113 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

本題考查大規模崩塌潛勢區的「風險潛勢等級」評估。評估不是只看坡地會不會崩塌，而是分別估算：

• 危害度 $H$：崩塌發生的地形、地質及活動特性。
• 脆弱度 $V$：崩塌影響範圍內的人口、交通及重要設施等保全對象。

先將危害度與脆弱度各自評分、分級，再利用風險矩陣決定潛勢高、中、低。以下依命題當年（民國 113 年）所採評估方式說明。

解題方法

一、評估危害度並分級

依各評估因子分級計分，五項因子各為 1 至 3 分，總分最高 15 分：

將五項分數加總為危害度總分 $H_s$，依下列門檻分級：

二、評估脆弱度並分級

以大規模崩塌可能影響範圍內的保全對象計分，包含住戶、交通及重要設施。將各項分數加總為脆弱度分數 $V$。

核心觀念

預鑄護岸是先在工廠或工地預製混凝土構件，再運至現場吊裝、堆疊或連接，形成保護河岸坡面及基腳的構造。答題時可依構件的結構形式與功能分類，並說明各型式如何兼顧抗沖刷、岸坡穩定、排水及生態需求。

預鑄構件本身不代表護岸已具足夠安全性；設計仍須檢核水流沖刷、構件滑動或傾覆、地基承載、基腳淘刷與背填土排水等問題。題目未指定特定設計手冊或流速範圍，以下依常見型式與原理說明，不採用單一流速數值作為通用界線。

