107 高普考高考三級 水土保持工程 集水區經營與水文學 考古題詳解

核心觀念 本題考查集水區經營中的「水資源系統動態平衡」與「永續發展指標」。核心在於探討人類社會經濟活動與自然水文環境之間的承載與受力關係：

1. 水資源系統承載力（Carrying Capacity, $C$）：指在不破壞水文循環平衡、不劣化水體水質，且維持生態系健全運作（如保障生態基流量）之前提下，集水區水資源系統所能長期穩定提供之最大水量供給能力、儲蓄調節能力與環境污染自淨涵容能力。
2. 水資源系統負荷（Load / Stress, $L$）：指人類活動對該集水區水文系統施加的各項人為壓力總和，包括量度負荷（生活、農業、工業之取抽水需求）、質度負荷（點源與非點源污染排放總量）及地表變異負荷（土地開發導致不透水面積擴大、洪峰流量增加）。
3. 永續管理原則：達成永續水資源的核心數學準則為任何時期系統負荷皆不得超越其承載極限，即： $L \le C$ 水資源永續管理必須透過「維護並提升承載力」與「抑制並削減負荷」雙向並進的手段，以維持集水區水文系統的動態平衡與彈性韌性。

解題方法 本題為典型的高等考試申論題型，答題脈絡應採「概念定義 $\to$ 雙軌措施（承載力管理 vs. 負荷管理）$\to$ 綜合治理調適」的邏輯推演：

1. 破題論述：明確定義承載力與負荷，點出兩者失衡時將引發水資源枯竭、水質惡化與洪旱災旱頻仍之永續危機。
2. 承載力管理層面（供給端與環境保育）：從水文學的「入滲、蓄水、自淨、韌性」切入，提出維護水源涵養林、水庫清淤防淤、多元水源及生態自淨能力的對策。
3. 負荷管理層面（需求端與土地管制）：從「總量管制、用水效率、污染防治、逕流調控」切入，提出水權管理、水價與節水、低衝擊開發（LID）及土地使用分區管制之作為。
4. 統合歸納：論及動態監測與調適型治理（Adaptive Management），展現高階公務員之政策整合思維。

選項分析 本題為公職專技申論題，非選擇題型。考生答題時切忌條列空泛口號，應將專業水土保持工程與水文學技術（如安全出水量、非點源污染防制、逕流分擔與出水管制）融入論述，以展現專業鑑別度。

解題技巧

1. 答題架構對稱法：承載力與負荷的管理措施應採對稱編排（如「承載力：涵養/增補」對應「負荷：節制/減量」；「承載力：水質自淨」對應「負荷：排污管制」），視覺結構整齊分明。
2. 融入水保與水文專業術語：多使用「基期逕流」、「入滲補注」、「生態基流量」、「安全出水量（Safe Yield）」、「非點源污染（NPS）」、「低衝擊開發（LID）」等核心詞彙。
3. 避免常見陷阱：許多考生容易只寫「開源節流」，此為傳統工程思維。題目強調「集水區經營」與「承載力/負荷」，必須涵蓋「水質涵容」與「集水區土地利用管理」，不可單純論述自來水調度。

【答案】

一、水資源承載力與負荷之內涵

集水區水資源永續管理旨在確保水資源之量、質及生態功能滿足當代需求，且不危及後代子孫之權益。

1. 水資源承載力（Carrying Capacity, $C$）：涵蓋「水源供水承載力」（流域安全出水量、伏流水及地下水入滲安全抽水量）與「水體環境承載力」（水質自然淨化涵容總量、維繫河川水棲生物之生態基流量）。

