110 高普考高考三級 水土保持工程 土壤沖蝕原理與控制 考古題詳解

核心觀念

本題考查兩個層次：第一是「大規模崩塌」的規模判定與影響範圍堆積型態；第二是土砂以「集體運動」方式移動時，與水流逐粒搬運的土壤沖蝕有何不同。

大規模崩塌依「大規模崩塌災害防治行動綱領」所採定義，指崩塌面積超過 10 公頃、土方量達 10 萬立方公尺，或崩塌深度達 10 公尺以上的崩塌地，符合其中一項即可。此類崩塌屬深層崩塌，運動特性近似高速地滑。

本題的規模定義來自防災行動綱領，並非法條題，無須援引特定法條或公式。

解題方法

作答時先界定大規模崩塌的判定標準，再依崩塌後土體的運動路徑與堆積位置，說明影響範圍的三種型態。最後從搬運方式、作用力、運動速度及地形影響，將集體運動與一般土壤沖蝕並列比較。

一、大規模崩塌影響範圍的堆積型態

因此，大規模崩塌的影響範圍不只包括崩塌源頭，也應依土體移動和堆積路徑，評估坡腳、河道、下游堆積區，以及堰塞湖壩體可能造成的後續影響。

二、與土體集體運動及一般土壤沖蝕比較

「集體運動」是土粒、岩屑或岩體形成一定規模的土體，一起沿坡向下移動；一般土壤沖蝕則多由水、風等作用，使土粒逐粒脫離並搬運。兩者可概括如下：

核心觀念

本題考的是風蝕與飛砂的控制原理：風力會使裸露、乾燥、鬆散的土砂起動，經跳躍、滾動或懸浮搬運，最後在風速降低處堆積。防治上須同時著眼於減弱近地風速、攔阻移動砂粒、增加地表覆蓋與土體穩定性。

濱海地區與山坡地都可採用防風林、綠籬、草帶及防風網等方法，但環境條件與主要防治目標不同：

• 濱海地區：砂源豐富，且有強風、鹽霧與飛砂問題；須先攔砂、促進砂丘穩定，再建立植生與防風林帶。
• 山坡地：常見問題是風衝地帶表土乾燥、植被受損及表土受風搬移；須配合地形與主風向設置防風帶，並維持坡面植生覆蓋。

解題方法

依地區分述「防治目標—處理原則—具體方法」，並交代工法間的先後與配合關係。濱海地區以攔砂定丘及抗鹽植生為主；山坡地以降低風蝕、保護表土及維持植被為主。

作答要點

一、濱海地區

原則：先攔砂、促淤定丘，再以植生固定砂面，逐步建立防風林帶。 施工位置須配合主風向、潮汐與波浪影響範圍；植栽則選耐風、耐鹽、耐旱且適應砂地的植物。

1. 設置攔砂設施 於迎風側或砂源移動路徑設置攔砂籬、編籬、防風柵或防風網，降低近地風速，使飛砂沉積。可配合棋盤狀或分區配置，逐步形成背風弱風區。設施方向與位置應依主風向、海岸地形及波浪作用調整。

2. 逐步形成並穩定砂丘 利用堆砂籬或柵籬引導砂粒堆積，砂籬淤滿後可增設或加高，逐步穩定砂丘，避免砂丘持續向陸側移動。

3. 施行定砂植生 在較穩定的砂面種植適生濱海草本及灌木，增加地表覆蓋、根系固砂能力；強風季節可配合防風草帶或低矮防風綠籬。植生建立初期，須避免砂面受到踩踏或其他擾動。

4. 建立防風林帶 砂丘與植生逐漸穩定後，再配置海岸防風林及必要的耕地防風林帶。樹種宜選深根、多分枝、枝幹具彈性且耐風耐鹽者，並採多層次配置，以降低風速、攔阻飛砂及過濾鹽霧。

核心觀念

通用土壤流失公式（USLE）估算長期平均年土壤流失量：

$A=R K L S C P$

其中 $A$ 為單位面積年平均土壤流失量；$R$ 為降雨沖蝕力因子；$K$ 為土壤沖蝕率因子；$L$、$S$ 分別為坡長與坡度因子；$C$ 為作物與管理因子；$P$ 為水土保持處理因子。