主要類型及適用條件

1. 實心預鑄混凝土塊、連鎖塊

以矩形、梯形、六角形或異形混凝土塊排列，依設計採互鎖、榫接、繫件連結或單純堆疊。可依坡面配置成連續護坡，也可與基腳、趾部護坦等構造搭配。

**適用條件：**需要快速施工、構件易於運輸吊裝，且岸坡可整坡並具有可靠基礎的河段。連鎖或榫接型可提升整體性，適用於有一定水流沖擊、需抑制塊體位移的區段。若採鋼絲等金屬繫件，須考慮腐蝕環境；構件縫隙與背填層也須妥善處理，避免細料流失及掏空。

2. 多孔性或開孔式預鑄塊

構件設有孔洞、凹槽或連續孔隙，可填土、碎石或配置植生，部分型式亦可提供水生生物躲藏空間。相較於平滑、密實的混凝土面，較有利於改善岸坡微棲地與植生條件。

**適用條件：**需要護岸保護且重視生態、景觀的河段，並須依當地環境與目標生物選擇孔隙及構件形式。植生能否存活，取決於水位變動、淹水頻率、基材與光照；高流速或強沖刷部位不能只依賴植生抗蝕，仍須以構件強度、基腳保護及水理設計確保穩定。

3. 預鑄生態槽、植生槽或箱型護岸

以中空槽體、箱體或具有凹槽的構件堆疊成岸壁，槽內填入現地土石、碎石或適合植栽的材料。構造可提供重量與坡面保護，槽內材料及植物則有助於生態與景觀整合。

**適用條件：**需兼顧防護及綠化，且有足夠空間安排構件、填料與植生的河岸。適用前須確認槽體堆疊穩定、填料不易被水流帶出，並設置適當排水與基腳。常流水或洪水易直接沖擊的部位，須評估植生尚未成長時的防護能力，不能以植生取代結構安全設計。

4. 大型預鑄箱體、重力式護岸塊

以較大型的箱形或中空預鑄構件堆疊，並利用自重、填料重量或相互咬合形成重力式護岸；部分型式可在箱內填入現地土石，或於上部設置植生空間。

核心觀念： 預鑄護岸的毀損常是水流作用、地盤變形、構件耐久性與施工品質共同造成。作答時可按破壞型態分類，再說明各自的主要原因。

1. 護岸塊滑動、滾動或脫離：水流拖曳力、波浪或漂流物撞擊超過塊體自重、摩擦力及相鄰塊體的咬合作用；基底摩擦不足、坡度過陡或接縫鬆脫也會增加風險。
2. 護岸塊掀起或浮起：塊體底部水壓、滲流壓力或水流升力過大，使有效法向力降低，摩擦抵抗隨之減少。
3. 構件破裂、剝落或磨損：混凝土強度、厚度或配筋不足，施工缺陷、凍融或化學侵蝕，以及漂石、漂木撞擊或長期磨蝕，都可能造成構件損壞。
4. 沉陷或錯動：地基承載力不足、軟弱地盤壓密、基礎淘刷或施工夯實不足，會造成局部沉陷與不均勻變形，使護岸塊錯位、接縫張開。
5. 護腳淘空或基礎失穩：河床沖刷、流速集中或護腳深度不足，會削弱護岸底部支承，進一步引起塊體下陷、滑落或整體崩塌。
6. 背填土流失、管湧或坡體失穩：接縫過大、背面濾層或排水設施失效，會使土粒隨滲流水流失；孔隙水壓上升也可能誘發坡面滑動。
7. 接縫與連結失效：接縫材料老化、施工不密合、連結件腐蝕或咬合不足，會降低護岸整體性，使局部破損逐步擴大。
8. 施工與維護缺失：基礎、護腳、濾層或排水設施未按設計施作，或未及時修復局部損壞，會使原本局部的缺陷發展成較大範圍破壞。

（二）預鑄塊受力圖與起動破壞條件

核心觀念

本題考查預鑄塊在斜坡上的沿坡起動滑動。水流拖曳力與塊體有效自重的沿坡分力促使塊體下滑；水流升力會減少接觸面的法向力，因而降低靜摩擦抵抗。假設塊體完全浸水，先以浮力修正自重，再列沿坡與法線方向的力平衡。

受力圖

以下以水流沿坡向下為例，斜坡向右上方；$t$ 軸沿坡向下，$n$ 軸為斜面外法線方向。

 n：斜面外法線
 ↖ 升力 FL
 [預鑄塊]
 摩擦力 fN ↗ ↙ 拖曳力 FD
 ↘ N（接觸面法向力）
 ↓ W′
 ____/________________
 ↙ t：沿坡向下、水流方向

其中，有效水下重量為

其沿坡分力為 $W'\sin\theta$，垂直壓向斜面的分力為 $W'\cos\theta$。

力的表示與推導

依阻力與升力公式，水流對預鑄塊的拖曳力及升力分別為

核心觀念

陡坡排水渠道的坡度大，水流容易由緩流轉為急流，流速與動能隨之增加。若出口未妥善消能，可能沖刷渠道底床、坡腳及下游河床，造成淘刷、基礎掏空或邊坡破壞。

消能設施的目的，是透過水流跌落、形成水躍、撞擊構造物、增加紊流或沿程摩擦，降低水流能量，並將水流安全銜接至下游。設計時須一併考量流量、落差、上下游水位、地形與地質、可用空間、材料及維護條件。

水流狀態可用福祿數判斷：

其中 $V$ 為平均流速、$g$ 為重力加速度、$D$ 為水力深度。$Fr>1$ 為急流，$Fr<1$ 為緩流。消力池常利用水躍將急流轉為緩流；設計時須檢核水躍能否穩定發生，以及下游水深能否提供足夠尾水。

解題方法

本題是設施比較題，作答宜依序說明「設施原理、適用條件、優點、缺點」，並涵蓋陡坡排水常見的分級消能、池式消能、粗糙面消能及出口防沖保護。選擇設施時，不能只看坡度或落差，還須確認消能後的水流能與下游渠道相容。

一、階梯式渠道（階梯跌水）

沿渠道縱坡設置連續階梯，使水流逐階跌落，透過水舌撞擊、回流及紊流逐步消耗能量。

• **適用條件：**坡段較長、落差較大，且地形容許分段配置；需控制流速並避免能量集中於坡腳時。
• **優點：**分段消能，減少單一出口承受的沖擊；可配合地形配置，構造相對直觀。
• **缺點：**階梯尺寸及流況須妥善設計，否則水流可能在階梯上加速或產生強烈沖擊；構造數量多，增加施工、檢查與維護需求。

