109 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

核心觀念

本題考《水土保持技術規範》第 32 條「地質鑽探調查」：鑽孔須依基地地質條件及現場初勘結果規劃，目的是取得足以研判基地地質狀況的資料；鑽孔配置應有地質依據，不宜任意套用等距、等深的方格法。

以下以命題當年（民國 109 年）法規為準。第 32 條於民國 109 年修正，相關規定與本題答案直接相符；現行規範仍有觀測設備應適時維護的要求。

解題方法

依條文分成「鑽孔配置」及「觀測設備」兩部分作答，並先交代鑽探調查的前置工作，再列明剖面方向、孔數及孔位配置原則。

一、鑽孔配置原則

1. 鑽探前置調查與規劃 鑽探調查前，應先進行區域地質文獻分析及地表地質調查；再依基地地質狀況與現場初勘結果，設計足以研判基地地質狀況的鑽孔數量、配置及深度，不宜任意採用等距、等深的方格法。

2. 鑽探剖面方向 每一基地至少應鑽探一個剖面；剖面應儘量與基地主要地質構造線或地層走向垂直，以利判讀地下地質結構。

3. 每一剖面的鑽孔數與孔位 每一剖面至少三孔；基地面積在 0.5 公頃以下者，每一剖面得調整為至少二孔。孔位應配合地表調查，以能研判該剖面地質結構為原則。遇地質變化地點、露頭稀少處，或鑽探資料與預期不符時，應酌增鑽孔數。

4. 鑽孔深度 深度應配合鑽孔數與配置，以取得足以研判完整地質剖面的資料為原則。地質軟弱地區，鑽孔深度至少為載重區寬度的 1.5 倍；遇岩盤時，應至少深入岩盤 5 公尺，或達預定開挖面以下 5 公尺。

5. 基地鑽孔總數 基地面積在 0.5 公頃以下者，至少三孔；面積每增加 1.5 公頃，應增加一孔，不足 1.5 公頃以 1.5 公頃計。

核心觀念

邊坡穩定安全係數（$F_s$）表示潛在滑動面上的抗剪能力相對於滑動需求的比值：

安全係數越大，代表邊坡抵抗滑動的能力越高。計算時須先選定可能的滑動面，並依土層強度、地下水位、孔隙水壓、地表載重及地震等條件，進行邊坡穩定分析。

土壤抗剪強度通常依莫爾－庫倫準則表示：

其中 $c'$ 為有效凝聚力、$\phi'$ 為有效摩擦角，$\sigma'$ 為有效正向應力。若考慮孔隙水壓 $u$，則 $\sigma'=\sigma-u$。

解題方法

常用方法是條分法：將可能滑動的土體切分為多個土條，計算各土條在滑動面上的抗剪力與滑動力，再依所採用的方法（如瑞典條分法或簡化 Bishop 法）處理土條間作用力與力平衡。

以滑動面上的合力表示，安全係數可寫為：

其中 $l_i$ 為第 $i$ 土條底面長度，$N_i$ 為底面正向力，$u_i$ 為底面孔隙水壓，$T_i$ 為沿滑動方向的滑動力。實際分析時，須依採用的條分法求得各土條底面正向力及滑動力；

核心觀念

本題考查坡地排水的功能與規劃程序。坡地排水不是單純把水快速排走，而是依集水區、地形、土壤、降雨及土地利用情形，妥善收集、輸送並安全排放地表水與地下水，兼顧坡面穩定、土壤保育及下游安全。

