108 年 國立臺灣大學森林環境暨資源學系碩士班丙組《水土保持學》
第 一 題
解釋下列各小題的意義:(每小題5%,共20%)
- 非點源污染(Non-point source pollution)
- 地表下逕流(Subsurface runoff)
- 田間容水量(Field capacity)
- 土壤水勢能(Soil water potential)
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本題主要在測試考生對於水土保持學中幾個基本名詞的理解程度。
一、名詞解釋
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非點源污染 (Non-point source pollution)
非點源污染是指污染物來自廣泛區域，無法明確指出單一污染源頭，通常與土地利用、降雨逕流等過程有關。例如，農業區的農藥、化肥隨雨水沖刷進入水體；都市地區的汽車廢棄物、建築工地揚塵等，都會隨地表逕流或滲流擴散至環境中。其特點是污染分散、難以追溯及控制。
【答案】非點源污染是指污染物來自廣泛區域，無法明確指出單一污染源頭，通常與土地利用、降雨逕流等過程有關，例如農業區的農藥化肥隨雨水沖刷進入水體。 -
地表下逕流 (Subsurface runoff)
地表下逕流是指降雨或灌溉水滲入土壤後，在土壤內部或地下淺層，沿著滲透性較高的土層或裂隙，以接近飽和或飽和狀態流動，最終匯入溪流或地下水。這與地表逕流（在地面流動）不同，它發生在土壤剖面內部。
【答案】地表下逕流是指降雨或灌溉水滲入土壤後，在土壤內部或地下淺層，沿著滲透性較高的土層或裂隙，以接近飽和或飽和狀態流動，最終匯入溪流或地下水。
第 二 題
試述降雨強度-延時曲線(Rainfall intensity-duration curve)的意義(10%),以及國內水土
保持水理計算時,使用的降雨強度-延時公式類別(10%)。
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本題主要在測試考生對於降雨強度-延時曲線的理解及其在水土保持水理計算中的應用。
二、降雨強度-延時曲線與公式
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降雨強度-延時曲線 (Rainfall intensity-duration curve) 的意義
降雨強度-延時曲線（又稱 IDF 曲線，Intensity-Duration-Frequency Curve）是氣象學和水文學中常用的圖表，它描繪了在特定時間長度（延時，duration）內，達到某種頻率（frequency，例如 10 年、50 年、100 年重現期）的降雨強度（intensity）。
其意義在於：- 量化降雨極端值：能直觀地顯示不同降雨歷時下，極端降雨事件的可能強度。
- 設計依據：為水利工程（如排水系統、水庫溢洪道）和水土保持工程（如土石流防治設施、集水區逕流模擬）提供設計參考的降雨參數。例如，設計一個排水溝時，需要考慮其在特定重現期、特定延時下的最大瞬時流量，而 IDF 曲線正是提供這個強度值的基礎。
- 風險評估：幫助評估特定區域在不同降雨條件下的洪水、淹水或土砂災害風險。
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國內水土保持水理計算時，使用的降雨強度-延時公式類別
在國內水土保持水理計算中，常使用經驗公式或統計模型來估算設計降雨強度。這些公式通常基於地區性的歷史降雨資料，並將降雨強度 (單位：mm/hr) 與降雨延時 (單位：hr) 聯繫起來。常見的公式形式有：- 冪次法則 (Power Law)：
第 三 題
試述山坡地土壤沖蝕的類別、成因與特性(10%),在臺灣的降雨、地文條件下,各種沖
蝕類別對土砂產出量(Yield)的貢獻如何(10%)?
