112 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

本題測驗山坡地開發水土保持計畫中「地質調查與鑽探規劃」之法規規定與工程實務布置能力。 法規依據以命題當年（民國 112 年）之**《水土保持技術規範》第三十五條**（地質調查鑽孔數量）為準（現行法規規定亦同）：

1. 鑽孔數量規定：

• 基地面積在 $2\,\mathrm{ha}$（公頃）以下者，至少 $4$ 孔。
• 基地面積超過 $2\,\mathrm{ha}$ 者，每增加 $1\,\mathrm{ha}$ 增鑽 $1$ 孔；增加未滿 $1\,\mathrm{ha}$ 者，以 $1\,\mathrm{ha}$ 計。
• 基地面積超過 $10\,\mathrm{ha}$ 者，得視基地之地形、地質之複雜程度酌予增減，但總孔數不得少於 $12$ 孔。

2. 鑽孔布置原則：

• 均勻分布於基地範圍，掌握全區地層層序與岩性。
• 沿主坡向（地形傾斜方向）及垂直主坡向布置鑽孔線，以利繪製互為正交之代表性工程地質剖面圖。
• 涵蓋主要水土保持構造物預定地（如滯洪沉砂池、高大擋土牆）、大規模挖填方交界處、以及邊坡潛在滑動或軟弱破碎帶。

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解題方法

一、地質調查最小鑽孔數計算

1. 計算基地面積： $A = 400\,\mathrm{m} \times 300\,\mathrm{m} = 120,000\,\mathrm{m}^2 = 12\,\mathrm{ha}$
2. 依規範計算基準鑽孔數：

• 基礎前 $2\,\mathrm{ha}$ 之基本孔數為 $4$ 孔。
• 超過 $2\,\mathrm{ha}$ 之面積為： $12\,\mathrm{ha} - 2\,\mathrm{ha} = 10\,\mathrm{ha}$
• 每增加 $1\,\mathrm{ha}$ 增鑽 $1$ 孔，增鑽孔數為 $10$ 孔。
• 原則基準鑽孔總數為： $N = 4 + 10 = 14\,\text{孔}$

3. 規範但書裁量與法定最低門檻檢視：

• 本案基地面積達 $12\,\mathrm{ha}$，符合「超過 $10\,\mathrm{ha}$」之規定，主管機關與技師得視基地之地形、地質複雜程度酌予增減。
• 若基地地形地貌單純、地層連續無複雜構造，鑽孔數得酌減，但法定總孔數絕對下限不得少於 $12$ 孔。
• 因此，於標準地質條件下，至少應規劃 14 孔；若經地質評估條件單純而予酌減，其法定底限至少為 12 孔。

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二、鑽孔布置方式繪製與說明

1. 鑽孔配置平面圖（以標準 14 孔配置為例）

假設基地地形由北向南傾斜（北高南低，坡向朝南），配置 14 個鑽孔（編號 $\text{BH-1} \sim \text{BH-14}$），長邊 $400\,\mathrm{m}$、短邊 $300\,\mathrm{m}$，示意如下：

核心觀念

本題旨在測驗考生對於坡地農業土地開發利用時，在法規要求與工程實務上如何進行全盤性的水土保持保育規劃。本題涉及之法規依據以命題當年（民國 112 年）之《水土保持法》、《水土保持法施行細則》、《水土保持技術規範》（行政院農業委員會，現為農業部農村發展及水土保持署）及《坡地農場水土保持規劃設計手冊》為準。

核心觀念聚焦於兩大構面：

1. 規劃原則：在符合「土地利用能力分級」的前提下，如何達成「資源保育」、「防災安全」、「農業生產經營效益」與「生態景觀永續」之平衡，落實順應自然地形與最小擾動原則。
2. 主要規劃項目：從環境背景調查出發，落實至「土地分區」、「水系（截排灌）」、「路網（農路與作業道）」、「坡面處理（工程與農藝）」及「防災附屬設施」等系統化配置。

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解題方法

本題屬於申論題中的「體系架構題」，切入點應採取「綱舉目張」的系統化架構，切忌僅零散列舉單一工程工法。

1. 規劃原則：由上位方針切入，建立「適地適用 $\rightarrow$ 防災優先 $\rightarrow$ 永續減擾 $\rightarrow$ 水路整合 $\rightarrow$ 經營可行」之邏輯層次。
2. 主要規劃項目：依照水土保持規劃實務流程（調查 $\rightarrow$ 區劃 $\rightarrow$ 保育措施 $\rightarrow$ 排水灌溉 $\rightarrow$ 運輸網絡 $\rightarrow$ 管理監測）分類說明，展現結構化之工程思維。

