使閱卷委員迅速核對給分點。
2. 引入大地與水利專業術語：說明理由時，避免「防止危險」等空泛字眼，應具體寫出「提高抗剪強度」、「降低孔隙比與後續沉陷」、「切斷順坡連續滑動面（Key trench）」、「減短漫地流坡長以減低沖蝕能量」、「排除水壓防止剪力強度衰減」等專業關鍵詞。
3. 切勿遺漏「施工中臨時防災設施」：一般土木整地常忽略此點，但水土保持工程極度重視「施工過渡期」的裸露面防護與泥砂攔截，這是水保類科申論奪取高分的關鍵防漏點。

【答案】

(一) 開挖整地之原則（6分）

依據《水土保持技術規範》，山坡地開挖整地應遵循下列各項基本原則：

1. 順應自然地形與保育環境：應配合基地自然地形、地質、水文及景觀特性進行規劃，儘量維持原有地形地貌及林木植被，避免大規模順向坡開挖、深挖或高填。
2. 力求土石方挖填平衡：整地土石方開挖與填築應儘量求其挖填平衡，避免土方外運或外購借土，以減少運土對環境之衝擊及棄土二次公害。
3. 維護天然水路與排水暢通：不得阻礙或破壞原有之天然水路、排洪系統及既有之水土保持設施；基地排水應順應天然集水分區安全引導排放。
4. 採分期分區施工：開發規模較大者，應妥善規劃分期分區施工，以縮小同一時間地表裸露面積，並縮短坡面無防護之暴露時間。
5. 即時實施工程及植生防護：開挖面及填土面於成形後，應依地質條件適時實施植生覆蓋、擋土支撐或護坡處理，防止沖蝕及坍塌。

核心觀念

本題測驗「野溪治理與整流工程」中丁壩（Spur Dike / Groyne）​的水理防護機制與設計規範，以命題當年（民國 107 年）之《水土保持技術規範》為準（現行法規條文與設計原則維持一致）。

1. 水理機能：圖一顯示野溪主流直接貼岸沖淘護岸基礎（掏空趾部引發邊坡失穩），圖二則以突向水流之丁壩群改變水流流態，將主流挑離岸壁，並在壩間形成減速迴流區促成泥砂淤積，達到「挑流、促淤、固岸」之目的。
2. 設計原則：丁壩並非單一獨立作用，通常成群配置，其「間距」直接決定壩間是否會產生具破壞性之渦流；其「長度、挑角、高度及透水型式」則影響通水斷面縮減率、壅水高及壩頭局部沖刷深度。

解題方法

1. 子題 (一)：直接引用《水土保持技術規範》之法定名詞定義，並對照圖一與圖二說明其防護護岸基腳之水力學用意。
2. 子題 (二)：以丁壩長度 $l$、河寬 $B$ 與河道線形（直線段 vs. 彎道凹岸）推導間距設計原則，並從流體力學中的「分離流（Separation Flow）」與「迴渦擴散區」說明控制間距的水理用意。
3. 子題 (三)：有系統地從平面配置（長度、挑角）、立面配置（高度、壩頂坡度）、構造型式（透水性）、基礎安全（壩頭與壩根保護）等四大面向逐一剖析。

選項分析

本題為申論題，非選擇題，故無選項分析。各子題命題重點與評分結構如下：

• 第 (一) 子題（6分）：考核「法定定義」（3分）與「工程用意」（3分）。必須指出自岸向河心突伸之條狀構造物特徵，並連結挑流、護腳與促淤機能。
• 第 (二) 子題（7分）：考核「間距準則」（4分）與「設計用意」（3分）。需寫出與丁壩長度之倍數關係（直線段與彎曲段之差異），並說明防止迴渦侵蝕及促成泥砂均勻沉降之原理。
• 第 (三) 子題（7分）：考核除間距外之「整體考量因素」（7分）。需列出長度限制、夾角方向（上挑/直交/下挑）、壩高縱坡、透水性與防掏刷構造等要項。

解題技巧

1. 記憶口訣「挑、淤、緩、固」：丁壩四大功效為「挑開水流、促淤造灘、減緩流速、鞏固護岸」。
2. 間距數值判斷：間距 $L$ 通常為壩長 $l$ 的 $1.5 \sim 4$ 倍。凹岸受衝擊大，間距必須縮小至 $1 \sim 2$ 倍；直線段可放寬至 $2 \sim 3$ 倍。
3. 常犯陷阱：

• 誤將丁壩與防砂壩（全斷面橫向攔水）混淆；丁壩為「局部突伸」構造。
• 忽略「壩根」錨定：丁壩最容易在洪水時被繞流由壩根掏空，故壩根深入岸邊原土層深處是作答關鍵。

