109 專技高考高等考試 水土保持技師 水土保持規劃設計（包括水土保持法規） 考古題詳解

核心觀念

本題考查擋土牆基礎的土壤極限承載力、容許承載力與規範安全係數，並要求提出承載力不足時的設計處理方式。承載力檢核的基本概念是：先估算基礎底面土層可能承受的極限壓力，再除以安全係數求得容許承載力，並確認擋土牆基底最大壓應力不超過容許值。

以命題當年（民國 109 年）法規為準，《水土保持技術規範》第 120 條規定，擋土牆基礎應力必須在土壤容許承載力範圍內，安全係數不得小於 3。

解題方法：求基礎極限承載力

極限承載力通常依土壤強度參數、基礎尺寸與埋置深度，採 Terzaghi 或其他適用的淺基礎承載力公式計算。以水平地面上的條形基礎、垂直中心載重為例，Terzaghi 極限承載力公式為：

$$q_u=cN_c+qN_q+\frac{1}{2}\gamma B N_\gamma$$

其中：

• $q_u$：基礎底面極限承載力。
• $c$：基礎底面以下土壤的凝聚力。
• $q=\gamma D_f$：基礎底面上方覆土所產生的有效上覆壓力；$D_f$ 為基礎埋置深度。
• $\gamma$：土壤單位重；地下水位影響時，須依水位位置採用有效單位重或作水位修正。
• $B$：基礎寬度。
• $N_c、N_q、N_\gamma$：承載力因數，依土壤內摩擦角 $\phi$ 查表或由所採用的承載力理論計算。

若按基礎單位長度計算，條形基礎的 $B$ 為基礎底寬。若基礎受偏心力矩，應先算合力偏心距：

$$e=\frac{M}{V}$$

其中 $M$ 為基礎底面合力矩，$V$ 為垂直合力。依偏心方向取有效基礎寬度：

$$B'=B-2e$$

再以 $B'$ 代入承載力計算，並檢核基底壓力分布。土層分布、荷重傾斜、基礎形狀或地形條件較複雜時，應採相應的形狀、深度、荷重傾斜等修正係數，並選用符合現地條件的承載力理論。

計算後，極限承載力換算為容許承載力：

$$q_a=\frac{q_u}{F_s}$$

其中 $F_s$ 為承載力安全係數。設計時須將基底最大壓應力與 $q_a$ 比較，並一併檢核沉陷及基礎整體穩定。

規範要求

核心觀念

本題重點在區分「災害潛勢」與「災害風險」，並能以集水區為整體分析單元，從致災條件一路評估到可能造成的損失。

• 災害潛勢：某地區在特定自然或人為條件下，發生崩塌、土石流等災害的可能性與規模，著重回答「哪裡容易發生、可能多嚴重」。
• 災害風險：災害發生後，對人命、財產、交通設施及環境造成損失的可能程度。常用概念式表示為：

$$R = H \times E \times V$$

其中，$R$ 為風險，$H$ 為危害度（災害發生機率與強度），$E$ 為暴露度（可能受災的人口、資產或設施），$V$ 為脆弱度（暴露對象受災及復原能力）。實務上指標尺度及計算方式依評估目的而定，並非所有計畫都採同一套公式。

法規以命題當年（民國 109 年）為準。《水土保持法》第 8 條規定，集水區治理應經調查規劃，依水土保持技術規範實施水土保持處理與維護；《水土保持法》第 16 條則列出應劃定特定水土保持區的情形，包括水庫集水區、主要河川上游須特別保護的集水區，以及坡度陡峭且有危害公共安全之虞的山坡地等。

解題方法

宜採「界定集水區—調查致災因子—判釋災害潛勢—分析風險—提出治理與防災優先順序」的流程。集水區上下游相互連動，單看個別坡面容易漏掉崩塌土砂沿河道輸移、堆積並影響下游的過程，因此應將坡面、溪流、出流口及下游保全對象一併納入。

一、界定評估範圍及資料蒐集

以地形圖、數值地形模型及集水區界線確定集水區與子集水區；建立基本資料庫，內容至少包括：

• 地形：坡度、坡向、地形起伏、地形曲率、溪床縱坡及集水面積。
• 地質與土壤：岩性、地質構造、土層厚度、土壤性質、順向坡及地下水情形。
• 水文與氣象：降雨強度、延時、累積雨量、重現期雨量、洪峰流量及地震等誘發條件。
• 土地利用與人為活動：植生覆蓋、道路、開發、農作、裸露地、排水設施及邊坡開挖。
• 災害與保全資料：歷史崩塌、土石流、地滑及洪水紀錄，潛勢溪流、崩塌地，以及下游聚落、人口、道路、橋梁與公共設施。

