民國115年 普通考試 水土保持工程 集水區經營與水文學概要考古題
民國115年 普通考試 水土保持工程 集水區經營與水文學概要收錄考選部官方試題，共 4 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
請說明集水區河溪級序（Stream orders）以及分岔比（bifurcation ratio）
之定義，並繪圖說明分岔比對流量歷線形狀之影響。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、河溪級序（stream order）之定義：採 Strahler（1952）法，將無分支之源流定為一級；兩條同級溪流匯合時級序加一；不同級序匯合則取較高者。級序愈高，代表集水區面積與流量愈大、水文反應愈穩定。另有 Shreve 連結數（link magnitude），以源流條數表示河系規模。級序為無因次序數，僅表相對大小，非實際流量。
- 二、分岔比（bifurcation ratio, Rb）之定義：為某一級溪流條數與高一級溪流條數之比值，Rb＝Nu／Nu+1，實務上取各級平均或以半對數迴歸斜率求之（Horton）。天然河系多在3至5之間；大於5常受斷層、節理等地質構造控制或盆地狹長；小於3則盆地寬廣、地勢平緩。分岔比與地質、地形及降雨特性密切相關。
- 三、繪圖說明：先畫兩個等面積集水區平面圖，甲區高分岔比，呈樹枝狀、源流多而短；乙區低分岔比，呈狹長狀、幹流長而支流少。下方對應畫兩條流量歷線，縱軸為流量Q、橫軸為時間t，並設定同一場降雨。甲曲線尖瘦、洪峰高、漲水快、稽延時間（lag time）短；乙曲線平緩、洪峰低、延時長。請考生依此結構標註級序、匯流點與洪峰位置。
- 四、影響機制：高分岔比表示源流多且短，水流路徑短、集流迅速，各支流洪峰易疊加，故歷線尖峰明顯、洪峰量大；低分岔比表示水流須經長河道演算，沿途蓄存、糙度與漫灘衰減作用大，洪峰被削減且歷線拉長。分岔比亦影響洪峰到達時間與洪峰量，為河系形狀與水文反應之重要指標。
- 五、限制與應用：分岔比僅為形狀指標，須配合排水密度、河頻度、形狀因子、地質與土地利用共同判讀；都市化、取水與水庫操作均會改變歷線形狀。實務上可應用於洪水預警、水庫入流推估、洪峰量估算與集水區治理分區，惟不宜單獨作為設計依據。
近年極端氣候對集水區經營管理造成許多挑戰，請繪圖說明集水區水文
循環（hydrological cycle）過程，並說明極端氣候對水文循環各階段造成
的影響。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、水文循環（hydrological cycle）之意義：指水在大氣、地表、土壤、地下水與生物體間，以蒸發、凝結、降水、入滲、逕流等過程不斷循環。集水區為基本單元，水量平衡式可寫為 P＝ET＋Q＋ΔS，即降水等於蒸發散加逕流加儲量變化；可區分全球尺度、集水區尺度與事件尺度三種層次。
- 二、繪圖說明：以集水區剖面呈現，上方畫雲與降水箭頭，坡面依序標註林冠截留（interception）、窪蓄（depression storage）、入滲（infiltration）、土壤水、重力水與地下水；以箭頭標示蒸發（evaporation）、蒸散（transpiration）、地表逕流、中間流、基流與河川出口，並以不同線型區分通量與儲量，旁註各分量名稱。請考生依描述繪製並標明流向。
- 三、對降水與截留之影響：極端氣候使短延時強降雨增多、雨量集中、乾季延長；雨強增大使林冠截留比例相對下降，颱風強風與倒木破壞冠層，截留能力降低；乾旱則減少植被覆蓋，截留與蒸散同步改變，降水之不確定性明顯提高。
