114 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

NBS（Nature-based Solutions，自然解決方案，亦稱「自然為本解方」）是以保護、保育、復育及永續管理自然或經人為改變的生態系統，回應社會、經濟與環境挑戰，並同時增進人類福祉、生態系服務、環境韌性與生物多樣性的作法。

本題核心在於掌握：**以健康的生態系統作為解決問題的重要基礎，讓同一項措施兼顧人與自然的多重效益。**NBS 的核心理念可整理為：

1. 以生態系統功能為基礎：善用森林、溪流、濕地、土壤及河漫地等自然調節功能。
2. 同時處理多種社會挑戰：例如水資源安全、洪旱災害、氣候變遷、生物多樣性流失與土地劣化。
3. 兼顧人類福祉與生物多樣性：改善環境的同時，也須維護生態系完整性，避免造成生態或社會損害。
4. 依流域尺度整合規劃：集水區上、中、下游相互影響，應跨地點、跨部門整合，而非只處理單一工程點位。
5. 因地制宜、適應性管理：依地形、地質、降雨、土地利用及地方社會條件規劃，並持續監測與調整。
6. 與工程及治理措施互補：NBS 可單獨運用，也可與傳統工程、土地管理及社區參與整合；並非排斥必要的工程設施。

解題方法

作答時可依序說明「定義—核心理念—集水區應用—效益」，並把應用與效益逐項連結。例如森林復育能增加土壤涵養與坡面穩定，進而改善水源涵養、減少沖蝕並提供棲地。這種「措施如何發揮生態功能，再產生人與自然效益」的說明方式，能清楚呈現 NBS 的運作邏輯。

集水區經營須將流域視為連結的整體系統：上游的土地覆蓋與坡面狀態，會影響中下游的逕流、泥砂、水質與災害風險。因此規劃上宜先辨識主要挑戰及其空間來源，再配置保育、復育、永續利用與必要工程措施，並以監測結果調整管理。

集水區經營上的應用方式與可能效益

核心觀念

「生態系統服務」是生態系統及其生態過程直接或間接提供給人類的效益，例如供應食物與水、調節洪水與氣候、維持土壤形成，以及提供休憩與文化價值。其重點在於說明自然環境如何支持人類福祉，並非只計算可直接交易的資源。

常見分類有四類：

• 供給服務：提供食物、淡水、木材、纖維及基因資源。
• 調節服務：調節洪水、氣候、水質、病蟲害及侵蝕等。
• 支持服務：維持初級生產、養分循環、土壤形成及生物棲地等基礎生態過程。
• 文化服務：提供遊憩、教育、景觀、精神與地方認同等非物質效益。

各類服務彼此相依；例如支持服務支撐其他服務，而濕地的洪水調節、水質淨化及棲地維護，分別主要屬於調節服務與支持服務。

解題方法

本題是概念說明題，可先界定生態系統服務，再用「四類服務」整理其主要面向，最後依題目指定的三項功能，說明濕地如何透過水文、物理化學及生態作用產生效益。作答時須指出功能的作用機制及其對人類與生態系統的效益，避免只羅列「蓄洪、淨水、保育」等結論。

題目未要求特定法條或計算公式，作答以生態系統服務的分類與濕地作用機制為主。

濕地提供的生態系統服務

1. 洪峰削減

濕地具有低窪地形、滯洪空間及植被阻力。降雨逕流進入濕地後，部分水量暫時蓄存在地表或土壤中；植被與微地形也會增加水流阻力、延長流動路徑，使水流速度降低、洪水傳遞時間延後。因此，濕地可降低下游洪峰流量，並減緩洪水對河川及周邊地區的衝擊，屬於調節服務。

其效益取決於濕地面積、地形、土壤入滲能力、植被狀況，以及洪水來臨前的蓄水狀態。濕地能調節洪水，但不能視為可完全取代水庫、堤防或其他防洪措施。

2. 水質淨化

濕地透過多種物理、化學與生物作用改善水質：

核心觀念

本題在考森林植被對集水區水量平衡、降雨逕流與流量調節的影響，以及上游土地利用改變如何傳遞至下游洪水安全和枯水期供水。

集水區水量平衡可概略表示為：

其中 $P$ 為降水量、$ET$ 為蒸發散量、$Q$ 為流出集水區的逕流量，$\Delta S$ 為土壤、地下水及其他蓄水量的變化。森林可攔截部分降雨，並藉由樹冠、枯枝落葉層、根系與土壤孔隙，影響蒸發散、入滲、地表逕流及地下水補注。

解題方法

依「植被移除後的水文變化 → 洪水歷線反應 → 枯水期基流與供水」分析。森林砍伐的影響會受到降雨強度、土壤、坡度、砍伐方式、道路與排水設施等因素影響；以下說明一般可能的水文趨勢。

