110 專技高考高等考試 水土保持技師 水土保持工程 考古題詳解

核心觀念

預鑄生態槽護岸是以工廠預製的混凝土槽體組裝成護岸，利用槽內回填土壤、卵礫石或塊石，兼顧岸坡穩定、河岸防護與植生棲地營造。設計核心不是單純把混凝土構件排整齊，而是同時處理水理安全、結構穩定、地基與沖刷、排水反濾、生態功能及施工可行性。

預鑄構件通常作為護岸上部或表層構造，仍須依現地地形、水文、地質及土壤條件，檢核基礎與整體結構；槽體提供的植生孔隙，不能取代護岸本身的穩定設計。

解題方法與設計注意事項

作答可依「先確認河溪條件，再設計結構與細部，最後檢核生態及施工維護」的順序說明：

1. 調查現況並選定適用位置 蒐集流域洪水與流量資料、溪床及縱橫斷面、河床質、流速、水深、彎道與水流攻擊岸位置，並調查地質、地下水、岸坡土質、既有構造物及鄰近保全對象。依調查結果判斷預鑄槽護岸的適用性；若河段沖刷強烈、地基軟弱或岸坡不穩，應配合基礎加強、地盤改良或其他必要工法。

2. 維持通洪能力與河道自然性 依設計洪水檢核通洪斷面、護岸高度、岸頂高程及必要出水高，避免構件向河道突出、縮窄河槽或造成局部壅水。河道線形及斷面應盡量順應現況，並考慮彎道凹岸的水流衝擊與岸坡保護需求；工程範圍以必要為度，避免不必要的全斷面硬化。

3. 檢核結構與邊坡穩定 依牆體高度、背填土性質、地下水位及外力，檢核抗滑、抗傾倒、基底承載力與整體邊坡穩定，並考量洪水、漂流物撞擊及施工階段可能產生的荷重。槽體堆疊方式、咬合或連結、構件強度及基礎尺寸均須符合設計受力需求；堆疊高度應配合背填條件，不宜只依構件外觀或標準尺寸決定。

4. 妥善處理基礎與護腳沖刷 預鑄槽護岸的基腳應埋置於穩定地層，並依可能的河床沖刷深度留設足夠埋深。護腳可配合基礎預鑄構件、卵礫石或塊石等措施加強，避免溪床下切或側向沖刷造成基礎裸露、掏空及護岸滑動。必要時應檢討上下游銜接，避免沖刷集中於工程端點。

核心觀念

本題考查滯洪設施的入流、出流與蓄水量之間的關係，以及滯洪池與蓄洪池如何藉由調節洪峰達到防洪效果。分析時使用流量歷線圖及連續方程式：

其中 $S$ 為池內蓄水量，$I(t)$ 為入流量，$Q(t)$ 為出流量。亦可寫成：

在流量歷線圖上，某一時段的蓄水量變化，等於入流歷線與出流歷線之間的有號面積；入流大於出流時蓄水增加，出流大於入流時蓄水減少。

解題方法

以時間為橫軸、流量為縱軸，分別畫出入流歷線 $I(t)$ 與出流歷線 $Q(t)$。兩條歷線之間的面積代表池內蓄水量的變化。

滯洪池以削減尖峰流量、延後洪峰到達時間為主要目的。洪水上升期間，若 $I(t)>Q(t)$，池體蓄水；洪峰過後，若 $I(t)<Q(t)$，池體逐步放水。因此，池體所需的有效蓄洪量為洪水過程中累積的最大蓄水量：

若以洪峰削減為目標，出流歷線的尖峰會低於入流歷線，且通常較晚出現。滯洪池的防洪效益，在於降低下游洪峰流量、延緩洪峰，並減輕下游河道或排水系統的短時間負荷；它主要是調節洪水歷線，洪水總體積不因滯洪而消失。

