108 公務人員升官等薦任 水土保持工程 坡地保育規劃與設計 考古題詳解

核心觀念

本題考查水土資源保育的目的與內涵，以及氣候變遷如何透過水文、土壤與坡地災害等途徑影響保育工作。作答宜先界定「保育」並說明其管理目標，再依氣候變遷造成的變化，分別申論水資源、土壤與坡地環境的影響。

水土資源保育，是在合理利用土地與水資源的前提下，透過調查、規劃、管理及工程或生態措施，維持土壤的生產與涵養功能、水資源的質與量，以及集水區與坡地環境的穩定，避免土壤沖蝕、地力衰退、水資源枯竭與災害擴大，並兼顧生態系統與後代世代的需求。其重點不是完全禁止利用，而是使利用方式與土地承載能力相配合，降低資源劣化及災害風險。

解題方法

本題為申論題，適合採「定義與目標—氣候變遷因子—保育影響」的架構。先用一段說明保育對象及原則，再從降雨、水文、土壤坡地、生態與治理等面向逐項分析，並交代氣候變遷如何形成影響。

氣候變遷的主要氣候因子包括氣溫上升、降雨型態改變、強降雨事件增加，以及乾旱或高溫期間變化。這些因子會改變水循環與坡地環境，進而影響水土資源的可利用性、穩定性與保育措施的設計需求。

氣候變遷對水土資源保育的影響

一、水資源時空分布改變

降雨量與季節分布改變，會使部分地區乾旱期間拉長、枯水期供水壓力增加；另一些時段則可能集中降下大量雨水，形成洪峰迅速升高、逕流集中及蓄水不易的情形。水資源保育因此須同時面對枯水與洪水風險，並更重視集水區涵養、蓄洪調節、雨水利用及水資源調度。

二、強降雨加劇土壤沖蝕與坡地災害

短延時強降雨會提高地表逕流量與流速，增加土壤沖蝕、崩塌、土石流及河道淤積風險。裸露地、陡坡地與土地利用不當地區受影響尤大。土壤被沖失後，不僅造成地力下降，也會使泥砂進入河川、水庫與灌溉系統，增加淤積及水質管理負擔。

三、坡地穩定與保育設施面臨較大負荷

核心觀念

本題考《水土保持法》第 3 條的名詞定義，以及第 16、18、19 條對特定水土保持區與長期水土保持計畫的規定。關鍵在於分清「集水區」的一般水文地形定義，與「水庫集水區」以水庫大壩或離槽水庫引水口為界的專門定義，再比較兩類特定水土保持區的保育目標。《水土保持法》第 3、16、18、19 條

• 集水區：溪流某一地點以上，天然排水所匯集的地區。
• 水庫集水區：水庫大壩（含離槽水庫引水口）全流域稜線以內所涵蓋的地區。

解題方法

先從匯流界點與流域稜線判斷兩個名詞的範圍，再依《水土保持法》第 19 條逐項整理長期計畫重點。題目所稱「主要河川集水區」應理解為經劃定為特定水土保持區的主要河川集水區；法第 16 條所列劃定類型為「主要河川上游之集水區須特別保護者」。

一、集水區與水庫集水區的差異

簡言之，集水區是一般概念；水庫集水區是以水庫取水、蓄水功能為核心界定的特定類型。兩者皆依天然排水與流域分界理解，但控制點與管理目的不同。

二、長期水土保持計畫的共同架構

依《水土保持法》第 18 條，特定水土保持區由管理機關擬定長期水土保持計畫，報請主管機關核定實施，每五年通盤檢討一次。依《水土保持法施行細則》第 20 條，計畫內容包括劃定類別及目的、位置範圍與面積、土地利用現況、環境現況基本資料、整體規劃配置、分期分區處理順序與內容、執行單位及方法、估計經費、管制事項，以及特殊或綜合工法的處理地點與理由等。《水土保持法施行細則》第 20 條

核心觀念

本題考查木本與草本植生的根系、需水特性，以及植株重量對邊坡穩定的影響，進而說明兩者如何搭配配置。配置時須兼顧兩項原則：一是依邊坡水分條件安排植物種類與位置；二是避免植株重量集中在不利位置，增加邊坡滑動負荷。

木本植物根系較深，可增加較深土層的抗剪能力，並提供一定的根系錨定效果；但喬木、灌木植株較大、重量較重，蒸散量也較高，密植於坡頂或坡面時，可能增加邊坡負荷並造成水分競爭。草本植物根系多分布於表層，能快速覆蓋裸露土面，降低雨滴打擊、逕流沖蝕與表層土壤流失；其植株重量通常較輕，適合大面積作為坡面覆蓋。

解題方法

依「水分需求—根系深度—植株加載—配置位置」逐項推導：

1. 先以草本植生覆蓋坡面。 草本植物生長快、覆蓋密，可優先保護裸露坡面，減少雨滴侵蝕與地表逕流沖蝕。坡面較乾燥、土層較薄或不利木本植物生長處，宜以耐旱草種為主。
2. 再以木本植生補強坡面。 在土層較深、含水條件較適宜且可承受植株重量的位置，配置灌木或喬木，利用較深根系增加土體的整體性與抗剪能力。
3. 依坡位控制木本植物的重量。 坡頂不宜密植高大喬木，以免重量集中於坡體上緣、增加下滑力；坡面木本植生宜疏植、分散配置，避免形成過大的局部荷載。坡腳可視地形與排水條件配置灌木或適當木本植生，以維持坡面穩定與地表覆蓋。
4. 依水分條件調整混植比例。 木本植物需水量及蒸散量較大，草本植物則可快速覆蓋表土。