可能的水文影響

1. 截留與蒸發散減少 樹冠截留降雨並使部分水分蒸發；森林蒸散也會消耗土壤水分。砍伐後，這些損失通常下降，因此年水量中可轉為逕流的比例可能增加。

2. 入滲及土壤蓄水能力降低 砍伐、集材與重型機具作業可能壓實土壤，根系減少也會削弱土壤孔隙與團粒結構。枯枝落葉層減少後，地表承受雨滴衝擊的保護也變弱。結果是入滲率與土壤蓄水量可能下降，地表逕流增加。

3. 逕流速度加快、匯流時間縮短 植被與地表粗糙度降低，坡面水流較容易快速匯入溪流；道路、排水溝與集材道也可能形成直接匯流通道，使洪水反應變快。

4. 侵蝕與輸砂增加 土壤裸露、地表逕流及坡面沖刷增加，可能使懸浮泥砂與河床輸砂量上升。崩塌或土砂淤積會改變河道斷面與通洪能力，也可能影響水庫蓄水及取水設施。

核心觀念

堰塞湖是河谷因崩塌、土石流或冰川等物質突然堵塞，形成天然壩體，阻斷原有水流後，上游水體蓄積而成的湖泊。天然壩多由鬆散岩屑、土砂及巨礫組成，孔隙大、結構不均，抗沖蝕與抗滲能力通常不如人工水庫壩體；因此堰塞湖的主要風險在於天然壩體遭侵蝕、滲透破壞或整體失穩，引發潰決洪水，並可能挾帶大量土砂形成下游洪水與土石流等複合災害。

本題重點是掌握「形成條件—觸發因子—失穩機制—監測預警—應變處置」的完整因果鏈。題目未要求特定法條或數值計算，作答以地形地質、水文作用與災害管理原則說明即可。

形成機制與主要成因

堰塞湖的形成須同時具備兩項基本條件：一是河道附近發生足以堵塞河谷的物質移動；二是堵塞物形成天然壩體，使河水無法順利排出並開始蓄積。典型過程如下：

1. **坡地物質大量移動：**崩塌、山崩、土石流或岩屑流等大量進入河道。
2. **河道受阻：**移動物堆積於狹窄河谷或河道瓶頸處，形成天然壩體。
3. **上游蓄水：**上游流入量持續增加，水面上升，形成堰塞湖。
4. **壩體溢流或失穩：**水位升至壩頂後溢流沖刷，或壩體因滲流、管湧、坡面滑動等破壞而潰決。
5. **下游災害擴大：**湖水快速下泄，挾帶壩體土砂與河床堆積物，造成洪水、土砂沖淤及沿岸設施受損。

主要成因以崩塌或山崩堵塞河道最常見，其他包括土石流堆積、地震誘發的坡地破壞、冰川或雪崩堆積，以及火山噴發物或其他大量土石材料堵塞河谷。臺灣山區地勢陡峻、地質破碎且地震與強降雨頻繁，坡地物質進入河道的條件有利，因而堰塞湖常與崩塌、土石流及後續洪水相互影響。

常見觸發因子與壩體失穩方式

觸發因子可分為「促使堵河物形成」與「促使天然壩潰決」兩類：

• **強降雨或颱風：**雨水入滲使坡體重量增加、孔隙水壓上升、有效應力降低，容易誘發崩塌或土石流；湖區集水量增加也會加快水位上升與壩頂溢流。
• **地震：**地震動使坡地或既有崩積物失穩，造成崩塌堵河；震後裂隙與鬆動壩體亦較易受降雨沖刷或滲流破壞。
• **河道侵蝕與溢流：**水流越過壩頂後，常由下游壩坡開始沖刷、下切，形成溢流道並逐步加深、拓寬，導致湖水快速排出。
• **滲流、管湧與內部侵蝕：**水由壩體孔隙或裂隙通過，帶走細料，使滲流通道擴大，削弱壩體並可能引發局部塌陷或潰決。
• **壩體滑動或沉陷：**壩體材料鬆散、坡度陡峭或基礎條件不佳時，飽和、沖刷或地震作用可能引發局部滑動、沉陷，降低壩頂高程並促成溢流。
• **上游來水與壩體變化：**支流洪水、融雪或上游崩塌入湖增加蓄水量；壩體持續變形、裂縫擴大或排水條件改變，也會提高失穩風險。

須區分「堰塞湖的形成」與「堰塞湖的潰決」：地震或強降雨可能先誘發崩塌而形成堰塞湖，後續降雨、溢流與滲流作用則可能進一步造成潰決。二者可能接續發生，卻是不同階段的風險。

解題方法：依災害因果鏈作答

本題為申論題，宜依序說明「定義與形成、成因與觸發、潰決機制、監測與因應」，讓答案由成因推到防治措施。監測項目須對應危險機制：水位與入流量監測掌握蓄水變化；壩體變形、滲流與溢流道觀測掌握結構變化；雨量、地震及下游河道監測則掌握外部觸發與影響。

可用水量收支概念理解湖水位變化：