113 高普考高考三級 水土保持工程 包括植生工法 考古題詳解

核心觀念

同一治理橫斷面若採用不同材料，材料表面粗糙度不同，會使水流阻力、流速與流量分配不同。水理分析的核心，是依材料與流況劃分水理分區，分別計算各區輸水能力，再合併求得全斷面的流量或水位。

明渠曼寧式為：

其中 $Q$ 為流量、$n$ 為曼寧粗糙係數、$A$ 為過水斷面積、$R=A/P$ 為水力半徑、$P$ 為濕周、$S_f$ 為摩擦坡降，$K$ 為輸水能力。

解題方法

1. 劃分材料與水理分區 依河床、護岸、固床工或其他材料的配置，以及幾何形狀與粗糙度差異，將橫斷面分成數個計算區。各區分別指定適當的曼寧粗糙係數 $n_i$。

2. 逐區計算輸水能力 在同一斷面水位下，計算各區的過水面積 $A_i$、濕周 $P_i$ 與水力半徑 $R_i=A_i/P_i$，再計算：

3. 合併輸水能力並求流量 採用分區輸水能力加總法：

若已知設計流量，則以此關係反算水深或水位，並據以檢核通洪能力。

核心觀念

本題考查防砂壩（亦稱砂防壩）的整體穩定與結構安全檢核。設計時須在壩體自重、蓄水與淤砂壓力、上游及下游水壓、揚壓力、地震力，以及壩基與河床沖刷等作用下，確認壩體不會滑動、傾覆、產生過大基底應力或發生壩基破壞；同時須確保溢洪、排砂與消能設施能安全通洪，避免壩體被淘刷或破壞。

解題方法

可依「壩體本身、壩基、上下游河床與附屬設施」逐項檢核。分析時先列出可能作用力與控制工況，再以靜力平衡、摩擦阻抗、基底應力及水理分析判斷安全性。常見控制工況包括蓄水或淤砂後、洪水時、壩下游遭沖刷時，以及地震時；應採用規範所要求的荷載組合與安全係數。

安定條件

1. 抗滑穩定

水平推力可能來自水壓、淤砂側壓、土石流衝擊力及地震力；抗力主要由壩體與基礎間的摩擦力及黏結力提供。檢核抗滑安全係數：

$F_s=\frac{\text{抗滑力}}{\text{滑動力}}$

計算時須考慮基底揚壓力對有效法向力的削減。若下游河床被沖深，壩體受力與埋置條件改變，也須納入最不利情況。

2. 抗傾覆穩定

以壩趾作為轉動基準，計算抵抗力矩與傾覆力矩，確認：

$F_o=\frac{\sum M_{\text{抵抗}}}{\sum M_{\text{傾覆}}}$

壩體自重通常提供抵抗力矩，水壓、淤砂壓力及其他水平外力則可能產生傾覆力矩。力矩計算須採各作用力對壩趾的力臂，並依設計規範檢核安全係數。

3. 基底應力與偏心檢核

核心觀念

本題考查植生工程在播種或栽植之前，如何先穩定坡面並改善植物生長環境。依《水土保持技術規範》第 59 條，植生前期作業是指邊坡播種或栽植植物前所做的基礎安定設施及相關作業，目的是營造適合植物生長、繁殖及植生演替的立地環境。

植生工程的程序可概分為前期作業、植生導入及必要的維護管理。本題所問限於前期作業，應依規範所列五類工作作答。

解題方法

按《水土保持技術規範》第 59 條的五個分類，逐項說明工作內容與功能：先處理坡面及土壤，再設置安定、保護與排水措施，最後補充施工期間的臨時防災設施。

植生前期作業的工作項目

1. 坡面處理 包括表土處理、棄土處理、基地植物保護與移植、客土與土壤改良、挖溝與鑽孔、階段設置等。其目的在保留並善用表土及既有植被，改善土壤條件，並整理出適合植生的坡面與種植空間。

2. 坡面安定設施 包括固定框、打樁編柵、栽植槽、鋪網等。此類設施用以固定坡面材料、降低土壤流失，並為植物生長及根系發展提供穩定基礎。

核心觀念

本題考查兩個相連的概念：一是植生演替如何使植物群落隨時間改變；二是如何運用演替規律，復育臺灣山坡地崩塌後形成的裸露地。

植生演替是植物群落在環境條件與生物交互作用下，隨時間逐漸改變其種類組成、結構與功能的過程。演替過程中，植物會改變地表遮蔽、土壤有機質、水分與光照等條件，使後續物種較易進入。若原有植群因崩塌、火災或其他擾動而受破壞，裸露地再逐步恢復植群，屬於次級演替；臺灣多數崩塌地原為植被覆蓋區，崩塌後的植生恢復主要屬此類。

演替的終點不必然是固定不變的單一「頂極群落」。實際植群會受海拔、坡向、土壤、氣候、擾動頻率及種源等條件影響，因此復育目標應以適地、穩定且能持續演替為原則。

解題方法：先說明一般演替，再連結崩塌地復育

作答可依「定義與類型 → 裸露地演替階段 → 復育應用」鋪陳。須指出植生恢復不是單純把植物種上去，而是先改善崩塌地的穩定與生育環境，再利用自然更新或適當的人工導入，促使植群逐步發展。

臺灣山坡地崩塌裸露後的植生演替

崩塌會移除或破壞原有植被與表土，使地表裸露、坡面不穩、逕流與沖蝕增加。後續演替大致可分為下列階段；各階段會因立地條件與後續擾動而重疊或停滯，並非固定年限的直線序列。

1. 裸露與初期定殖：崩塌初期，土壤薄、含石率高、保水力差，且坡面常持續受沖刷。耐旱、耐貧瘠、生長快速的草本或匍匐植物，以及由周邊林地傳入的種子與萌芽，開始定殖；若母質裸露或環境極端，也可能先由地衣、苔蘚等生物占據微小棲地。

2. 草本及低矮灌木階段：草本植物逐漸增加地表覆蓋、截留雨滴、減緩逕流，根系也有助於表層土體穩定。枯落物累積後增加土壤有機質，改善保水與養分條件，灌木及其他植物較容易建立。

3. 灌木與先驅樹種階段：隨土壤與微環境改善，灌木、陽性樹種及其他先驅樹種陸續進入，群落高度與層次增加。臺灣常見的先驅植物例子包括臺灣赤楊、山黃麻、血桐、羅氏鹽膚木等，實際種類依海拔、氣候、坡位與種源而異。

4. 森林發展與群落更新：先驅植物形成較穩定的植群後，林下遮蔭與枯落物逐漸改變環境，耐陰或較能適應後期林下條件的樹種陸續進入，群落由早期植被轉為較多層次的森林。能否發展成接近崩塌前的植群，取決於立地條件、周邊種源與後續干擾。

演替的方向是植群組成與結構逐漸改變，但若崩塌持續擴大、表土反覆流失、乾旱或人為干擾頻繁，演替可能停滯或重新開始。

應用於崩塌地植生復育