核心觀念

本題評量考生對「集水區整體治理規劃」之法規架構、工程體系與非工程管理策略的整合理解能力。

1. 法規與規範依據：以命題當年（民國 107 年）之《水土保持法》、《水土保持法施行細則》、《水土保持技術規範》及前行政院農業委員會水土保持局（現已改制為農業部農村發展及水土保持署）編印之《水土保持手冊》為準。（現行組織已於民國 112 年隨農業部成立改制，相關手冊與技術規範亦持續滾動修訂，惟集水區治理之核心規劃學理與架構維持一致）。
2. 集水區治理之定義：以水文集水區為完整單元，針對集水區內之地形、地質、土壤、植生、氣象及水文特性，以預防沖蝕、崩塌、地滑、土石流等土砂災害為主要目標，並兼顧水資源涵養、生態保育與土地合理利用之綜合性規劃與治理作為。
3. 治理規劃之三大主軸：題幹明示之「土地利用現況」（因地制宜、非工程管制）、「保全對象」（生命財產、公共設施、重要水庫等目標導向）及「治理成效」（土砂減量、排洪效益、生態衝擊最低化）。

解題方法

本題為標準的申論型觀念整合題，作答應採取「雙構面開展法」，即將問題精確拆解為「集水區治理之內容」與「集水區治理之要點」兩大核心，並落實題幹提示之約束條件：

1. 集水區治理內容（What）：依系統工程觀點，由治理範疇由上游至下游、由點至面進行分類，涵蓋「崩塌地治理」、「野溪治理」、「土石流防治」、「坡地水土保持與水資源涵養」以及「非工程管理措施」。
2. 集水區治理要點（How & Principles）：緊扣題幹三大命題要求（土地利用、保全對象、治理成效），論述治理時應遵循之核心指導準則，包含整體連續性規劃、保全對象導向與風險分級、生態友善工法導入、非工程預警避災搭配，以及治理生命週期之維護管理。

解題技巧

1. 避免偏重單一工程：許多考生常僅列出「防砂壩、護岸、沉砂池」，忽略了「崩塌源頭處理」、「農地水土保持」與「非工程軟體措施（監測預警、土地利用分級）」，導致失分。必須「軟硬兼施」。
2. 扣緊題目提示字：題目已提示「土地利用現況」、「保全對象」與「治理成效」，在回答「要點」時，必須將這三項作為獨立或核心段落發揮，向閱卷委員展現緊扣題旨的邏輯嚴謹度。
3. 運用治理核心口訣：「源頭抑制、過程調節、下游宣洩」與「治山、防災、涵養水源」，此為評分標準中極具代表性的專業關鍵詞彙。

【答案】

集水區治理規劃之具體內容與實施要點分述如下：

一、集水區治理之內容

集水區治理採取工程與非工程並重之綜合性措施，依空間區位與功能區分為以下五大範疇：

1. 崩塌地處理工程（源頭抑制）：

• 邊坡穩定工法：針對集水區上游向源侵蝕、順向坡滑動或淺層崩塌，設置擋土牆、格梁護坡、打設地錨、微型樁等穩定坡腳及邊坡。
• 截排水系統：配置坡頂截水溝、坡面縱橫向排水溝、地下盲包與水平集水管，排除地表與地下逕流，降低孔隙水壓力。
• 植生綠化工法：配合噴植、敷蓋、草生植生帶及打樁編柵，抑制土壤沖蝕並加速地表植生復育。

核心觀念 本題評量考生對「集水區經營效益評估」之架構性理解，核心觀念在於釐清「水土保持處理與維護」在集水區治理工程中，所產生的物理量變化如何轉化為經濟與環境效益，並精準區分「直接效益（Direct Benefits）」與「間接效益（Indirect Benefits）」。

• 集水區三大治理主軸：河溪治理（野溪整治、防砂工程）、土砂控制（崩塌地處理、地工穩定）、坡地保育（農地水保、植生覆蓋、排水系統）。
• 效益分類準則：
• 直接效益：指水土保持工程或植生措施施作後，在「治理現址或緊鄰受保全對象」所產生的直接、有形、通常具明確市場或減災定價之成果（如土砂攔截量、原址生產力提升、現地設施保全）。
• 間接效益：指因上游治理改善後，隨水文及土砂輸送鏈擴散至「下游地區、周邊環境、整體社會與生態系統」之延伸、外溢或無形效益（如減輕下游洪災、調節枯旱基流、碳吸存、生物多樣性提升）。
• 法源與技術依據（以命題當年民國 107 年法規為準）：
• 《水土保持法》第 1 條所揭示之立法宗旨：「為實施水土保持之處理與維護，以保育水土資源，涵養水源，減免災害，促進土地合理利用，增進國民福祉」。
• 《水土保持技術規範》中關於野溪治理、坡地保育及土砂控制之規劃目標。