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本題旨在考察考生對山坡地土壤沖蝕機制、類別及其在台灣地區的相對貢獻度的理解。
三、山坡地土壤沖蝕與土砂產出
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山坡地土壤沖蝕的類別、成因與特性
山坡地土壤沖蝕主要可分為以下幾類：-
片蝕 (Sheet Erosion)：
- 成因：降雨時，雨滴擊濺（splash erosion）使土壤顆粒鬆散，隨後形成一層薄薄的水膜，將鬆散的土壤顆粒均勻地帶走。
- 特性：沖蝕量分散，不易察覺，但長期下來會造成土壤肥力流失，土壤層變薄。通常發生在地表平整、植被覆蓋較少的坡面。
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溝蝕 (Rill Erosion)：
- 成因：當地表逕流匯集，形成較集中的水流時，會在坡面上沖刷出細小的溝槽，這就是溝蝕。
- 特性：沖蝕作用更為集中，溝槽的深度和寬度隨水流強度增加而變大。若不及時處理，溝蝕可能發展為 the erosion。
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沖溝蝕 (Gully Erosion)：
- 成因：溝蝕若持續發展，溝槽不斷加深、擴大，最終形成較大的沖溝。
- 特性：沖蝕作用劇烈，會嚴重破壞土地，形成難以恢復的沖溝系統。沖溝蝕是山坡地最嚴重的侵蝕形式之一，通常發生在坡度較陡、土壤結構較差、或排水集中處。
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滑移與崩塌 (Landslides and Slumps)：
- 成因：通常由降雨滲透、地震、河岸侵蝕、不當開墾等因素引起，當邊坡的剪應力超過其抗剪強度時，會發生大規模的土體滑動。
- 特性：屬於質量運動，土體沿著一個或多個滑動面整體滑移，可能造成嚴重災害。
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土石流 (Debris Flow)：
- 成因：通常由豪雨引發，在陡峭的山區溪流中，泥、砂、石等鬆散物質與大量水分混合，形成高流度、高密度的泥流。
- 特性：具有極大的流速和衝擊力，沿著溪谷快速向下游移動，破壞力強。
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第 四 題
試比較說明豪雨時發生之崩塌(Landslide)以及土石流(Debris flow)的特徵。(20%)
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本題旨在測試考生對豪雨誘發的兩種主要地質災害——崩塌與土石流——的區別與特徵的掌握程度。
四、崩塌 (Landslide) 與土石流 (Debris Flow) 的比較
崩塌與土石流都是山坡地常見的災害，尤其在豪雨期間發生頻率增加，但它們在成因、過程、物質組成、流動特性及影響上存在顯著差異。
| 特徵項目 | 崩塌 (Landslide) | 土石流 (Debris Flow) |
|---|---|---|
| 定義 | 土體塊體或群體，在重力作用下，沿著一個或多個較明顯的滑動面（或滑動帶）整體向下滑動的現象。 | 在山區溪流中，由大量鬆散的土、砂、石等固體物質與水混合，在高濃度、高流度下，沿著特定路徑（溪谷）快速向下游移動的泥流或土砂流。 |
| 發生地點 | 主要發生在不穩定邊坡、山體斜坡上。 | 主要發生在有足夠鬆散堆積物和足夠坡度的溪流或溝谷中。 |
| 主要誘因 | 降雨滲透導致孔隙水壓升高、邊坡土體強度降低；地震；不當開墾、邊坡坡度過陡、基底侵蝕等。 | 豪雨（特別是颱風豪雨）引發溪流洪水，沖刷、淘蝕坡腳或溪溝兩側的鬆散堆積物（如崩塌物、土石堆）；也可能由山崩或滑坡堵塞溪流後潰決形成。 |
| 物質組成 | 以岩石、土塊為主，水分含量相對較低（相較於土石流），通常是塊體滑動。 |
第 五 題
試述森林對於山坡地水土資源保育的正面及負面功能。(20%)
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本題旨在測試考生對森林在水土保持方面的雙重角色的理解，包括其正面貢獻與潛在的負面影響。
五、森林對山坡地水土資源保育的正面與負面功能
森林在山坡地水土資源保育中扮演著關鍵角色，其功能可分為正面與負面兩方面：
正面功能 (Positive Functions):
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涵養水源與調節水文 (Water Harvesting and Hydrological Regulation):
- 攔截降雨：樹冠層能有效攔截部分降雨，減緩雨滴直接衝擊地表，延長水分到達地面的時間，減少地表逕流。
- 增加滲透：森林土壤由於有機質豐富、團粒結構良好，滲透性高，有利於雨水滲入地下，補充地下水，減少地表逕流。
- 延緩洪峰：透過上述機制，森林能延緩地表逕流的形成和匯集，降低洪峰流量，減輕洪水災害。
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防止土壤沖蝕 (Erosion Control):
- 保護地表：樹冠層和地被物（枯枝落葉層）能有效保護土壤免受雨滴直接沖擊和太陽曝曬。
- 穩定土壤：樹木根系能深入土壤，如同網狀結構，能有效抓住土壤顆粒，增強土壤的抗剪強度，穩定邊坡，防止土壤流失。
- 減少逕流沖蝕：透過減緩地表逕流速度和增加滲透，有效減少土壤的沖蝕。
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改善土壤肥力 (Soil Fertility Improvement):
- 增加有機質：落葉、枯枝等分解後，能增加土壤有機質含量，改善土壤結構，提高土壤保水保肥能力。
- 養分循環：森林透過養分循環，將土壤深層的養分帶到地表，促進植物生長。
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維護生物多樣性 (Biodiversity Conservation):
- 森林為各種動植物提供棲息地，維持生態平衡，有助於整個生態系統的穩定。