111 高普考高考三級 水土保持工程 考古題詳解

核心觀念

本題為公職高普考「水土保持工程」之基本觀念綜合申論題，測驗考生對水土保持領域四大基礎理論、法規定義與工程內涵之掌握程度：

1. 水土保持之法定與學術意義：依據命題當年（民國 111 年）法規《水土保持法》第 3 條第 1 款之法定定義，掌握工程、農藝、植生三種手段及防災、水源涵養、生態景觀之保育標的。
2. 土石流發生機制：土石流（Debris flow）形成需具備之水文、地質、地形三大必要物理條件與臨界坡度門檻。
3. 平台階段（Bench terrace）：坡地農地水土保持農藝與工程複合技術，利用微地形改造截短坡長以控制逕流沖蝕。
4. 生態工法（Ecological Engineering Methods）：依行政院公共工程委員會與水土保持相關規範，以生態為基礎、安全為導向之工程理念與設計準則。

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解題方法

本題為名詞解釋與機制說明題，切入點應採「結構化、定義先行、要素條列、機能補述」：

1. 水土保持之意義：先行引用《水土保持法》法定條文，確立法律層面之定義；續以學理層面擴充其涵蓋「治山防災、資源保育、生態永續」之綜合內涵。
2. 土石流發生必備條件：從物理力學與水文學角度，歸納「豐富鬆散土石（固相）」、「充沛水分（液相）」與「適當縱坡與流道（地形力學條件）」三大核心要素，並給出一般發生區之臨界坡度數據。
3. 平台階段：說明其斷面幾何構造（平檯踏面、立壁/階段坡面），強調其水文學效益「截短坡長、增加土壤入滲、安全導排地表逕流」，並列舉主要型式（如內傾式、水平式）。
4. 生態工法：闡述「以生態為基礎、安全為導向」之本質，說明其減少混凝土硬化、就地取材、多孔隙化營造生物棲地之工程實施手法。

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選項分析

本題為申論試題，無選擇題選項；針對評分四大子題之答題重點與評分爭點進行深度剖析：

1. 子題一（水土保持之意義）剖析：

• 採分點列出法定三種手段（工程方法、農藝方法、植生方法），不可缺漏任一項。
• 災防對象（沖蝕、崩塌、地滑、土石流、砂石流失）與保護標的（涵養水源、繁榮生態、維護水土資源）為採分核心關鍵字。

2. 子題二（土石流發生必備條件）剖析：

• 必備條件「水、土、坡」缺一不可；若僅論述降雨強烈而未述及地質崩塌堆積物或地形坡度，無法取得滿分。
• 地形條件須精確說明其發生區坡度多介於 $15^\circ \sim 30^\circ$ 之間，過緩無法啟動，過陡（如大於 $45^\circ$）則不易累積厚層土石。

3. 子題三（平台階段）剖析：

• 核心作用力學為「截斷坡長（Slope length reduction）」，大幅降低降雨地表逕流之累積動能與沖蝕能量。
• 需點明其多施作於坡度 $15^\circ \sim 25^\circ$ 以下之農牧用地，並需配合周邊截水溝與縱向排水系統。

4. 子題四（生態工法）剖析：

• 常見失分陷阱在於「只談生態、不談安全」；閱卷標準極度重視「在兼顧工程安全與防災機能之前提下」之防護原則。
• 需具體寫出孔隙營造、就地取材、減少水泥用量與維持水陸生態廊道之連續性。

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解題技巧

1. 定額配分分配：本題由四個獨立子題組成，答題版面應力求平衡（各佔約 5～6 分的答題篇幅），段落標號清晰分明。
2. 關鍵字精準命中：閱卷老師依關鍵字給分，如「工程、農藝、植生」、「充沛水分、豐富土石、足夠坡度」、「截短坡長、入滲、排水」、「安全為導向、多孔隙、在地材料」，應置於段落首句。
3. 數值與專業術語強化：在土石流條件中補述流動與堆積之坡度區間；在平台階段提及「內傾式平台（Reverse-slope bench terrace）」，展現科班專業深度。

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【答案】

核心觀念

本題考查《水土保持法》體系中「山坡地開發管制與行政簡化程序」之核心規範，法源依據為《水土保持法》第 12 條及《水土保持計畫審核監督辦法》第 3 條（以命題當年民國 111 年法規為準）。