先查核資料來源、年份、比例尺及空間解析度，再以航照或衛星影像判釋，並進行現場調查確認。歷史災害紀錄可校核模式或圖資，但不能單獨作為未來安全的判斷依據。

二、評估坡地災害潛勢

依災害類型分別評估，避免以單一指標代表所有坡地災害。

1. 崩塌與邊坡失穩：綜合坡度、地質與岩性、地質構造、土層及地下水、坡面排水、植生與土地利用、地震與降雨條件，以及歷史崩塌紀錄，判釋易發生崩塌的坡面與範圍。必要時進一步做邊坡穩定分析，評估安全係數及不同降雨或地下水情境下的變化。

2. 土石流：檢視溪溝坡度、集水面積與降雨條件，並調查上游崩塌與可動土砂量、溪床堆積、河道輸砂能力、沿程沖蝕及下游扇狀地或堆積區。判釋時要同時考量土砂來源、輸送通道與可能堆積範圍，不能只看溪溝是否陡峭。

核心觀念

本題考查三類山坡地災害的致災機制、風險控制層級與工程規劃設計原則。作答時應先辨識災害來源與可能影響範圍，再依「避災、減災、整治、監測與應變」安排對策；不能只列工程設施名稱，還須說明設施如何降低災害風險，以及規劃設計時須調查、評估的事項。

三類災害的特性如下：

• 土石流：溪床堆積物受強降雨、地震等作用而起動，形成含大量土砂、石礫的高濃度流動體，沿溪谷下移，具有流速快、衝擊力大、堆積範圍廣等特性。
• 深層崩塌：滑動面深入基岩或深層風化帶的大規模坡體移動，常由地下水位升高、地質構造不利、坡腳遭切蝕等因素共同造成；滑動體尺度大，治理與監測所需時間較長。
• 堰塞壩潰壩：崩塌土石阻塞河道形成堰塞湖。壩體受蓄水、滲流、漫頂沖蝕等影響而失穩時，可能產生洪水及大量土砂下泄，危害下游聚落與公共設施。

本題涉及法規，以命題當年（民國 109 年）法規為準。規劃設計可援用《水土保持法》及其相關子法，並依《災害防救法》與相關防災計畫辦理。山坡地開發利用須依規定擬具水土保持計畫或提出相關申請；特定水土保持區之劃定、使用限制及治理，亦須依《水土保持法》規定處理。工程措施須與土地使用管理、警戒疏散及災後復建相互配合。現行法已修正，考試作答仍以命題當年法規為準。

解題方法

可依下列順序組織答案：

1. 說明災害機制：交代災害由何種地形、地質、水文條件引發。
2. 先談非工程措施：調查劃設、土地使用管理、監測警戒與疏散，優先減少暴露人口及資產。
3. 再談工程措施：按災害來源、輸移路徑及影響區配置設施。
4. 補充規劃設計要點：說明調查資料、設計條件、配置原則、維護管理及上下游整體考量。

不同災害不能套用同一種工程：土石流著重控制溪床土砂與保護下游；深層崩塌著重掌握滑動面與地下水變化；堰塞壩則須先評估壩體穩定與潰決後果，並兼顧下游警戒。

一、土石流防治對策與規劃設計要點

防治對策

上游集水區與發生區

• 調查集水區地形、坡度、地質、崩塌地、溪床堆積物、植生及歷史災害，掌握土砂來源與可能供料量。
• 加強崩塌地及裸露地復育，減少坡面沖蝕與土砂進入溪流。
• 依集水區條件設置固床、攔砂及透過式防砂設施，控制溪床下切與土砂移動。
• 維護既有防砂設施的攔砂容量及通洪能力，並規劃清淤、巡查與災後檢查。

輸移區與溪谷

• 以溪床穩定、維持通洪及控制縱向沖淤為原則，妥善配置固床工、護岸及防砂設施。
• 避免將土石流導向人口密集區；導流設施須檢核流向、彎道、流速及可能的沖刷、堆積與溢淹範圍。
• 控制溪道狹窄處、橋梁、涵管等瓶頸，避免漂流木及巨礫堵塞造成溢流改道。

下游保全區

• 劃設土石流潛勢溪流影響範圍，檢討聚落、道路、橋梁與重要設施的使用及配置。
• 建立雨量與現地狀況監測、警戒發布、避難路線及收容地點；警戒措施須能在災害發生前讓民眾安全撤離。
• 對無法以工程合理保護的高風險區，採取限制開發、遷移或其他降低暴露的措施。

規劃設計要點

設計前須調查集水區面積、地形地質、溪床縱橫斷面、粒徑組成、崩塌與堆積狀況、歷史洪砂災情及下游保全對象。水文與土砂量估算應採符合規範的設計條件，並考量土砂濃度、巨礫、漂流木、局部沖刷及設施堵塞的影響。

工程配置須考慮整體集水區效益：攔砂設施若未檢討剩餘容量、下游通洪能力及土砂後續處理，不能只以單一設施的攔阻量判斷安全。防砂壩、固床工、護岸及導流設施須檢核基礎穩定、抗滑、抗傾覆、沖刷深度、排水、溢流能力及兩岸銜接，並保留維護與清淤空間。