坡地排水可分為：

• 地表排水：攔截、收集及輸送坡面逕流，例如截水溝、排水溝、側溝及導流設施。
• 地下排水：排除土中滲流水及地下水，例如盲溝、地下排水管及水平排水孔。

坡地排水的目的

1. 排除多餘逕流，減少坡面沖蝕 將坡面逕流導入適當排水路，降低水流在坡面上的流速與沖刷能力，避免沖溝、土壤流失及坡面破壞。

2. 降低入滲水與孔隙水壓，維持邊坡穩定 排除土中滲流水及地下水，可降低土體含水量與孔隙水壓，減少有效應力降低所造成的抗剪強度損失。有效應力關係可表示為：

$\sigma'=\sigma-u$

其中 $\sigma'$ 為有效應力、$\sigma$ 為總應力、$u$ 為孔隙水壓。排水降低 $u$，有助於提高邊坡穩定性。

3. 防止坡地及設施受淹、浸泡或淘刷 妥善排除道路、建築物、農地及其他設施周邊積水，減少基礎浸泡、路基軟化、邊坡淘刷及設施損壞。

4. 保護下游與排水設施安全 排水須有穩定且安全的出口，避免集中逕流直接沖擊下游河道、農地或聚落，也避免排水設施本身因流速過大而沖蝕、破壞。

5. 配合坡地利用與水土保持 排水系統須配合土地使用、整地、道路配置及植生措施，使排水與坡面保護共同發揮作用。

解題方法：坡地排水規劃程序

可依「調查集水區、判定排水需求、估算設計流量、配置設施、檢核出口與維護」的順序作答。

一、調查地形、集水區及現況排水

先調查地形高程、坡度、坡向、集水範圍、土壤與地質、地下水及滲水位置，並查明降雨特性、現有排水路、道路、建築物、農作利用及下游排水條件。

依地形劃分各排水分區，確認逕流從何處產生、流向何處，以及可能形成沖蝕或積水的位置。規劃時應讓排水路順應地形，避免不必要的長距離集中導流。

二、判定地表水與地下水的排除方式

• 對坡面降雨逕流，設置截水、側向導排及坡腳排水設施，避免逕流長距離沿坡面流動。
• 對滲水、地下水或容易積水的土層，配置盲溝、地下排水管或水平排水孔，將水導至安全出口。
• 對排水匯集處、轉彎處及落差較大的位置，考量沉砂、消能及防沖蝕設施。

三、估算設計逕流量

核心觀念

低衝擊開發（Low Impact Development, LID）是一種以基地自然水文條件為基礎的規劃與設計理念，透過分散、就地的雨水管理措施，讓降雨盡量在接近產生的位置入滲、滯留、蒸發散或再利用，減少地表逕流量與洪峰，並降低污染物隨逕流進入下游水體的負荷。

LID 的重點不是單靠大型排水設施快速把雨水排走，而是以源頭管理維持開發前後水文反應的接近程度。農業坡地應依坡度、土壤入滲能力、地質穩定性、作物與耕作需求選擇設施；若地層有滑動、崩塌或地下水問題，須避免將入滲設施設於可能危及坡體穩定的位置。

解題方法

本題分兩部分作答：

1. 先定義 LID：說明其源頭分散管理、就地處理雨水，以及降低逕流與污染的目的。
2. 再列農業坡地適用設施：按「截留與減速、入滲與滯蓄、植生與土壤保育、雨水利用」分類，並說明設施如何配合坡地條件。

這是概念與設施應用題，作答須兼顧設施名稱、作用及坡地適用性，避免只列名詞。

農業坡地適用的 LID 設施

一、等高線與植生型措施

• 等高耕作、等高畦溝：沿等高線耕作或設置畦溝，縮短順坡逕流路徑、降低流速，減少土壤沖蝕。
• 草溝、植生排水溝：以植生溝渠導引地表水，利用植被增加糙度、延長滯留時間，並攔截部分泥砂與污染物。坡降較大或流速可能造成沖刷時，須配合消能與穩定措施。
• 緩衝綠帶、植生帶：設於田區邊緣、坡腳或排水路兩側，攔截逕流中的泥砂與養分，並提供入滲及滯留空間。
• 植生覆蓋、覆蓋作物與敷蓋：維持地表覆蓋，減少雨滴打擊與表土沖蝕，改善土壤結構及入滲能力。

二、入滲與滯蓄型設施

• 雨水花園或生物滯留設施：利用植栽、土壤與排水層滯留及過濾逕流，可設於農舍、道路或集水區出口附近。設置位置須避開不穩定坡體，並確認土壤入滲與排水條件。

核心觀念

本題考查築壩式農塘土壩的兩項主要安全檢核：

1. 下游坡面滑動：蓄水後壩體內形成滲流，孔隙水壓上升、有效應力下降，土體抗剪強度因而降低。應以壩體與地基的土壤參數及孔隙水壓，進行邊坡穩定分析。
2. 管湧破壞：滲流水在壩趾或下游坡面出逸時，若出逸水力坡降過大，可能帶走土粒並形成內部侵蝕。應檢核土體抗管湧能力，並以反濾排水等措施控制滲流及土粒流失。

以命題當年（民國 109 年）法規為準，《水土保持技術規範》第 56 條規定築壩式農塘堤壩規劃設計準用第 115 條及第 116 條；第 116 條要求土壩分層填壓夯實，單層厚度不超過 30 公分，改良式夯實試驗法相對夯實度以達 90% 以上為原則，且壩體施工及基礎處理應避免滲漏及管湧。第 115 條規定土壩溢洪道設計，並非本題滑動及管湧計算的主體。

解題方法

一、下游坡面滑動穩定分析

先依地形、地質調查及鑽探資料，建立土壩剖面，並取得各土層的單位重、凝聚力 $c'$、摩擦角 $\phi'$、透水係數及地下水位等參數。再分析蓄水與滲流情況，求得壩體內的浸潤線及孔隙水壓分布。

下游坡穩定應以蓄水後的穩定滲流狀態為重要檢核工況。若設計條件要求，另檢核施工期間、地震或水位變動等工況。將壩體剖面劃分為垂直土條，採簡化 Bishop 法或其他適用的極限平衡法，搜尋可能的圓弧滑動面，計算最小安全係數。

簡化 Bishop 法的安全係數可表示為：

其中，$b_i$ 為第 $i$ 土條寬度，$W_i$ 為土條重量，$\alpha_i$ 為土條底面傾角，$u_i$ 為底面平均孔隙水壓，$c'_i$ 與 $\phi'_i$ 為有效應力強