水土保持工程

1.1 　水土保持重要性

人類由游牧社會轉化成定耕農業社會，對土地利用頻度、生產力相對增加。歷史記載文明古國首都之遷移理由經常是糧食供應不足問題。由於首都聚集人口越來越多，糧食需求壓力越來越大，除了增加糧食生產外，附近地區之供應量也越來越大。
在交通運輸不發達年代，如何增加糧食生產量會是一個重要課題。在糧食生產無法滿足之情況下，不是超限利用土地，導致土地劣化、生產力衰退，就是掠奪附近地區之收成，就是遷都。後來，交通運輸技術發達，運輸路線有陸路運輸，也有運河開鑿由漕運，或經由沿海船運。糧食供應地區距離首都或大城鎮越來越遠，糧食生產量之問題越來越普遍。當收成不好時，就可能發生暴動或改朝換代。如古代文明古國之埃及、中亞、印度以及中國之黃土高原，大都為了提高生產力，增加糧食生產，形成土地超限利用，以致土地生產力衰退，甚至沙漠化，文明古國無法供應眾多人口之糧食需求而淪落。美國在1935年間調查歷史上曾有高度文明而現代淪於貧困落後國家，發現其原因為土地利用不當而造成今日之貧困與落後狀態。
然而，不少領導者並未從歷史經驗中學得教訓，僅要求增加糧食生產量；而未注重水土保持和永續維護土地生產力結果，常導致生產量到達一個高峰之後便急遽下降，產生糧食不足情形。除了土地生產力枯竭外，因為人口聚集，民生、農業或工業用水需求增加，各種廢水如果未經妥善處理即放流，亦有可能汙染水源，導致水資源之質、量經營壓力增大。

1.2 　演進與發展
「水土保持」於1910年首先出現在美國農業部「農訊」，當初係指防止土壤沖蝕而言。1930年以後，才開始受到重視。美國水土保持工作創導人班乃脫（Bennett, H. H.）定義「水土保持係以合理土地利用為基礎，一面使用土地， 一面予以土地必需之處理，以維持土地生產力延續持久而不衰退。」
除了土地使用外，為防止土地過度使用產生劣化，美國前水土保持局局長沙特（Salter. R. M.）提出「水土保持乃是合理利用土地，適當保護土壤，不使發生劣化，並恢復已被沖蝕之土地，重行利用，並保存水分以供作物之吸收，對耕地以適當之灌溉與排水，以增生產。」大致上都集中在土地保育利用方面；較少涉及水資源涵養或保護。佛力凡（Frevert, R. K.）同時考慮水、土資源的保育， 他提出「水土保持是水土之合理利用，不使浪費，以求生產量達到高度之水準而永續不絕。」
美國水土保持之發展則是從防止土壤沖蝕，進而維持土地生產力，再進步到合理利用土地，最後擴展至水土資源合理利用。1994年我國立法通過之水土保持法則定義「水土保持之處理與維護目的係以保育水土資源，涵養水源，減免災害，促進土地合理利用，增進國民福祉。」
國民政府遷台初期，糧食需求壓力大，除平地農業生產外，同時推動山坡地開發計畫，積極推廣落實山坡地農場相關之水土保持處理和維護措施，此一階段水土保持主要工作為山坡地農業生產規劃。當時之目標除了降低山坡地農場開發過程和營運期間之水土沖刷外，主要是著重在山坡地農業之生產量。1964年省主席黃杰先生鑑於部分山坡地地區開發導致土壤流失，根據「治山先治水」之觀念，在台灣新生報說明水土保持之重要性，開始重視水土保持。由於當初時空背景條件下，制定水土保持法有所困難，因此針對山坡地之保育和利用目標，於1976年公布山坡地保育利用條例。1994年水土保持法和1996年水土保持技術規範相繼公布實施後，台灣相關之水土保持處理與維護工作陸續展開，此一階段之水土保持工作為農村綜合規劃建設。與山坡地保育利用條例不同的是，水土保持法是偏重實施水土保持處理與維護之相關規定。
後來，生態保育觀念崛起，國土保安和環境保護概念受到國人普遍重視，山
坡地農業由生產轉為山坡地保育、環境生態營造，水土保持處理與維護項目不再侷限於水土流失控制，而擴大範圍至同時需要考慮自然生態環境復舊或營造，此一階段之水土保持工作為推動自然生態工法、生態工法、生態工程或近自然工法等。接著，由於國民素質提高，921地震後之水土保持處理、維護措施必須同時落實生產、生活和生態之條件，實施範圍除了原有之整體治山防災外，也包含土石流防災應變和農村社區再生項目，此一階段之水土保持工作為推動坡地防災技術、土石流及崩塌地處理工程。
近年來因為氣候變遷影響，降雨強度增加所產生之土壤沖蝕力大增，乾旱期拉長導致土壤沖蝕現象更為嚴重，全流域總合治水觀念興起，讓水土保持之重要性更為顯著，因應莫拉克颱風災情，此一階段之水土保持工作為大規模崩塌處理。
水土保持工作並非僅侷限在森林和山坡地地區，依據水土保持法之精神，應該擴展至整塊國土，結合都市計畫法令和非都市土地之聚落建設，增加保水、蓄水、滯洪和防洪，以及維持地力，防止土壤汙染、劣化功能。因此，水土保持目標隨時代背景之不同需求，而有不同定義，其最終目的乃是保護地球上人類賴以生存的有限之土地資源和水資源，並使這兩項資源適時適地發揮最大利用效果，並且永續不絕。