解題方法 本題為標準的申論型題型，解題切入點採用「空間尺度（現地原址 vs. 下游外溢）」與「影響構面（防災安全、水文資源、生產經濟、環境生態）」之矩陣展開法，兼顧治山防洪工程與坡地保育之實務面向：

1. 直接效益切入點：從「就地保全與直接產出」著手，聚焦於控制土壤沖蝕、現地保全對象（保全戶、道路、公共設施）、直接攔阻土砂產量及增加現地農地利用率。
2. 間接效益切入點：從「系統性連鎖反應與外溢效果」著手，將視野放大至集水區下游流域，探討防洪減災、水資源時空分佈調節、水庫延壽、生態系服務價值及社會經濟之永續穩定。

選項分析 本題為申論題，非選擇題，無個別選項。

解題技巧

1. 界線釐清技巧：判斷直接與間接效益的黃金法則是「空間位置與因果鏈距離」。

• 凡是發生在「治山防洪工程本體與現地（On-site）」的效益（如攔砂壩直接擋住 $V$ 立方公尺的土砂、護坡工程保住農田不崩塌），歸為直接效益。
• 凡是發生在「遠端下游（Off-site）」或屬於「第二層衍生連鎖效應」（如因上游未下砂，導致下游河床未淤高，進而減少堤防溢淹風險），一律歸為間接效益。

2. 常見陷阱：

• 陷阱一：將「水庫淤積減少」隨意歸類。若從治山防洪工程角度，「下游水庫減少淤積量」屬於上游水保處理的外溢間接效益；若混為工程現地直接效益，易被閱卷老師視為觀念模糊。
• 陷阱二：內容空泛，僅寫「保護環境、人人平安」。

核心觀念

1. 單位歷線（Unit Hydrograph, UH）定義： 集水區在特定單位延時（本題為 $D = 2$ 小時）內，降下一均勻分布且總量為「單位有效雨量」（公制標準定義為 $R_0 = 1\ \mathrm{cm} = 10\ \mathrm{mm} = 0.01\ \mathrm{m}$）所產生之「直接逕流歷線」（Direct Runoff Hydrograph, DRH）。
2. 逕流體積守恆原理： 單位歷線所涵蓋之總逕流體積 $V$，必等於集水區面積 $A$ 與單位有效雨量深度 $R_0$ 之乘積： $V = \int Q\ dt = A \times R_0$ 對於底寬為 $T_b$、尖峰流量為 $Q_p$ 之三角形單位歷線： $V = \frac{1}{2} \times T_b \times Q_p$
3. 入滲損失與有效雨量（$\Phi$ 指數法）： 有效雨量強度 $i_e$ 等於降雨強度 $I$ 扣除平均入滲指數 $\Phi$： $i_e = I - \Phi$ 某延時區間內之有效雨量深度 $R = i_e \times \Delta t$。
4. 線性疊加原理（Linear Proportionality and Superposition）： 單位歷線具備倍數性與可加性。多延時降雨時，各段有效雨量產生之直接逕流依時序展開並縱向相加，最後加上基流量 $Q_b$ 即得總逕流歷線 $Q(t)$： $Q(t) = Q_d(t) + Q_b = \sum \left[ R_i \times U(t - (i-1)D) \right] + Q_b$