水土保持義務人於山坡地從事開發利用行為，原則上應擬具「水土保持計畫」送主管機關審核；但考量行政效率與比例原則，針對規模微小、致災風險低之行為，法規授權得以程序較為精簡之「簡易水土保持申報書」代替水土保持計畫，免除繁複的專業技師簽證與冗長審查流程。

現行法已修正：主管機關行政院農業委員會已於民國 112 年 8 月改制為農業部，相關法規配合機關名稱調整，但《水土保持計畫審核監督辦法》第 3 條關於簡易水土保持申報書之各項規模門檻實質內容維持一致。

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解題方法

本題為法規記憶與歸納之申論題。解題切入點應精準對應《水土保持計畫審核監督辦法》第 3 條第 1 項各款規範，將題目列舉之六種行為逐一分項說明其「得替代之規模門檻條件」，答題步驟如下：

1. 點明法源依據：引用《水土保持法》第 12 條及《水土保持計畫審核監督辦法》第 3 條作為開展基礎。
2. 逐項分流列述：針對題目指定的「修築農路」、「改善既有道路」、「開挖整地（整坡）」、「採取土石」、「開發建築用地」及「農業設施」六大項目，條列其法定面積、長度、寬度或土方量標準。
3. 區分複合條件：明確區隔要件中的「且（兩者兼備）」與「或（擇一適用）」，以及「建築面積」與「基地面積／開挖整地面積」之不同。
4. 補充通則限制：補充主管機關得依轄區特性酌減規模之配套規定，以展現答題完整度。

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選項分析

本題為高考三級水土保持工程類科之「申論題」，非選擇題型，故無選項可供個別正誤分析。評閱重點在於考生能否完整涵蓋題目所點名之六種開發態樣，並精準寫出各項物理量門檻（長度、寬度、面積、體積）及法條限定文字。

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解題技巧

1. 數字與對象記憶口訣：

• 道路雙寶（四路五百）：修築農路與改善既有道路，標準皆為「路基頂寬 $\le 4\text{ 公尺}$」且「長度 $\le 500\text{ 公尺}$」（務必注意兩者皆須符合，屬「且」之關係）。
• 建築二分（建五百）：
• 開發建築用地看「建築基地面積」$\le 500\text{ 平方公尺}$。
• 農業設施有建照者看「建築面積」$\le 500\text{ 平方公尺}$；無建築行為者看「開挖整地面積」$\le 1,000\text{ 平方公尺}$。

核心觀念

本題旨在評量考生對水土保持與坡地工程中「擋土構造物」之型式分類、力學穩定機制（自重、土壓力、彎矩剪力抗力、加勁拉力）及工程經濟適用高度之掌握程度。

• 法規與技術依據：以命題當年（民國 111 年）法規為準，主要依據《水土保持技術規範》（當時為民國 109 年修正發布版，相關條文如第四章「邊坡穩定與擋土構造物」）與行政院農業委員會水土保持局（現行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》。現行法與設計規範雖有持續更新，但核心分類與適用高度指標仍具一致性。
• 力學與高度關係：擋土牆主要承受側向土壓力（主動土壓力 $P_a$）、水壓力及地震力。牆體高度 $H$ 增加時，土壓力呈平方關係增加（$P_a \propto H^2$），底部彎矩則呈立方關係激增（$M \propto H^3$）。因此不同牆體型式之材料強度與力學傳力路徑，直接決定其經濟與安全的「高度適用範圍」。

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解題方法

本題屬標準技術申論題，答題架構應採「結構力學機制與材料型式」切入，分為剛性擋土牆（重力式、半重力式、懸臂式、扶壁式）、柔性擋土牆（蛇籠式、加勁擋土牆）及錨碇式擋土牆等系統進行分類說明。每一種類均應明確載明：

1. 構造與穩定機制（靠自重、配筋抗彎、摩擦拉拔或拉力錨碇）。
2. 經濟與實務上的適用高度範圍（給定明確公尺數值）。
3. 答題最後彙整成「綜合比較表」，強化版面結構度與閱卷辨識度。

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選項分析

本題為申論題，無選項分析。

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解題技巧

1. 數值記憶階梯法：掌握高度由低至高的遞增邏輯，避免數值錯亂：

• 砌石／蛇籠：$H \le 3\sim 5\text{ m}$
• 重力式：$H \le 4\sim 5\text{ m}$
• 半重力式：$H \approx 3\sim 6\text{ m}$
• 懸臂式：$H \approx 4\sim 8\text{ m}$
• 扶壁式：$H \approx 6\sim 12\text{ m}$（或 $> 8\text{ m}$）
• 加勁／地錨式：$H \approx 6\sim 15\text{ m}$ 以上。