1.1 　水土保持重要性

人類由游牧社會轉化成定耕農業社會，對土地利用頻度、生產力相對增加。歷史記載文明古國首都之遷移理由經常是糧食供應不足問題。由於首都聚集人口越來越多，糧食需求壓力越來越大，除了增加糧食生產外，附近地區之供應量也越來越大。
在交通運輸不發達年代，如何增加糧食生產量會是一個重要課題。在糧食生產無法滿足之情況下，不是超限利用土地，導致土地劣化、生產力衰退，就是掠奪附近地區之收成，就是遷都。後來，交通運輸技術發達，運輸路線有陸路運輸，也有運河開鑿由漕運，或經由沿海船運。糧食供應地區距...

序

1964年臺灣省主席黃杰先生以「治山先治水」觀念說明水土保持之重要性後，隨即推動水土保持工作和人才培育。五十幾年來，隨著臺灣經濟發展，氣候變遷、環境保護與生態棲地保育等意識興起，水土保持以水土資源保育為核心，與時俱進，適時調整工作內容以營造生產、生活和生態三生互利共存環境。從山坡地農牧利用、防砂工程，逐漸融入整體性治山防災、大規模崩塌防減災、農村建設和生態工程等工作項目，水土保持工程之理解與應用也益形重要。
本書第一版係配合水土保持技術規範和水土保持手冊內容撰寫，第二版之撰寫原則與第一版不同，從臺灣水文和地文特性出發，以水文分析和土壤沖蝕之理論基礎，分章節闡述泥砂生產、土壤流失，與野溪治理、崩塌地處理、土石流防治、排水系統規劃設計等工程項目，接著介紹滯洪池、沉砂池、擋土牆、防砂壩、生態工程、防災工程等設計單元，以及工程規劃設計相關內容。本書廣泛探討山坡地和平地城鄉地區之保水、蓄水和滯洪，以及維持地力，防止土壤劣化等議題。適合大學部三年級以上和研究所學生，以及公務員和專業技師參考使用。
感念指導教授於在學期間之諄諄教誨，謹以此書獻給中興大學何智武教授與臺灣大學陳信雄教授。

序

1964年臺灣省主席黃杰先生以「治山先治水」觀念說明水土保持之重要性後，隨即推動水土保持工作和人才培育。五十幾年來，隨著臺灣經濟發展，氣候變遷、環境保護與生態棲地保育等意識興起，水土保持以水土資源保育為核心，與時俱進，適時調整工作內容以營造生產、生活和生態三生互利共存環境。從山坡地農牧利用、防砂工程，逐漸融入整體性治山防災、大規模崩塌防減災、農村建設和生態工程等工作項目，水土保持工程之理解與應用也益形重要。
本書第一版係配合水土保持技術規範和水土保持手冊內容撰寫，第二版之撰寫原則與第一版不同，...