二、跌水工及跌水消力池

以跌水牆或跌坎造成水位落差，並在下游設置消力池，使落水水舌撞擊池底或池內水體；必要時利用水躍、消能墩或尾檻進一步消能。

• **適用條件：**渠道局部落差明顯，且有足夠空間及地基條件設置跌水構造與下游消力池。
• **優點：**可將落差集中於特定構造處理；消力池能吸收衝擊、穩定水躍，便於保護下游底床。
• **缺點：**構造及基礎要求較高；池深、池長與尾水條件若配合不當，水躍會移出池外，仍可能造成沖刷；還須留意滲流、基礎淘刷及維護問題。

三、陡槽與底流式消能（坡腳消力池）

以陡槽將水流導至坡腳，再利用消力池中的水躍消能。陡槽負責安全輸水，消力池負責降低出口流速與能量。

• **適用條件：**渠道須沿既定坡面輸水，且坡腳有空間設置消力池；下游尾水條件可配合水躍形成時。
• **優點：**陡槽可依地形布設，水流路徑明確；消力池可集中保護坡腳與下游河床。
• **缺點：**急流進入坡腳時仍具高能量，消力池若尺度或尾水不足，水躍可能不穩定；

核心觀念

本題考查水土保持工程在施工階段的溫室氣體排放來源，以及施工管理上可採取的減碳措施。施工階段的排放不只來自工地機具燃油，也包括工程材料、材料與土石方運輸、施工用電、廢棄物處理等活動。

碳排放量通常以活動數據乘以排放係數估算：

其中，$E$ 為溫室氣體排放量，常以二氧化碳當量（CO₂e）表示；$A_i$ 為各項活動數據，例如柴油用量、用電量、材料用量或運輸量；$EF_i$ 為相對應的排放係數。盤查時應統一計算邊界與單位，避免漏列或重複計算。

解題方法

可依「材料、機具能源、運輸、工地管理、廢棄物與地表擾動」分類，先完整列出排放來源，再為每類配對具體措施。水土保持工程常見的擋土、排水、護岸、固床、坡面保護及土石方作業，應特別留意水泥、鋼材、土石方運搬，以及挖掘機、裝載機、卡車等機具的排放。

施工階段碳排來源

1. 工程材料的製造與使用 水泥、混凝土、鋼筋、型鋼、預鑄構件、石材、瀝青及管材等，在原料取得與製造過程中會產生排放。水泥與鋼材通常是工程材料排放的重要來源；材料用量越大，相關隱含碳排通常越高。

2. 施工機具與設備能源消耗 挖掘機、推土機、裝載機、吊車、壓路機、抽水機、發電機及混凝土施工設備，使用柴油、汽油或電力時會產生排放。機具怠速、低效率運轉、重複作業及不當排程都會增加能源耗用。

3. 材料、土石方及人員運輸 工程材料運至工區、土石方運往土資場或由工區外運，均會消耗燃料。偏遠山區工地常有運距長、道路狹窄、車輛空車返程等情形，會提高運輸排放；施工人員通勤及工地交通也會產生排放。

4. 工地用電與臨時設施 抽排水、照明、焊接、施工用電、臨時辦公設施與發電設備，會因電力或燃料使用而產生排放。偏遠工區若以柴油發電供電，還需計入發電機燃料排放。

5. 施工廢棄物與返工 餘料、拆除料、包裝材及營建廢棄物的清運、處理或掩埋會增加排放。施工錯誤、品質不良或設計與現場條件不符造成返工，也會重複消耗材料、機具能源與運輸資源。

6. 植生清除與地表擾動 清除既有植生、擴大施工便道或不必要地裸露坡面，會減少植生固碳能力，並可能增加後續復育需求。若施工管理不當，造成土壤或植生受損，也會增加復原所需的材料與機具投入。

減碳作法

1. 降低材料需求並選用低碳材料 在符合安全、耐久與水土保持功能的前提下，檢討結構尺寸與材料用量，避免過度設計及不必要的材料耗用。