蓄洪池則著重於蓄存洪水體積，使洪水暫時留存在池內，待洪峰過後再排出，或配合其他方式利用、處理。若設計為洪水期間不排放，則入流期間蓄水量約為入流歷線下的累積體積：

核心觀念

本題考查野溪整治中的聚落防洪、土砂管理與魚類縱向通行如何兼顧。設計不能只看護岸是否穩固，還要處理兩個明顯的生態障礙：

1. 上游有大量可移動土石，洪水時可能淤積河道、降低通洪能力，危及周邊聚落。
2. 下游既有潛壩高約 $3$ 公尺，溢洪口水深僅 $0.10$ 公尺，對需要約 $0.30$ 公尺水深的鰕虎類而言，形成水深不足且落差過大的溯游障礙。

題目提供的偏好水深 $h=0.30$ 公尺、流速 $V=0.80$ 公尺／秒，是魚類棲地與通道設計的目標值。基本水理關係為：

其中 $Q$ 為流量、$A$ 為通水斷面積。若以曼寧公式檢核河道通洪能力，則可用：

其中 $n$ 為曼寧粗糙係數、$R$ 為水力半徑、$S$ 為能量坡降。

解題方法

一、先保全聚落：穩定護岸並維持通洪斷面

既有河道寬 $8$ 公尺，兩岸為乾砌石護岸，邊坡豎橫比為 $1:0.5$。整治時應保留其護岸功能，檢查石材咬合、基腳與趾部是否穩固，避免洪水沖刷造成淘空或崩塌。河道斷面則須以設計洪水量檢核通洪能力，確認護岸頂高、河道寬度及橋涵等瓶頸段不致使洪水溢淹聚落。

上游土石多且可移動，應先調查其來源、粒徑、運移量及可能堆積位置，再依土砂風險採取分段管理：必要處設置具維護空間的土砂調節或攔蓄設施，並規劃清淤與土砂移除作業；河道中則保留必要的輸砂通道，避免全面固床或過度攔砂，造成下游缺砂與河床沖刷。完工後須定期巡查淤積、護岸基腳及潛壩下游沖刷情形。

二、打通潛壩障礙：設置緩坡魚道或自然型繞道

現況溢洪口水深只有 $0.10$ 公尺，低於魚類偏好水深 $0.30$ 公尺；加上約 $3$ 公尺的集中落差，魚類難以直接越過潛壩。可在潛壩一側設置自然型繞道魚道，利用緩坡通道連接潛壩下游與上游水域。若現地條件不容許繞道，則可改造潛壩溢洪口或設置貼近壩體的階梯式魚道，將集中落差分散為多個小落差，並配置深潭作為休息區。

魚道應以連續水流連接上下游，通道內設置粗糙底床、礫石或適當塊石，以形成低流速區、遮蔽處及休息水域。各級落差與水流條件須符合目標魚種的游泳能力，避免魚道內流速過高、落差過大或出入口與主流脫節。

核心觀念

本題以潛壩溢流口的臨界水流求流量，再以兩測站間的能量方程求能量損失，最後將能量坡降代入曼寧公式，反算該河段的綜合曼寧粗糙係數。

兩側護岸邊坡豎橫比為 $1:0.3$，表示每垂直 $1$ 公尺、水平延伸 $0.3$ 公尺，因此水深為 $y$ 時，河寬增加 $2(0.3y)$。斷面幾何量為

其中 $A$ 為通水面積、$T$ 為水面寬、$P$ 為濕周。水力半徑為 $R=A/P$。

解題方法

一、由潛壩溢流口求流量

溢流口水深取 $y_c=0.5\ \mathrm{m}$，依臨界流條件：

代入斷面幾何量：

取 $g=9.81\ \mathrm{m/s^2}$，得

二、計算上下游水位站的水頭差與能量損失

上游水位站位於潛壩下游 $10\ \mathrm{m}$，下游水位站位於下游 $30\ \mathrm{m}$，兩站距離為 $L=20\ \mathrm{m}$。溪床坡度 $S_0=0.025$，故兩站間床面高差為

兩站水深分別為 $y_1=2.8\ \mathrm{m}$、$y_2=2.6\ \mathrm{m}$。斷面面積為

由流量求平均流速及速度水頭：