二、深層崩塌防治對策與規劃設計要點

防治對策

調查與風險管理

• 調查地形地貌、地質構造、岩層與弱面、地下水、坡腳侵蝕、舊崩塌痕跡及地表裂縫，並確認滑動體範圍、厚度與可能滑動面。
• 對高風險坡地進行分級管理，限制不適當開發，管制坡面開挖、填土、排水改變與坡腳擾動。
• 監測地表位移、裂縫、地下水位及降雨，建立警戒值、巡查制度與必要的疏散計畫。

工程治理

核心觀念

本題考查沉砂設施與滯洪設施的功能分工，以及基地空間不足時，將兩者上下配置、垂直共構的設計原則。法規依據為《水土保持技術規範》第91、93至97條及第165、166條；以下以命題當年（民國109年）法規為準。

• 沉砂設施：攔截或沉積逕流所挾帶的土石，減少泥砂下移，避免下游土地、房舍、排水路及公共設施淤積或受損。其容量依泥砂生產量估算，設計並須考量後續清淤。
• 滯洪設施：暫時蓄存開發區逕流，藉由延緩排放降低洪峰流量、延遲洪峰到達時間，亦可增加入滲，以減輕下游排水系統負荷。
• 垂直共構：在同一基地將沉砂與滯洪空間上下配置，以節省土地。通常將沉砂空間設於下層、滯洪空間設於上層；兩種容量仍須分別符合規範，並確保其中一項功能不會因共構而受損。

解題方法

作答時先說明兩種設施各自解決的問題，再依序從容量、進出流與排砂、結構安全、清淤維護及操作管理說明垂直共構的注意事項。重點是：共構可以節省用地，但不能把沉砂量或滯洪量重複計入，也不能使泥砂進入滯洪區、堵塞出水口，或讓構造物在浸水後失穩。

垂直共構注意事項

1. 分層配置並分別核算容量 沉砂空間宜設於底層，讓泥砂先沉積；上層保留滯洪空間，供洪水暫存與調節。沉砂容量依泥砂生產量計算，滯洪容量依規範所定水理計算，不得相互抵充或重複計入。臨時性沉砂設施容量應按泥砂生產量的1.5倍計算。

2. 安排進流、溢流及出流路徑 進流口應能將含砂逕流導入沉砂區，避免泥砂直接進入上層滯洪空間或下游排水系統。出水口須維持滯洪設施的排放效率，並設置適當攔污設施、定期清理；有保全對象時，應視需要設置安全的緊急溢洪口。設計時也要避免沉砂區淤積後堵塞水流或影響滯洪排放。

核心觀念

本題考《水土保持技術規範》第 30、31 條及開挖整地相關規定，重點是辨別「順向坡」與「危險順向坡」，再用立體投影呈現坡面與層面的位態關係，最後說明規劃、設計及監測措施。以下以命題當年（民國 109 年）法規為準。

• 順向坡：坡面與層面或劈理面走向交角不超過 $20^\circ$，且傾向一致。
• 危險順向坡：位於順向坡範圍內，岩層摩擦角小於岩層層理傾角或地形坡角，且岩層具有自由端出露情形。
• 順向坡本身不必然等於危險順向坡；是否有自由端出露，是判斷滑動條件的重要因素。

令層理傾角為 $\beta$、地形坡角為 $\alpha$、岩層摩擦角為 $\phi$。依第 31 條，危險條件可表為：

$$\text{順向坡} \quad+\quad \phi<\beta\ \text{或}\ \phi<\alpha \quad+\quad \text{層面具有自由端出露}$$

規範第 30 條並要求層面、劈理面資料以立體投影方式分析，判定不連續面組數及其主要位態，並研判對工程的影響。

解題方法：立體投影判釋

判讀時先比對坡面與層面的走向、傾向，確認是否符合順向坡；再看層面是否向坡面出露形成自由端，並比較摩擦角與層理傾角、地形坡角。

以下以等角度網（下半球）示意：坡面與層面走向相同、傾向一致；坡面傾角 $\alpha=45^\circ$、層理傾角 $\beta=30^\circ$、摩擦角 $\phi=20^\circ$。層面在坡面出露，且 $\phi<\beta$、$\phi<\alpha$，符合危險順向坡條件。

 N
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 | ● S | S：坡面大圓（傾向東、傾角 45°）
 | ● B | B：層面大圓（傾向東、傾角 30°）
 | ····· | 摩擦角 20°：摩擦角界線示意
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 '-. .-'
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 S
 E →

 三者傾向一致；層面較坡面緩，並向坡面出露形成自由端。

考卷上的正式作圖，應以同一立體投影網分別標示坡面與層面的走向、傾向、傾角，並標出摩擦角參考界線；以箭頭或剖面小圖補充顯示層面出露位置。判釋不能只看兩條大圓的相對位置，仍須結合地形剖面或露頭資料確認自由端是否存在。

判讀步驟