2. 常見陷阱：

• 誤將「扶壁式」當作低矮擋土牆。扶壁式（Counterfort）係利用肋梁（扶壁）將長懸臂轉換為連續雙向或三向受彎，目的是解決高牆底部彎矩過大問題，故矮牆（$H < 6\text{ m}$）使用扶壁式反而因模板繁瑣而不經濟。
• 忽略水土保持工程的特色構造物。除傳統鋼筋混凝土（RC）外，山坡地水保工程極常採用「蛇籠擋土牆」與「加勁擋土牆」，務必列出以符水保類科專業特性。

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【答案】

一、擋土牆之種類與高度適用範圍

1. 重力式擋土牆（Gravity Retaining Wall）

• 結構機制：主要由無筋混凝土（純混凝土）或漿砌石（砌卵石、塊石）構築，完全依賴結構物自身之龐大重量來抵抗背填土所產生之側向滑動與傾覆力矩。斷面通常呈現梯形，底寬約為牆高之 $0.4\sim 0.7$ 倍。
• 適用高度：
• 純混凝土重力式：$H \le 4\sim 5\text{ m}$。
• 漿砌石重力式：$H \le 3\sim 4\text{ m}$。
• 當牆高超過 $5\text{ m}$ 時，所需混凝土斷面體積急遽增加，基礎承載力需求過大且極不經濟。

2. 半重力式擋土牆（Semi-Gravity Retaining Wall）

• 結構機制：斷面型式介於重力式與懸臂式之間，在牆身立壁與底版交接等易產生拉應力之局部區域配置少量鋼筋（無須全面配置重筋），藉以減小混凝土厚度與體積。
• 適用高度：
• $H \approx 3\sim 6\text{ m}$。

3. 懸臂式擋土牆（Cantilever Retaining Wall）

• 結構機制：採用鋼筋混凝土（RC）構築，由垂直立壁（Stem）、踵版（Heel）及趾版（Toe）組成倒「T」形或「L」形構造。其特點為利用置於踵版上方之背填土自重作為穩定壓重，共同抵抗傾覆力矩；立壁則視為一由底版向上突出的垂直懸臂梁，承受填土側向彎矩與剪力。
• 適用高度：
• $H \approx 4\sim 8\text{ m}$。
• 牆高低於 $4\text{ m}$ 時，RC 模板與鋼筋成本較重力式高；

核心觀念

本題旨在考查開渠水力學中等速流（均勻流）之水力要素計算，核心觀念包含：

1. 梯形渠道幾何要素：

• 渠岸坡度為 $45^\circ$，即邊坡比（垂直：水平）為 $1:z = 1:1$（$z = \cot 45^\circ = 1.0$）。
• 通水斷面積：$A = (B + z y) y$
• 潤周：$P = B + 2 y \sqrt{1 + z^2}$
• 水面寬：$T = B + 2 z y$

2. 曼寧公式（Manning's Formula）： $Q = \frac{1}{n} A R^{2/3} S_0^{1/2}$ 等速流下求得之水深即為正常水深（Normal Depth, $y_0$）。
3. 水力半徑（Hydraulic Radius, $R$）與水力深度（Hydraulic Depth, $D$）定義： $R = \frac{A}{P}, \quad D = \frac{A}{T}$
4. 福祿數（Froude Number, $Fr$）： $Fr = \frac{V}{\sqrt{g D}} = \frac{Q / A}{\sqrt{g D}}$ 用於判別流況為亞臨界流（緩流，$Fr < 1$）、臨界流（$Fr = 1$）或超臨界流（急流，$Fr > 1$）。

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解題方法

步驟一：建立斷面幾何關係式

已知渠底寬 $B = 1.0\ \mathrm{m}$，側坡 $z = \cot 45^\circ = 1.0$：

• 通水斷面積： $A = (1.0 + y) y\ (\mathrm{m^2})$
• 潤周： $P = 1.0 + 2 y \sqrt{1 + 1^2} = 1.0 + 2\sqrt{2} y \approx 1.0 + 2.8284 y\ (\mathrm{m})$
• 水面寬： $T = 1.0 + 2(1.0) y = 1.0 + 2 y\ (\mathrm{m})$