$K$ 表示土壤在標準試驗條件下，對降雨打擊及地表逕流沖蝕的敏感程度。USLE 的標準條件為：坡長 72.6 ft（約 22.1 m）、坡度 9%、休耕且沿坡向耕作，並以降雨沖蝕力 $R=100$ 為基準。換言之，$K$ 是在標準條件下，每單位降雨沖蝕力所造成的土壤流失量；$K$ 越大，土壤越容易被沖蝕。

影響因子

$K$ 主要受土壤本身性質影響，常見因素如下：

• **粒徑組成與粉粒含量：**粉粒及極細砂容易受雨滴打擊、分散並被逕流搬運，通常會提高沖蝕性。黏粒含量增加有時可提升團粒黏結性，但其影響須與土壤結構及有機質共同判斷。
• **土壤結構：**穩定團粒可減少雨滴破壞與表土分散，通常降低 $K$；易崩解、分散的結構則提高 $K$。
• **有機質含量：**有機質有助於團粒形成、改善土壤孔隙與入滲，通常使 $K$ 降低。
• **土壤滲透性：**滲透性較高時，地表逕流通常較少，沖蝕性偏低；滲透性低則易形成逕流，增加土壤流失。
• **土壤剖面特性：**表土厚度、下層土壤質地及透水性等，也會影響逕流形成與土壤被剝離、搬運的程度。

解題方法：$K$ 的估算

考題要求說明「估算方式」，可從標準小區實測與土壤性質經驗估算兩方面作答。

核心觀念

本題考查通用土壤流失公式（USLE）中的地形因子 $LS$。$LS$ 是坡長因子 $L$ 與坡度因子 $S$ 的乘積，用來表示坡長和坡度對土壤沖蝕量的影響。標準坡面長度為 $22.1$ 公尺，因此題目兩方案的坡長因子相同。

採用常用的 USLE 公制經驗式：

其中，$\lambda$ 為坡長（公尺），$s$ 為坡度百分比數值，$m$ 為坡長指數；坡度達 $5\%$ 以上時，常取 $m=0.5$。

解題方法

兩方案的坡長皆為 $\lambda=22.1$ 公尺，故：

因此各方案的 $LS$ 值只需代入各自的坡度計算。

緩坡坡度 $s=5$：

核心觀念

本題考查開發基地沉砂池的泥砂量估算、設計容量換算，以及池體尺寸配置與維護。沉砂池用來攔截、沉積基地流失的土砂，降低泥砂往下游移動的風險；容量設計的基礎是基地的泥砂生產量。

以命題當年（民國 110 年）法規為準，《水土保持技術規範》第 92 條規定泥砂生產量採通用土壤流失公式（USLE）估算；第 93 條規定沉砂池容量以泥砂生產量的 1.5 倍計算，並訂有池深、構造及清淤維護原則。

USLE 的年土壤流失量可表示為：

其中，$A$ 為單位面積土壤流失量，$R$ 為降雨沖蝕指數，$K$ 為土壤沖蝕性因子，$L$、$S$ 分別為坡長與坡度因子，$C$ 為覆蓋與管理因子，$P$ 為水土保持處理因子。估算時應依基地條件採用適當參數，並依規定檢核最低泥砂生產量。

解題方法

依「先估泥砂量，再乘設計係數，最後配置池體尺寸」作答。

1. 估算泥砂生產量 依基地面積及地形、土壤、降雨與水土保持措施等條件，以 USLE 估算泥砂生產量。民國 110 年《水土保持技術規範》第 92 條另規定：

• 臨時性沉砂設施的估算值，依 USLE 估算值的二分之一計；但開挖整地部分每公頃不得小於 $250\ \mathrm{m^3}$，未開挖整地或完成水土保持處理部分每公頃不得小於 $15\ \mathrm{m^3}$。
• 永久性沉砂設施於完成水土保持處理或未開挖整地部分，每公頃不得小於 $30\ \mathrm{m^3}$。

2. 換算沉砂池設計容量 依第 93 條，將估算的泥砂生產量乘以 $1.5$：

其中，$V_d$ 為沉砂池設計容量，$V_s$ 為依第 92 條估算並檢核最低值後的泥砂生產量。若泥砂量以單位面積表示，應先乘基地面積，換算為總泥砂量後再乘 $1.5$。

3. 由容量決定池體尺寸 沉砂池有效容積應符合設計容量。採矩形池體時，可用下式初步配置平面尺寸：