113 高普考高考三級 水土保持工程 集水區經營與水文學 考古題詳解

核心觀念

本題考查以相同的設計暴雨條件比較基地開發前、後的洪峰流量及流量歷線，據以規劃削減開發增加逕流的措施。以命題當年（民國 113 年）法規為準，主要依據《水利法》第七章之一及《出流管制計畫書與規劃書檢核基準及洪峰流量計算方法》。該計算方法後續於民國 114 年修正部分規定；本題仍依民國 113 年適用內容說明。

開發前後的比較須採一致的重現期距、降雨條件及合理的集水區劃設，並反映土地利用改變造成的地文與水文差異。開發通常增加不透水面積、縮短集流時間，使洪峰提前且流量增大。

解題方法與計算流程

一、劃設集水區及排水系統

依基地現況與開發計畫，分別劃設開發前、開發後的基地集水區，並確認基地內排水路、穿越水路、截流水路及聯外排水路的集水範圍與出流位置。

開發後原則上維持原有集水區與排水方向，不得阻礙基地外上游逕流，也不得任意改變原有水路集排水功能。若涉及集水區改變或水道變更，須依相關規定辦理。

二、選定設計暴雨

按規定重現期距進行比較；洪峰流量計算依當時適用規定辦理。設計暴雨採二十四小時延時總雨量，優先採主管機關核定治理規劃報告中的分析成果；無適用成果時，可使用鄰近中央氣象署或水利署雨量站資料，以降雨強度－延時公式推估。

依降雨強度－延時關係建立設計雨型，採交替區塊法配置各時段雨量，形成設計降雨歷線。開發前、後須使用相同的設計暴雨，才可公平比較逕流差異。

三、計算有效降雨

將總降雨扣除截留、窪蓄及入滲等損失，求得有效降雨。可依適用的降雨逕流模式及基地土壤、土地利用等條件估算；採曲線號碼法（CN）時，降雨量為 $P$，潛在最大滯留量為 $S$，初期損失為 $I_a$，則有效降雨量可表示為：

常用假設為 $I_a=0.2S$，且

開發前、後應依各自土地利用及不透水情形分別決定參數。開發後不透水面增加，通常使有效降雨增加。

四、分析集流時間並推算洪水歷線

依集水區地形、坡度、流路長度、地表覆蓋及排水設施，分別估算開發前、後集流時間。以有效降雨配合適用的降雨－逕流模式推算流量歷線，必要時納入水理演算。

小集水區可用合理化公式初估洪峰：

其中 $Q_p$ 為洪峰流量（$\text{m}^3/\text{s}$）、$C$ 為逕流係數、$i$ 為集流時間對應的降雨強度（mm/hr）、$A$ 為集水面積（km$^2$）。開發前、後分別採用相應的 $C$ 與集流時間；

核心觀念

本題重點是把減碳納入集水區整體治理與防砂設施全生命週期，在維持防災安全、減少土砂災害的前提下，降低工程溫室氣體排放，並提升植生、土壤等自然碳匯。

以命題當年（民國 113 年）法規及政策為準。《水土保持技術規範》當時已要求水土保持處理與維護考量安全、經濟及自然生態；水土保持工程減碳政策則包括工程碳排估算、減碳總量管制，以及減量、循環、增匯等作法。水土保持技術規範後續條文已修正，新增明文要求考量節能減碳；本題作答仍依命題當年規範。

工程碳排可用下式估算：

其中 $Q_i$ 為材料或工項數量，$EF_i$ 為其碳排放係數；若缺乏工項係數，可依工程類型及經費等資料推估。規劃時應比較不同方案的全生命週期排放，而非只看施工當下。

解題方法

採「先掌握集水區治理需求，再盤查碳排、比較替代方案，最後追蹤增減碳成效」的順序。防砂工程的減碳不能犧牲安全，也不能只以單一設施或單一工期判斷；應同時考量上、中、下游土砂來源與傳輸、保全對象、設施功能及後續維護。

減碳策略

一、集水區整體規劃，先減少不必要工程量

1. 盤點集水區地形地質、崩塌地、土砂來源與運移路徑、既有防砂設施狀況、下游保全對象及生態敏感區，據以確認治理急迫性與優先順序。
2. 以集水區整體治理取代零星、重複設施；檢討既有設施的剩餘功能，能維修、補強或延壽者，優先評估延用，避免不必要的拆除重建。
3. 依風險與土砂運移特性配置工程，使設施規模及數量符合實際防砂需求，避免過度設計；必要時搭配坡地植生、水源涵養及崩塌地復育，從源頭降低土砂產量。
4. 對可由自然恢復或植生改善達成治理目的的地點，評估自然為本解方（NbS）；工程措施仍須依地質、水文及保全需求確保安全。

二、盤查碳排並建立方案比較基準

1. 在規劃設計階段估算各方案排放量，涵蓋材料生產、材料運輸、現場施工、營運維護及拆除處置等生命週期階段。
2. 將排放拆分至主要材料與工項，例如混凝土、鋼筋、土方開挖、運輸及機具燃料，找出主要排放來源，作為減碳優先改善項目。
3. 比較方案時，除總碳排外，也可按設施量體、工程費或達成的防砂效益比較，並納入耐久性、維護需求、生態影響及防災安全，避免只選初期排放較低但後續維修頻繁的方案。

三、材料與設計減碳

核心觀念

本題考查降雨體積換算為平均流量。雨量深度乘以集水面積，可得降雨總體積；再除以降雨歷時，即為該時段的平均流量。

解題方法

先統一單位：

• 停車場面積：$2\ \mathrm{km^2}=2\times10^6\ \mathrm{m^2}$
• 累積雨深：$15\ \mathrm{mm}=0.015\ \mathrm{m}$
• 降雨歷時：$24\ \mathrm{hr}=24\times3600=86{,}400\ \mathrm{s}$

降雨總體積為：

平均流量為總體積除以歷時：

核心觀念

本題考查集水區經營思想如何由早期的「工程治山、防洪防砂」，逐步發展為兼顧生態、社會參與與長期韌性的整合治理。作答時應從題目提示的三個面向對照：構造物形式與材質、參與對象、治理目的，並呈現由單一、集中、工程導向轉向多元、分散、流域整合的趨勢。

集水區經營係以集水區為規劃單元，統籌土地、水、植生及人類活動，透過調查、規劃、治理、維護與監測，維持集水區功能並增進環境、社會與經濟效益。這是概念與政策演變題，無須套用公式或特定法條。

解題方法

以時間脈絡分期，逐期比較治理方式的變化，再以題目指定的三個面向整理成表。表格應兼顧「工程做法」與「經營理念」：只談工法，會漏掉參與及目標的轉變；只列理念，則欠缺題目要求的構造物形式與材質。

發展趨勢比較