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選項分析

本題為申論題型，無選項。考生應掌握閱卷評分關鍵，以層次清晰的標號（如：一、(一)、1.、(1)）完整鋪陳原則與項目，使閱卷委員能迅速勾稽各項核心給分點。

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解題技巧

1. 掌握水保雙軌核心（工程措施與農藝措施）：在撰寫坡面保育時，切勿只寫土木擋土結構，務必同時強調「農藝措施（如生草栽培、敷蓋等高耕作）」，這在坡地農場規劃評分中具有關鍵權重。
2. 記憶口訣與答題模板：

• 規劃原則記憶關鍵字：「適、安、自、統、效」（土地適宜、防災安全、順應自然、水路系統、生產效益）。
• 規劃項目記憶關鍵字：「查、區、保、排、路、管」（調查分析、土地分區、水保措施、截排水灌溉、農路網絡、維護管理）。

3. 避開常見陷阱：

• 陷阱一：將坡地農場規劃寫成一般平地農場，忽略了「坡度限制」、「等高作業」與「土石沖蝕控制」。
• 陷阱二：忽略農路與排水的共生關係；農場水保的成敗常取決於「路水協調」，農路開挖往往是引發坡地災害的主因，規劃時必須同步配置截水溝與邊坡保護。

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【答案】

一、坡地農場水土保持規劃原則

坡地農場之水土保持規劃，應依循命題當年（民國 112 年）之《水土保持技術規範》及相關指引，秉持下列五大核心原則：

(一) 土地適宜性與因地制宜原則（適地適作，嚴禁超限） 依據坡度、土壤有效土層厚度、母岩特性及侵蝕程度等「土地利用能力分級」標準進行配置。宜農牧地依級限利用；屬宜林地或加強保育地者嚴禁超限利用，劃設為保安林或植生緩衝帶，落實適地適用。

(二) 防災安全與水土資源保育原則（安全優先，減低沖蝕） 以防止坡面沖蝕、落石崩塌及土石流為首要目標。坡面沖蝕量必須控制在「土壤容許流失量（Soil Tolerable Loss, $T$-value）」以內。

核心觀念

本題旨在考驗坡地農業利用與水土保持工程中「平台階段（Bench Terracing）」之幾何配置、施工設計與尺寸計算原理。依據命題當年（民國 112 年）之《水土保持技術規範》，平台階段為將坡地沿等高線修築成階梯狀之水土保持處理設施，主要功用為改變坡長、減緩地表逕流流速、阻截沖蝕並提供機械作業與作物栽培之平坦面。

本題涉及的核心觀念包含：

1. 水平式平台階段之幾何斷面構成：包含水平踏面（階段寬）、階壁（切土坡與填土坡）、階壁水平投影寬度、垂距（相鄰兩階段之高差）及原地面坡度線。
2. 挖填平衡（Cut-Fill Balance）原則：通常以原地面與設計水平踏面之交點作為旋轉中心，使挖方體積等於填方體積，以達到就地平衡、節省土石方搬運之效益。
3. 垂距（$VI$）與階段寬（$W$）之幾何數學關係：由原地面坡度、階壁邊坡比、踏面淨寬及相鄰階段水平間隔（$HI$）推導出解析關係式。
4. 現場實務限制條件：表土厚度（有效土深）對最大開挖深度的限制、階壁穩定度對最大階高之限制，以及農用機具作業與作物行株距對階段寬度之下限要求。

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解題方法

一、水平式平台階段斷面示意圖

在挖填平衡設計下，取原地面與踏面之中點為旋轉點，上側開挖、下側填土。水平式平台階段之斷面構造如下圖所示：

 階壁頂 (上階)
 │
 ▼ ┌───────────────────────── 上階平台踏面 (水平)
 │\
 │ \ 階壁 (切土坡，坡比 1:m)
 │ \
 原地面 (坡度 S)─┼───\
 │ 挖 │\
 │ 方 │ \
 │ │ \ 原地面線與踏面交點 (挖填平衡旋轉中心)
 ───────────────────┼────┼───●─────────────────── 下階平台踏面 (水平)
 │ │ │\ 填 │
 │ │ │ \ 方 │
 │ │ │ \ │
 │ │ │ \ │
 │ │ │ \ │
 │ │ │ \▼ 階壁趾 (下階外緣)
 │ │ │ │
 │◄ b ►│ │ │
 │ (m·VI) │ │
 │ │ │
 │◄────── W ────►│ (階段淨寬)
 │ │
 │◄───── HI ────►│ (階段間距)
 ▲ ▲
 │◄──────VI─────►│ (相鄰階段平台面高差，垂直投影)