核心觀念

本題考查兩個相連的問題：如何以土壤力學方法判斷邊坡是否穩定，以及颱風豪雨如何改變土體的受力與強度，使原本穩定的坡地發生滑動。

邊坡穩定分析的核心是比較潛在滑動面上的抗剪能力與下滑作用。常用安全係數表示：

依莫耳－庫侖破壞準則，土壤的抗剪強度為：

其中，$c'$為有效凝聚力，$\phi'$為有效摩擦角，$\sigma_n$為滑動面上的總正向應力，$u$為孔隙水壓力；$(\sigma_n-u)$即有效正向應力。孔隙水壓力升高時，有效應力降低，土體可提供的摩擦抗力也隨之降低。

解題方法：邊坡穩定的力學分析

分析時先依地形、地質與地下水資料判定可能的滑動型態及滑動面，再選擇合適方法計算安全係數。常見方法如下：

1. 無限邊坡法

適用於坡面延伸範圍大、土層厚度相對坡長很小，且潛在滑動面近似平行坡面的淺層滑動。設土層厚度為垂直坡面的$z$、坡角為$\beta$、土壤單位重為$\gamma$，忽略側向作用時，安全係數可表示為：

分子是滑動面上的抗剪強度；分母是土體沿坡面方向的下滑剪應力。若滑動面孔隙水壓力以水位比$m$表示，並以$\gamma_w$為水的單位重，常用形式為：

由式可看出，坡角$\beta$增加會提高下滑作用；孔隙水壓力增加會降低有效應力及安全係數。此法計算簡便，適合初步評估淺層土壤滑動，但不適用於複雜地形、深層滑動或滑動面明顯非平行坡面的情況。

2. 圓弧滑動與土條法

對均質或近似均質土坡，可假設潛在滑動面為圓弧，將滑動土體分割成多個垂直土條，逐條計算重力、孔隙水壓與滑動面抗剪力，再依力與力矩平衡求安全係數。

常見方法包括：

• 瑞典圓弧法（Fellenius 法）：以整體力矩平衡計算，假設土條間作用力可忽略，計算較簡便，通常較保守。
• 簡化 Bishop 法：主要滿足力矩平衡，考慮土條間作用力的影響，適用於圓弧滑動分析。
• Janbu 法：以力平衡為主，可處理非圓弧滑動面。
• Spencer 法、Morgenstern–Price 法：同時滿足力與力矩平衡，適用於較一般的滑動面，分析較完整。

核心觀念

本題比較的是一般山坡地邊坡與水濱邊坡的受力及侵蝕環境。兩者都須處理降雨入滲、地表沖蝕、地下水及邊坡穩定；水濱邊坡另直接受到河川或湖泊水位、水流、波浪與河床或湖床沖刷的影響。因此，設計不能只檢核坡面與坡體穩定，還要考慮水位變動、坡腳淘刷及水域生態。

判斷邊坡穩定時，有效應力概念很重要。簡化表示如下：

其中 $\tau_f$ 為土壤抗剪強度、$c'$ 為有效凝聚力、$\sigma$ 為總正向應力、$u$ 為孔隙水壓、$\phi'$ 為有效摩擦角。水位變動會改變坡面外側水壓與坡體內孔隙水壓，進而改變穩定性。

解題方法

作答可從「水的作用」切入，依序說明水濱邊坡的外部水力作用、坡體內部滲流、坡腳沖刷及環境維護，再提出對應的調查與設計措施。這樣能直接回答「有無額外考量」，並說明這些考量如何影響保護工法。

水濱邊坡的額外考量

一、水位升降與快速退水

河川洪水漲落、湖庫蓄放水或潮汐變化，會使坡面外水壓反覆改變。水位上升時，外側水體可能提供支撐；水位快速下降時，坡體內的地下水尚未及時消散，外側支撐卻已減少，形成向外的滲流與較大的孔隙水壓，降低抗剪強度，增加滑動風險。

因此，設計與穩定分析須採用具代表性的高、低水位及水位升降情境，並考慮退水速率、地下水位與排水條件。必要時配置反濾排水、盲溝或適當的排水設施。

二、河流、波浪及水流造成的沖刷

水流、洪水、波浪、船行波或湖岸風浪會沖蝕坡面，並可能淘刷坡腳。坡腳一旦被沖深，邊坡支撐減少，可能引發上方坡體崩塌或護岸破壞。河道沖淤變化也可能使設計時的河床高程與實際狀況不同。

因此須調查流速、洪水流向、波浪作用、河床或湖床材料及沖淤變化，檢核坡腳沖刷深度與保護範圍。護岸基礎應有足夠埋置深度，並視需要設置護坦、拋石或其他防沖刷措施；坡面保護也須能承受設計水流與波浪作用。

三、滲流、滲透破壞與基礎條件