【答案】

(一) 水土保持技術規範對於丁壩的定義與用意

1. 定義： 依據《水土保持技術規範》（以命題當年民國 107 年法規為準），丁壩係指自溪岸、護岸或堤防向溪心突伸構築之條狀水工構造物（突堤工）。
2. 用意：

• 挑流防護（導向作用）：改變水流方向，將高流速之主流線挑離易受沖刷的岸壁或護岸基礎（如圖一基礎被淘刷之處），消除水流直接沖淘基腳的破壞力。
• 減速促淤（造灘護岸）：水流穿過丁壩群時，在相鄰丁壩之間形成迴流減速區，促使推移載與懸浮泥砂沉澱淤積，逐漸形成穩定的灘地，回填並保護既有護岸臨水基礎（如圖二之效果）。
• 調整水深與河槽：集中枯水期水流於河心，維持水流主槽穩定，改善野溪流態。

核心觀念

本題探討坡地排水工程中「傳統三面光混凝土 U 型溝」在陡坡設置時所衍生的水土保持、環境衛生與生態衝擊，並評估其改善對策。

1. 法規依據：以命題當年（民國 107 年）《水土保持技術規範》為準（註：該規範後續雖有局部條文修正，但排水水力設計與消能原則一致）。依規範規定，排水設施之安全流速、縱向坡降、消能工配置及集集水斷面遞增原則為審查重點。
2. 水力學原理：坡度 $10^\circ$ 換算坡降率 $S = \tan 10^\circ \approx 0.176$（約 $17.6\%$），屬於極陡坡降。依曼寧公式（Manning's Formula）： $V = \frac{1}{n} R^{2/3} S^{1/2}$ 水流極易形成超臨界流（Supercritical Flow，即傅汝德數 $Fr > 1$），伴隨極高流速、強大動能與水躍沖蝕風險。
3. 生態工法與環境評估：平滑垂直壁構造物對生物造成「生態廊道阻隔」與「小型動物致死陷阱」，且缺乏多孔隙環境；枯水期容易形成死水窪，產生衛生問題。

解題方法

1. 拆解物理條件與情境切入：

• 「單一斷面」：沿線未隨集水面積累積調整斷面，上游段斷面冗餘，下游段易面臨洪峰溢淹。
• 「溝長 $100\text{ m}$、坡度 $10^\circ$」：長距離、高落差（總落差約 $100 \times \sin 10^\circ \approx 17.4\text{ m}$），水流沿程持續加速，動能累積巨大。
• 「U 型溝構造」：垂直光滑壁面、無逃生設計、無消能階梯。

2. 三大構面衝擊分析（第一小題）：

• 坡地保育：流速過高、溝尾淘空、溝背管湧滲漏、邊坡失穩。
• 環境衛生：枯水期雜物落葉沉積阻塞、死水孳生病媒蚊。
• 生態衝擊：廊道阻斷、棲地破碎化、動物掉落致死陷阱、缺乏微棲地。

3. 對應策略擬定（第二小題）：

• 針對水力與水保：分段跌水消能、溝尾消能池、溝背透水孔與逆濾層、變斷面設計。
• 針對生態：兩棲動物逃生坡道、生態跳島、多孔隙砌石底床、局部動物通道蓋板。
• 針對衛生：沉砂過濾、維護清淤動線設計。

選項分析

本題為申論題，非選擇題，無選項分析。

解題技巧

1. 數字敏感度：看到坡度 $10^\circ$，切勿只當成普通斜坡。土木與水保工程中坡降超過 $5\%$ 即屬大坡降，$17.6\%$ 必然產生沖蝕破壞流速，作答時必須點出「超臨界流」與「消能必要性」。
2. 答題結構對稱性：第一小題問「坡地保育、環境衛生、生態」，第二小題的改進措施就應嚴格以這三個構面逐項對應提出解決方案，結構嚴謹可得高分。
3. 圖形補充說明：圖三為典型之單一矩形／直立側壁 U 型預鑄或場鑄混凝土溝，無階梯、無逃生斜坡、無落水消能設施，答題時針對這些幾何特徵進行客觀推論。

【答案】

(一) 此排水構造之影響分析

1. 對坡地保育之影響

• 高速水流誘發沖蝕與溝尾淘空：坡度達 $10^\circ$（坡降約 $17.6\%$），長達 $100\text{ m}$，水流在平滑混凝土溝內持續加速形成超臨界流，流速遠超過容許沖蝕流速。