- 四、對入滲、土壤水與地下水之影響：雨強超過入滲率時，入滲比例下降、漫地流增加；雨滴打擊造成土壤結皮與沖蝕，進一步降低入滲；乾旱使土壤水分虧缺、地下水補注減少、基流降低；暴雨後地下水位雖短暫上升，但全年補注量未必增加。
- 五、對蒸發散與逕流之影響：升溫提高蒸發散需求，水庫與土壤蒸發增加；降雨集中使逕流係數上升、洪峰增大、歷線尖瘦、稽延時間縮短；枯水期流量減少，河川斷流風險升高。調適上可採滯洪、地下水補注、多元水源、洪旱預警與土地利用管制等措施。
坡地農塘為近年政府積極採用的水保設施之一，請詳述坡地農塘之種類
及功能效益。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、定義與政策背景：坡地農塘係在坡地農業區利用天然窪地或築堤圍堵，蓄存地表逕流之小型蓄水設施，容積多為數千至數萬立方公尺。農業部農村發展及水土保持署近年推動坡地農塘改善與示範，強調防災、生產、生態與景觀之多功能目標，為坡地水資源調蓄與減災之重要設施。
- 二、依功能分類：灌溉型農塘調蓄灌溉水源；滯洪型削減洪峰、遲滯洪流；沉砂型攔阻土砂；生態型營造水域棲地；另有景觀遊憩型與養殖型。實務上多為複合功能，須依集水區土砂、水文條件與用水需求配置，並考量上下游串聯之整體效益。
- 三、依構造與位置分類：挖填式（挖方成池、土方平衡）、築壩式（土壩、砌石壩、混凝土壩）；谷地型與坡面型；依串聯方式可分單池與階梯式串聯（series ponds）；依護岸材料分土堤、砌石、混凝土與生態護坡。設計時須配合地形、地質與溢洪能力。
- 四、功能效益：滯洪減峰與遲滯洪流，降低下游洪患；沉砂攔砂，減少河道與水庫淤積；補注地下水、維持枯水期基流；調蓄灌溉水源、提升抗旱韌性；截留營養鹽與淨化水質；營造水域棲地、景觀遊憩並調節微氣候，兼具生產、生態與生活價值。
- 五、限制與維護建議：淤積使有效容積衰減，須定期清淤；壩體滲漏與潰決風險；水質優養化與蚊蠅滋生；用地取得與地主意願；乾季水位下降。建議訂定設計標準、設置溢洪道與緊急洩降設施，並建立巡查、清淤與水質監測制度，以維持長期功能。
土砂收支平衡是集水區管理的重要課題之一，請說明集水區從坡面的土
砂生產、水道的土砂輸送到下游的土砂堆積包含那些類別型態。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、土砂收支之概念：土砂收支（sediment budget）以質量守恆描述集水區土砂之供給、輸送與堆積，式為 I－O＝ΔS，I為坡面供給、O為出口輸出、ΔS為坡面與河道儲量變化。可依事件、年、長期地質三種時間尺度分析，並區分供給源（source）、輸送路徑（pathway）與沉積區（sink）。
- 二、坡面土砂生產型態：地表沖蝕（層狀 sheet erosion、細溝 rill、溝蝕 gully）、崩塌（淺層滑動、深層滑動、岩屑滑動）、土石流（debris flow）、河岸與崖坡沖蝕、風蝕，以及道路開闢與整地等人為擾動。生產量受岩性、坡度、植生、降雨與地震影響，屬供給端。
- 三、水道土砂輸送型態：依運移方式分懸浮載（suspended load）、床載（bed load，含滾動、滑動、躍移）、沖洗載（wash load）與溶解載（dissolved load）；依來源分河床質與坡面細料。輸送量受流速、粒徑、輸砂能力與河道坡度控制，河道常呈沖淤互見之動態調整。
- 四、下游土砂堆積型態：出谷口之沖積扇（alluvial fan）、氾濫平原堆積、河床淤積與河相調整、水庫與攔砂壩淤積、河口三角洲與沙洲、海岸堆積或退縮。堆積區多屬暫時性儲量，遇大水或河道下切可能再被搬運，形成延時性輸砂。
- 五、平衡判定與管理意涵：以供給輸出比判定，大於1為侵蝕退化、小於1為淤積、等於1為平衡；須以輸砂觀測、地形測量與同位素推估驗證。管理上源頭減砂（植生、排水、擋土）、中途攔阻（沉砂池、防砂壩）與下游清淤並行，並注意攔阻造成下游砂源不足之副作用。