112 公務人員升官等薦任 水土保持工程 土壤沖蝕原理與控制 考古題詳解

核心觀念

本題考查風蝕作用與海岸砂丘防治。風力搬運砂粒的方式包括懸移、躍移及蠕移；砂粒受風搬運後，會造成地表砂土流失，並使砂丘向陸側推移。防治重點是降低近地表風速、減少可被搬運的裸露砂面，並以適地植生穩定砂丘。

解題方法

依風蝕防治的基本原則，先控制風力，再固定地表，最後配合地形與海岸環境進行長期維護。方法可分為工程性防風、地表覆蓋與植生穩定三類：

1. 減弱風力、降低風蝕力 在迎風側設置透風式防風柵、草束柵或籬柵，形成近地表低風速區，減少風對砂面的剪應力與砂粒搬運。防風柵宜分期設置，配合砂丘地形與主要季風方向配置；完全不透風的屏障容易使氣流在背風側產生渦流，且局部堆砂過快，宜以具透風性的構造為原則。

2. 覆蓋裸露砂面、減少砂粒起動 以稻草、枝條、草蓆或其他適當材料覆蓋砂面，或採棋盤式草方格、枝條方格等方式分割裸露區，降低近地表風速並攔截移動砂粒。覆蓋材料須固定牢靠，避免被強風吹散。

核心觀念

蝕溝（gully）是地表逕流集中於坡面或天然排水路線後，因沖蝕能力超過土體抗蝕能力，逐步向下切割、向兩側擴大而形成的較大沖蝕溝。它是水蝕由面狀、細溝沖蝕發展為集中線狀沖蝕的結果；尺度已超過一般耕作或整地可直接填平的細溝。

判斷蝕溝是否發生，可用下列概念理解：

其中 $\tau$ 為水流剪應力，$\rho$ 為水的密度，$g$ 為重力加速度，$R$ 為水力半徑，$S$ 為溝床坡降。逕流量、流速或坡降增加時，水流沖刷能力隨之提高；若超過土壤的抗蝕能力，便會造成溝床下切與溝岸崩塌。

本題為申論題，沒有選項，也沒有計算或特定法條適用；作答重點是依序說明成因、特點、類型、控制原則及具體措施。

解題方法

採「為何形成 → 如何發展 → 如何分類 → 如何治理」的順序作答。先交代坡面逕流集中及土壤抗蝕力降低的成因，再說明蝕溝的沖蝕特徵與常見類型，最後依水源、坡面、溝頭、溝床及溝岸分層提出措施。這樣能同時回答題目中的主因、特點、類型與控制方法。

一、坡面生成蝕溝的主因

1. 坡面逕流集中且沖蝕力過強 強降雨或長延時降雨產生大量逕流；坡度較陡、坡長較長，或坡面有凹地、車轍、排水溝等集中水流路線時，逕流集中後便容易沖成細溝，進一步擴大為蝕溝。

2. 土壤抗蝕力降低 植被遭砍伐或破壞、地表裸露、過度放牧、耕作方式不當、土壤壓實或結構鬆散，都會降低土壤抵抗沖刷的能力。

3. 排水及土地利用不當 道路、農地整坡或其他開發若未妥善導排逕流，或將上方集水直接引至坡面某一處，會使局部流量與流速增加，促進蝕溝形成。既有溝床坡降過大、溝頭有落差或溝岸土體不穩，也會使沖蝕持續發展。

二、蝕溝的特點

• 水流集中、沖蝕線狀發展：與面蝕、細溝沖蝕相比，蝕溝具有明顯的溝床與溝岸，逕流沿固定路線集中通過。
• 向下切割並向上游延伸：溝床下切會形成溝頭或跌坎，跌坎可逐漸向上游後退；溝岸則可能因掏空、崩塌而向兩側擴展。
• 沖蝕與崩塌相互作用：溝床水流沖刷溝岸基部，造成溝岸失去支撐；崩塌土石再被逕流搬運，擴大溝體。
• 破壞性較大且不易以耕作消除：蝕溝會切割農地、道路及排水系統，增加土砂輸出；單純回填若未處理集水與排水，容易再次沖開。

三、蝕溝的類型

蝕溝可依分類依據分述，避免將不同分類標準混為一談：

1. 依形成或發展特性

• 暫時性蝕溝：常由坡面逕流短時間集中形成，位置與形狀可能隨土地利用或排水狀況變動。
• 永久性蝕溝：已形成固定的排水通道，溝床與溝岸明顯，需以整體排水及工程、生物措施治理。

2. 依斷面形狀

• V 形蝕溝：常見於土層較均質、溝岸向內收斂的情形。

核心觀念

本題考查農用坡地的平台階段如何施工，以及它如何控制土壤沖蝕。平台階段是在坡地上沿等高線修築階面，將連續坡面分割為較短的坡段；階面可供耕作，並配合內傾坡度、排水溝及安全出水設施，將逕流導向穩定出口。

解題方法

作答時分成「作法」與「沖蝕控制功用」兩部分，說明平台階段如何改變坡地的坡長、坡度與逕流路徑，再連結到減少沖蝕的效果。

平台階段的作法

1. 沿等高線配置階面：依地形、坡度、土壤及耕作需求規劃階段，使坡面分成一段段較短的坡段；階面寬度及階段間距須配合地形與農業機具作業。
2. 整修階面與階壁：階面整理為可耕作的平台，通常採適當內傾，使地表逕流流向內側排水設施；階壁整坡並做好保護，避免裸露土壤受雨滴及逕流沖刷。
3. 設置排水與出水設施：於階面內側設置排水溝，並以安全出水口或導水設施將逕流排至穩定、不易沖刷的出口。排水溝須維持通暢，必要時配合植生或其他護坡措施。
4. 配合作物與耕作管理：依階面條件種植，並採等高耕作、覆蓋或草生等方式保護土壤；避免排水集中於未加保護的階壁或坡面。

對土壤沖蝕控制的功用

核心觀念

本題考查 USLE 中地形如何影響坡面土壤流失量。USLE 表示為：

其中 $A$ 為平均年土壤流失量；$R$ 為降雨沖蝕力因子；$K$ 為土壤沖蝕性因子；$L$ 為坡長因子；$S$ 為坡度因子；$C$ 為作物與管理因子；$P$ 為水土保持處理因子。地形影響由 $L$ 與 $S$ 共同表示，常合稱地形因子 $LS$。

$LS$ 是相對於標準坡面條件的無因次比值。標準坡面長度為 $72.6$ 英呎，約 $22.1$ 公尺，坡度為 $9\%$；在其他條件相同時，標準坡面的 $LS=1$。實際坡面之 $LS$ 越大，預估土壤流失量也越大。

解題方法

以 USLE 的乘積架構切入，分別說明坡長與坡度如何改變地表逕流及侵蝕，再指出兩者合併為 $LS$，直接乘入流失量估算。

常見的 USLE 地形因子表示式為：

此式採英制長度；$\lambda$ 為坡長（英呎），$\theta$ 為坡面角度，$m$ 為坡長指數。使用公制時，標準長度 $72.6$ 英呎可換為 $22.1$ 公尺，公式係數須配合所採用的單位與版本。此式為常見 USLE 形式；修正版 RUSLE 對坡度關係與地形計算另有修訂。

• **坡長 $L$：**通常以坡長相對於標準坡長的比值取 $m$ 次方表示，即 $L=(\lambda/72.6)^m$。坡長增加時，坡面逕流累積量及流速通常增加，增強沖刷與搬運能力，因此一般會提高土壤流失量。$m$ 為經驗指數，會隨坡面侵蝕型態改變；