112 公務人員升官等薦任 水土保持工程 集水區經營與水文學 考古題詳解

核心觀念

本題考查集水區治理的目標設定、措施配置與成效評估。各治理項目不能只以完成工程數量或植樹株數判定成效，必須回到集水區問題與治理目標，評估措施是否降低土砂生產與輸送、改善水文反應、維護土地利用安全，並兼顧生態與後續維護。

集水區治理通常以流域整體為單位，依「問題診斷—目標設定—措施選擇—執行—監測評估—調整」的步驟辦理。上游崩塌地、野溪與坡地是土砂產生區；道路、農地及排水系統可能增加逕流與土砂輸送；水庫及河道則是土砂淤積、輸送與防護的關鍵區位。因此，評估須同時看源頭控制、輸送途徑管理及下游受體保護。

解題方法

作答可先交代共同評估架構，再逐項說明各治理措施的要旨與成效指標。每項措施均回答兩個問題：

1. 治理要旨：要處理哪一種災害或集水區問題，透過什麼作用降低風險。
2. 成效評估：用哪些可量測、可比較的指標，確認治理效果是否達成。

評估時宜採治理前後比較，並考量降雨、地質、土地利用及維護狀況等條件；必要時與未治理區或歷年資料比較，避免把降雨差異誤認為工程成效。

各治理項目的要旨與成效評估

核心觀念

非點源污染是污染物由廣泛、分散的地表來源，經降雨沖刷與地表逕流帶入河川、水庫等水體；農地施肥與施藥、裸露地沖蝕、道路與市區逕流、畜牧場周邊地表沖刷，都是常見來源。其污染量常隨降雨、土地利用與逕流量變動，難以像固定排放口一樣逐一收集處理。

控制重點是運用最佳管理作業（Best Management Practices, BMPs），在污染物產生、移動與進入水體的過程中減量。答題時可依管理措施與工程設施分類，再說明各類作法與控制機制。

解題方法

由非點源污染「來源分散、隨逕流輸送」的特性切入，依序說明：

1. 非結構性措施：以土地利用、操作管理與污染預防，減少污染物產生或暴露。
2. 結構性措施：以工程或生態設施，攔截、滯留、入滲、沉降或淨化逕流。
3. 集水區整合管理：依污染來源與地形、水文條件配置措施，並持續維護與監測。

此題屬觀念申論題，無須列計算公式；作答應交代各措施如何降低污染負荷。

一、非結構性控制措施

• 土地利用與集水區規劃：限制水庫上游敏感地區的不當開發，妥善配置農業、都市、遊憩及保育用地；保留河岸與水源保護帶，降低污染源直接鄰近水體的機會。
• 農業管理：依作物需求合理施用肥料與農藥，掌握施用時機與用量；避免降雨前施肥或施藥；採輪作、覆蓋作物、草生栽培及等高耕作，減少土壤沖蝕與養分流失。
• 畜牧與聚落污染管理：妥善收集處理畜牧糞尿及生活污水，避免露天堆置、溢流或任意排放；定期清理道路、排水溝及易積存污染物處。
• 施工與裸露地管理：分期施工，縮小裸露面積與裸露時間；施工後儘速覆土、植生或鋪面復原，並妥善管理土方與營建材料。
• 教育、巡查與維護管理：宣導正確施肥與污染防治方式，巡查違規排放及廢棄物棄置情形；

核心觀念

單位歷線法是以集水區對有效降雨的逕流反應，推估直接逕流歷線的方法。**單位歷線（unit hydrograph, UH）**係指：某集水區在指定延時內，平均均勻降下單位深度（通常為 $1\ \mathrm{cm}$ 或 $1\ \mathrm{mm}$）的有效降雨後，所產生的直接逕流歷線。

「有效降雨」是扣除截留、入滲等損失後，實際形成地表直接逕流的降雨。單位歷線描述的是有效降雨與直接逕流之間的關係，不包含基流。

解題方法：單位歷線的基本假設

1. 有效降雨在集水區內均勻分布 假設同一場有效降雨在集水區的空間分布均勻，各處降雨深度相同。

2. 有效降雨在指定延時內強度均勻 建立某一延時的單位歷線時，假設該延時內的有效降雨強度固定；單位歷線只適用於相應的降雨延時。

3. 線性比例原理 若有效降雨深度增為原來的 $k$ 倍，則直接逕流歷線的各時刻流量亦增為 $k$ 倍，歷線形狀與歷時不變。

4. 疊加原理 不同時段的有效降雨所造成的直接逕流歷線，可以依各自的時間位移逐一相加，得到總直接逕流歷線。因此，可將複雜降雨拆成若干時段，再以單位歷線推算。

5. 時不變性 在相同集水區條件下，同一延時的有效降雨無論發生於何時，都假設會產生相同形狀、僅時間平移的逕流歷線。

單位歷線的限制

1. 線性假設只在適用範圍內近似成立 真實集水區的入滲、窪蓄、河道蓄水及洪水演進可能隨降雨與流量大小改變，因此降雨加倍時，洪峰不一定恰好加倍。

核心觀念

入滲是水由地表進入土壤的過程；入滲容量（或稱入滲能力）是土壤在特定條件下能接受水分的最大速率，通常以長度／時間表示，例如 mm/h。實際入滲率不會超過降雨供水速率，也不會超過土壤入滲容量；當降雨強度高於入滲容量時，超出的水量會形成地表逕流，增加洪峰流量。

本題要求寫出任一入滲理論方程式，並說明控制入滲的因素。以下採用常見的 Horton 入滲公式。

解題方法：Horton 入滲公式

Horton 認為，降雨開始後，土壤入滲容量會隨時間逐漸下降，最後趨近穩定值：

其中：

• $f(t)$：降雨開始後 $t$ 時刻的入滲容量。
• $f_0$：初始入滲容量。
• $f_c$：穩定或最終入滲容量。
• $k$：入滲容量衰減常數，反映入滲容量下降的快慢。
• $t$：降雨開始後的時間。

在降雨供水足以達到入滲容量時，實際入滲率可依此式描述。公式顯示，初期入滲容量較高，之後逐漸下降；時間愈久，$e^{-kt}$ 愈趨近於零，因此 $f(t)$ 趨近 $f_c$。若降雨強度低於土壤可入滲能力，實際入滲率則受降雨供水限制，不能直接視為等於 $f(t)$。

控制入滲的因素