解題方法

第一部分：計算 2 小時單位歷線之尖峰流量（$Q_p$）

1. 已知條件：

• 集水區面積 $A = 64.8\ \mathrm{km^2} = 64.8 \times 10^6\ \mathrm{m^2}$。
• 單位歷線有效雨量深度 $R_0 = 1\ \mathrm{cm} = 0.01\ \mathrm{m}$。
• 三角形單位歷線底寬（基期）$T_b = 6\ \mathrm{hr} - 0\ \mathrm{hr} = 6\ \mathrm{hr} = 6 \times 3600 = 21,600\ \mathrm{s}$。
• 尖峰發生於 $t = 3\ \mathrm{hr}$。

2. 公式推導與計算： 依據水體積平衡方程式： $\frac{1}{2} \times T_b \times Q_p = A \times R_0$ $Q_p = \frac{2 \times A \times R_0}{T_b}$ 代入數值： $Q_p = \frac{2 \times (64.8 \times 10^6\ \mathrm{m^2}) \times 0.01\ \mathrm{m}}{21,600\ \mathrm{s}} = \frac{1,296,000}{21,600} = 60\ \mathrm{cms}\ (\mathrm{m^3/s})$

第二部分：計算此場降雨之逕流歷線

1. 有效雨量分析：

• 降雨強度 $I = 15\ \mathrm{mm/hr}$，入滲指數 $\Phi = 5\ \mathrm{mm/hr}$。
• 有效雨量強度 $i_e = I - \Phi = 15 - 5 = 10\ \mathrm{mm/hr} = 1.0\ \mathrm{cm/hr}$。
• 降雨總延時為 $4$ 小時。由於單位歷線之單位延時為 $2$ 小時，故將此場降雨依 $2$ 小時切分為連續兩場有效降雨區間：
• 第 1 區間（$t = 0 \sim 2\ \mathrm{hr}$）：$R_1 = 10\ \mathrm{mm/hr} \times 2\ \mathrm{hr} = 20\ \mathrm{mm} = 2.0\ \mathrm{cm}$。
• 第 2 區間（$t = 2 \sim 4\ \mathrm{hr}$）：$R_2 = 10\ \mathrm{mm/hr} \times 2\ \mathrm{hr} = 20\ \mathrm{mm} = 2.0\ \mathrm{cm}$。

2. 2 小時單位歷線之各時段縱距 $U(t)$： 由三角形幾何關係（$Q_p = 60\ \mathrm{cms}$，$T_b = 6\ \mathrm{hr}$，尖峰在 $t = 3\ \mathrm{hr}$）：

• 上升段（$0 \le t \le 3$）：$U(t) = \frac{60}{3} t = 20t$
• 下降段（$3 \le t \le 6$）：$U(t) = 60 - \frac{60}{3}(t - 3) = 120 - 20t$
• 各整點時間縱距為：
• $U(0) = 0\ \mathrm{cms}$
• $U(1) = 20\ \mathrm{cms}$
• $U(2) = 40\ \mathrm{cms}$
• $U(3) = 60\ \mathrm{cms}$
• $U(4) = 40\ \mathrm{cms}$
• $U(5) = 20\ \mathrm{cms}$
• $U(6) = 0\ \mathrm{cms}$

3. 直接逕流與總逕流疊加計算：

• 第 1 場有效雨量所產生之直接逕流：$Q_{d1}(t) = R_1 \times U(t) = 2 \times U(t)$
• 第 2 場有效雨量（延遲 2 小時發生）：$Q_{d2}(t) = R_2 \times U(t-2) = 2 \times U(t-2)$
• 總直接逕流：$Q_d(t) = Q_{d1}(t) + Q_{d2}(t)$
• 總逕流（加上固定基流量 $Q_b = 10\ \mathrm{cms}$）：$Q(t) = Q_d(t) + Q_b$

時段計算明細表（單位：$\mathrm{cms}$）：

| 時間 $t\ (\mathrm{hr})$ | 單位歷線 $U(t)$ | $Q_{d1} = 2U(t)$ | $Q_{d2} = 2U(t-2)$ | 直接逕流 $Q_d(t)$ | 基流量 $Q_b$ | 總