第一章　水土保持概論
1.1 水土保持重要性　
1.2 演進與發展　
1.3 水土保持處理與維護範圍　
1.4 工程手冊與水土保持手冊　
1.5 水土保持法規　
參考文獻　
習題　
第二章　臺灣地理特性與氣候變遷
2.1 形成　
2.2 地形　
2.3 工程地質　
2.4 全球氣候變遷　
2.5 全球暖化對於氣候變遷的影響
2.6 全球暖化對於臺灣地區的影響　
參考文獻　
習題　
第三章　水文分析
3.1 流域與集水區　
3.2 設計洪峰流量　
參考文獻　
習題　
第四章　土壤沖蝕
4.1 土壤沖蝕　
4.2 土砂生產　
4.3 岩石之風化　7
參考文獻　
習題　
第五章　泥砂生產量及土壤流失量計算
5.1 集水區土砂生產量　
參考文獻　
習題　
第六章　野溪治理／坑溝整治
6.1 野溪治理　
6.2 整流工程　
6.3 防災設施設計　
6.3.5 土石流　
6.4 蝕溝控制　
參考文獻　
習題　
第七章　邊坡穩定與崩塌地處理
7.1 邊坡穩定　
7.2 崩塌　
7.3 地滑　
7.4 防治工程　
7.5 大規模崩塌　
7.5.2 危險等級評估　
參考文獻　
習題　
第八章　土石流防治
8.1 土石流　
8.2 土石流發生臨界公式　
8.3 土石流流速公式　
8.4 土石流防治之規劃目標　
8.5 土石流影響範圍　
8.6 土石流潛勢溪流　
參考文獻　
習題　
第九章　排水系統規劃設計
9.1 地表逕流　
9.2 排水系統　
9.3 流速公式　
9.4 河床阻力　
9.5 綜合粗糙係數　
9.6 複式斷面　
9.7 現地流量量測　
9.8 最佳水力斷面　
9.9 堰壩水理　
9.10 排水溝設計步驟　
9.11 主支流匯流之水文分析　
9.12 彎道水理、泥沙與工程規劃　
參考文獻　
習題　
第十章　滯洪池
10.1 滯洪設施種類及適用範圍　
10.2 滯洪量　
10.3 在槽式滯洪池　
10.4 離槽式滯洪池　
10.5 抽排式滯洪池　
10.6 各項工程單元　
10.7 規劃設計原則　
10.8 規劃設計流程　
10.9 設計洪峰流量　
10.10 滯洪池透水保水指標　
10.11 滯洪池規劃設計與出流管制、雨水流出抑制設施之關係　
參考文獻　
習題　
第十一章　沉砂池
11.1 沉砂池種類及適用範圍　
11.2 沉砂池設計　
11.3 沉砂池設計步驟　
11.4 注意事項　
參考文獻　
習題　
第十二章　擋土牆
12.1 擋土牆　
12.2 作用力　
參考文獻　
習題　
第十三章　防砂壩
13.1 防砂壩特性　
13.2 防砂壩設計　
13.2.1 溢洪口設計　
13.2.2 壩翼設計　
13.2.3 壩體作用力　
參考文獻　
習題　
第十四章　生態工程
14.1 生態工法與生態工程　
14.2 生態工程發展　
14.3 基本原則及考量重點　
14.4 目前常見河溪工程影響環境之問題　
14.5 道路規劃設計對生態考量之原則　
14.6 森林對水土保持功能　
14.7 生態工法執行原則　
14.8 生態保護計畫　
14.9 生物環境影響　
14.10 生態河溪工程　
14.11 河川評估方法　
14.12 生態系統服務　
14.13 永續發展目標
14.14 河溪工程構造物常見生態影響　
14.15 魚類棲地基本要求　
14.16 生態影響評估程序　
14.17 工程生態檢核　
4.18 研擬減輕對策　
14.19 棲地單元　
14.20 河溪治理工程生態保育　
參考文獻　
習題　
第十五章　防災工程
15.1 前言　
15.2 洪災與坡地災害　
15.3 防災設施設計　
參考文獻　
習題　
第十六章　工程規劃設計
16.1 基本資料調查與分析　
16.2 河床沖淤和河道變遷　
16.3 河床型態　
16.4 水土保持計畫撰寫　
16.5 目的事業水土保持規劃　
16.6 生態工法　
參考文獻　
習題　
附　錄
附錄一　計算案例　
附錄二　相關表格　
附錄三　各雨量站無因次降雨強度公式係數表　
附錄四　土壤流失公式　
附錄五　降雨沖蝕指數　
附錄六　土壤沖蝕指數　
附錄七　土壤粒徑分級　
附錄八　採樣點曼寧 n 值計算　
附錄九　水土保持計畫內容（一般性適用）　
附錄十　水土保持計畫格式（含水土保持規劃書）　

第一章　水土保持概論
1.1 水土保持重要性　
1.2 演進與發展　
1.3 水土保持處理與維護範圍　
1.4 工程手冊與水土保持手冊　
1.5 水土保持法規　
參考文獻　
習題　
第二章　臺灣地理特性與氣候變遷
2.1 形成　
2.2 地形　
2.3 工程地質　
2.4 全球氣候變遷　
2.5 全球暖化對於氣候變遷的影響
2.6 全球暖化對於臺灣地區的影響　
參考文獻　
習題　
第三章　水文分析
3.1 流域與集水區　
3.2 設計洪峰流量　
參考文獻　
習題　
第四章　土壤沖蝕
4.1 土壤沖蝕　
4.2 土砂生產　
4.3 岩石之...