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步驟二：利用曼寧公式求解正常水深 $y_0$

將已知條件 $Q = 3.0\ \mathrm{m^3/s}$、$n = 0.02$、$S_0 = 0.01$ 代入曼寧公式： $3.0 = \frac{1}{0.02} A R^{2/3} (0.01)^{1/2}$ $3.0 = 50 \times 0.1 \times A R^{2/3} = 5.0 \times A R^{2/3}$ $A R^{2/3} = \frac{A^{5/3}}{P^{2/3}} = \frac{3.0}{5.0} = 0.600$

此為非線性方程式，國考實務上採用**試誤法（Trial and Error）**求解：

假設水深 $y\ (\mathrm{m})$	斷面積 $A\ (\mathrm{m^2})$	潤周 $P\ (\mathrm{m})$	水力半徑 $R\ (\mathrm{m})$	$A R^{2/3}$	判定（目標值 $0.600$）
$0.60$	$0.9600$	$2.6970$	$0.3560$	$0.4824$	太小
$0.70$	$1.1900$	$2.9799$	$0.3993$	$0.6453$	太大

核心觀念

本題旨在測驗野溪治理中「溪流整流工程」（Stream Training Works）之學理定義、系統規劃概念及常見工法之工程目的。

1. 法規與規範依據： 以命題當年（民國 111 年）法規為準，主要依據《水土保持技術規範》第 173 條至第 181 條（野溪治理、護岸、固床工、丁壩等規範）以及《水土保持手冊》（治山防災篇）。
2. 整流工程核心內涵： 山區野溪常因縱坡陡峭、水流集中、洪峰流量大及含砂量高，導致流路擺盪、岸壁沖淘及溪床劇烈刷深或淤積。溪流整流工程之核心精神為「順應水勢、因勢利導」，藉由人工或半自然水工構造物，主動約束或引導水流方向，改善水流動力條件與泥砂輸送平衡，達成保護兩岸保全對象與穩定溪槽之目標。

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解題方法

申論此題應採「先總體定義，後分類解析」之層次架構：

1. 定義界定：從「對象（野溪／溪流）」、「手段（水工構造物與河道調整）」、「機制（導正流向、減緩沖刷、固定河床）」與「目標（防止洪災崩塌、保護保全物）」切入，給予周延且專業之定義。
2. 方法舉例與目的：整流工程在空間維度上涵蓋「沿岸縱向（護岸、導流堤）」、「向心挑流（丁壩）」、「橫交垂直（固床工）」及「溪槽斷面調整（疏濬／整坡）」。分項列出 4～5 種具代表性之工法，逐項詳述其「施作方法與構造」與「工程目的」。

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選項分析

本題為高考三級申論題，無選擇題選項。評分重點著重於專有名詞定義之精準度（約佔 30%）以及工法舉例之完整性與目的對應性（約佔 70%）。

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解題技巧

1. 空間矩陣記憶法： 回答整流工法時，由溪流的三維空間切入，確保無遺漏：

• 兩岸縱向：護岸工、順壩（導流堤）。
• 橫向導流：丁壩工（水制工）。
• 溪底立體高程：固床工（跌水工）。
• 流路平斷面：河道開挖整修、截彎取直。

2. 常見盲點與陷阱：

• 混淆整流工與防砂工：攔砂壩、防砂壩之主要目的為「攔截土石、抑制土砂產出、減緩土石流規模」，屬於「治砂」工法，不宜單純作為「整流」之主要範例；整流工程著重於「引導流況、防止水流直接淘刷與固定流路」。
• 目的流於空泛：不可僅寫「保護溪流」等口號，必須點出水動力與土砂力學機制，如「束縮主流至深槽」、「消除副流沖刷」、「防止河床縱向深淘」、「抵抗水流拖曳應力」等專業詞彙。

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【答案】

一、溪流整流工程之定義

溪流整流工程（Stream Training Works）係指在易受暴雨洪流或土石沖淘、侵蝕、淤積或流路擺盪之野溪及河段，為導引水流沿預定方向宣洩、穩定溪槽斷面與流路，所採取之一系列水工構造物與河道改善措施。

其工程內涵在於藉由調整溪流平面線形、縱斷面坡降及橫斷面水力幾何條件，控制水流流向與流速，使水流衝擊力遠離脆弱溪岸，抑制河床深淘與側蝕崩塌，以確保兩側聚落、農地、公共設施等保全