斷面要素說明：

• 平台面（踏面）：水平無傾角，淨寬度為 $W$。
• 階壁（邊坡）：連接上下相鄰階段之傾斜面，邊坡比設為 $1:m$（垂直：水平，即垂直升高 $1$ 單位，水平距離增加 $m$ 單位）。
• 階壁水平投影寬（$b$）：$b = m \times VI$。
• 階段寬（$W$）：有效農耕或作業之平台淨寬。
• 階段水平間距（Horizontal Interval, $HI$）：相鄰兩階段相同基準點之水平距離，$HI = W + b = W + m \cdot VI$。
• 垂距（Vertical Interval, $VI$）：相鄰兩階段水平平台面間之垂直高差（即階壁垂直高度）。
• 原地面坡度（$S$）：以小數或比值表示之坡度率（$S = \tan\theta$）。

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二、垂距（$VI$）與階段寬（$W$）的計算方法

1. 理論幾何關係推導（挖填平衡前提）

在相鄰兩個階段的週期內，原地面從下階中心延伸至上階中心，其水平距離恰等於階段間距 $HI$。因此，相鄰兩階段原地面之垂直升降高差即等於兩平台面之垂距 $VI$：

$VI = HI \times S$

因階段水平間距等於階段淨寬加上階壁水平投影寬度：

$HI = W + b = W + m \cdot VI$

將上式代入高差公式：

$VI = (W + m \cdot VI) \cdot S = W \cdot S + m \cdot S \cdot VI$

移項整理：

$VI \cdot (1 - m \cdot S) = W \cdot S$

得垂距（$VI$）之計算公式：

$VI = \frac{W \cdot S}{1 - m \cdot S}$

反求階段寬（$W$）之計算公式：

核心觀念

本題評量坡地水土保持計畫中「水文與水理分析」、「土壤流失估算」及「水土保持設施配置」之綜合規劃設計能力，涉及以下法規（以命題當年民國 112 年之《水土保持技術規範》為準）與水文學公式：

1. 無因次降雨強度公式： $I = \frac{A \cdot T^G \cdot R_a^H}{(t + B)^C}$ 其中 $I$ 為降雨強度（$\mathrm{mm/hr}$）、$T$ 為重現期距（$\mathrm{year}$）、$R_a$ 為年平均降雨量（$\mathrm{mm}$）、$t$ 為降雨延時或集流時間（$\mathrm{min}$），$A, B, C, G, H$ 為地區降雨特性參數。
2. 合理化公式（Rational Formula）： $Q = \frac{1}{360} C \cdot I \cdot A_{area}$ 其中 $Q$ 為洪峰流量（$\mathrm{m^3/s}$）、$C$ 為逕流係數、$I$ 為降雨強度（$\mathrm{mm/hr}$）、$A_{area}$ 為集水區面積（$\mathrm{ha}$）。
3. 沉砂池容量計算： 依通用土壤流失公式（USLE）估算之泥砂生產量 $V_s = A_{area} \times S$。依《水土保持技術規範》第 148 條，臨時性沉砂池之容量每公頃開發面積不得小於 $150\,\mathrm{m^3}$。
4. 滯洪設施設計原則： 依《水土保持技術規範》第 172 條與第 173 條：

• 永久性滯洪設施：以 50 年重現期距（$T=50$）計算開發後洪峰流量，放流量不得超過開發前 10 年重現期距（$T=10$）之洪峰流量。
• 臨時性滯洪設施：防災計畫多以 10 年重現期距（$T=10$）計算開發中洪峰流量，放流量不得超過開發前 10 年重現期距（$T=10$）之洪峰流量。
• 滯洪量計算：採三角形水文歷線法（Triangular Hydrograph Method），歷線基期取 $T_b = 2 t_c$。滯洪容量為入流與出流歷線差所形成之容積： $V_d = \frac{1}{2} (Q_{in} - Q_{out}) \cdot T_b = (Q_{in} - Q_{out}) \cdot t_c \times 60$

5. 垂直共構式（Vertically Integrated Basin）： 沉砂池與滯洪池立體分層共構，下層為沉砂空間（容納泥砂）、上層為滯洪空間（暫存洪峰），頂部保留法定出水高（Freeboard，至少 $0.3\,\mathrm{m}$），長寬比建議大於等於 $2:1$ 以防止水流短路。總容量為 $V_{total} = V_s + V_d$。

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解題方法

步驟一：計算降雨強度 $I$

已知參數：$A=20.56$、$B=55$、$C=0.62$、$G=0.55$、$H=0.31$，$R_a = 2123\,\mathrm{mm}$，$t = 5\,\mathrm{min}$。 代入無因次降雨公式基礎項：

• 分母：$(t + B)^C = (5 + 55)^{0.62} = 60^{0.62} \approx 12.661$
• 年降雨量項：$R_a^H = 2123^{0.31} \approx 10.749$
• 常數項乘積：$A \cdot R_a^H = 20.56 \times 10.749 \approx 221.00$
• 基礎強度係數： $\frac{A \cdot R_a^H}{(t + B)^C} = \frac{221.00}{12.661} \approx 17.455$

依重現期距 $T$ 計算降雨強度：

1. $10$ 年重現期距降雨強度 ($T=10$)： $T^G = 10^{0.55} \approx 3.548$ $I_{10} = 17.455 \times 3.548 \approx 61.93\,\mathrm{mm/hr}$
2. $50$ 年重現期距降雨強度 ($T=50$)： $T^G = 50^{0.55} \approx 8.599$ $I_{50} = 17.455 \times 8.599 \approx 150.09\,\mathrm{mm/hr}$

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步驟二：計算洪峰流量 $Q$

坡地面積 $A_{area} = 0.8\,\mathrm{ha}$，由合理化公式 $Q = \frac{1}{360} C \cdot I \cdot A_{area}$ 計算各情境洪峰流量：

1. 開發前洪峰流量 ($C = 0.75$)：

• 10 年重現期距（法定放流上限）： $Q_{pre, 10} = \frac{1}{360} \times 0.75 \times 61.93 \times 0.8 = 0.1032\,\mathrm{m^3/s}$
• 50 年重現期距： $Q_{pre, 50} = \frac{1}{360} \times 0.75 \times 150.09 \times 0.8 = 0.2502\,\mathrm{m^3/s}$

2. 開發中洪峰流量 ($C = 1.0$)：

• 10 年重現期距（臨時性設施設計標準）： $Q_{mid, 10} = \frac{1}{360} \times 1.0 \times 61.93 \times 0.8 = 0.1376\,\mathrm{m^3/s}$

3. 開發後洪峰流量 ($C = 0.95$)：

• 50 年重現期距（永久性設施設計標準）： $Q_{post, 50} = \frac{1}{360} \times 0.95 \times 150.09 \times 0.8 = 0.3169\,\mathrm{m^3/s}$

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步驟三：計算沉砂量體 $V_s$

坡地面積 $A_{area} = 0.8\,\mathrm{ha}$：

1. 臨時性沉砂容量 $V_{s, temp}$：

• 開發中泥砂生產量：$S_{mid} = 230.5\,\mathrm{m^3/ha}$
• 泥砂總量：$V_{s, temp} = 230.5\,\mathrm{m^3/ha} \times 0.8\,\mathrm{ha} = 184.4\,\mathrm{m^3}$
• 法定下限檢核：$0.8\,\mathrm{ha} \times 150\,\mathrm{m^3/ha} = 120\,\mathrm{m^3}$。因 $184.4\,\mathrm{m^3} \ge 120\,\mathrm{m^3}$，合乎法規，取 $V_{s, temp} = 184.4\,\mathrm{m^3}$。

2. 永久性沉砂容量 $V_{s, perm}$：

• 開發後泥砂生產量：$S_{post} = 24.5\,\mathrm{m^3/ha}$
• 泥砂總量：$V_{s, perm} = 24.5\,\mathrm{m^3/ha} \times 0.8\,\mathrm{ha} = 19.6\,\mathrm{m^3}$。

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步驟四：計算滯洪量體 $V_d$

集流時間 $t_c = 5\,\mathrm{min} = 300\,\mathrm{s}$，採標準對稱三角形歷線（歷線基期 $T_b = 2 t_c = 600\,\mathrm{s}$）：

1. 臨時性滯洪容量 $V_{d, temp}$：

• 入流為開發中 10 年洪峰流量 $Q_{in} = Q_{mid, 10} = 0.1376\,\mathrm{m^3/s}$
• 出流受限於開發前 10 年洪峰流量 $Q_{out} = Q_{pre, 10} = 0.1032\,\mathrm{m^3/s}$
• 洪峰流量差：$\Delta Q = 0.1376 - 0.1032 = 0.0344\,\mathrm{m^3/s}$
• 滯洪量： $V_{d, temp} = \frac{1}{2} \times \Delta Q \times T_b = \frac{1}{2} \times 0.0344 \times 600 = 10.32\,\mathrm{m^3} \approx 10.3\,\mathrm{m^3}$ (註：若依水利管制採 50 年重現期距估算，$\Delta Q = Q_{mid, 50} - Q_{pre, 50} = 0.3335 - 0.2502 = 0.0833\,\mathrm{m^3/s}$，滯洪量約為 $25.0\,\mathrm{m^3}$)

2. 永久性滯洪容量 $V_{d, perm}$：