淺層地滑發生預測Prediction of shallow landslide occurrence 摘要 ...

淺 層 地 滑 發 生 預 測Prediction of shallow landslide occurrence李 光 敦何 瑞 益國 立 台 灣 海 洋 大 學 河 海 工 程 學 系 教 授國 立 台 灣 海 洋 大 學 河 海 工 程 系 博 士 候 選 人摘 要坡 地 災 害 之 發 生 常 因 山 坡 地 的 高 度 開 發 以 及 颱 風 期 間 的 豐 沛 雨量 , 造 成 人 員 傷 亡 與 鉅 額 財 產 損 失 。 近 年 來 隨 著 數 值 高 程 資 料 精 度 的增 加 , 使 得 工 程 師 能 依 照 集 水 區 地 形 與 水 文 特 性 建 構 坡 地 災 害 分 析 模式 , 藉 以 精 準 預 測 淺 層 地 滑 發 生 之 時 間 與 位 置 。 本 研 究 利 用 水 文 模 式模 擬 降 雨 期 間 集 水 區 表 層 土 壤 飽 和 水 位 變 化 , 而 後 將 集 水 區 中 各 格 點之 表 層 土 壤 飽 和 水 位 配 合 邊 坡 穩 定 分 析 理 論 , 以 計 算 格 點 之 安 全 係數 , 而 評 估 坡 地 災 害 發 生 的 可 能 性 。 研 究 中 蒐 集 2000 年 象 神 颱 風 期間 , 臺 灣 北 部 區 域 坡 地 災 害 事 件 之 水 文 及 地 文 資 料 , 利 用 數 值 高 程 模式 推 求 水 文 模 式 與 邊 坡 穩 定 分 析 所 需 之 地 文 因 子 , 並 藉 由 計 算 格 點 之地 形 指 數 值 (topographic index) 以 推 求 研 究 區 域 土 壤 厚 度 的 空 間 分佈 , 以 進 行 邊 坡 穩 定 分 析 。 研 究 結 果 顯 示 , 集 水 區 中 不 穩 定 格 點 百 分比 之 時 間 變 化 與 降 雨 趨 勢 大 致 相 符 , 且 最 大 不 穩 定 格 點 百 分 比 發 生 於尖 峰 降 雨 強 度 之 後 。 分 析 中 並 且 發 現 , 當 次 集 水 區 不 穩 定 格 點 超 過50% 時 , 立 即 產 生 淺 層 地 滑 。 因 此 日 後 藉 由 此 種 分 析 方 法 , 配 合 氣 象單 位 之 降 雨 預 測 , 可 望 能 夠 建 立 淺 層 地 滑 即 時 預 警 系 統 , 以 減 少 人 員傷 亡 與 財 產 損 失 。關 鍵 字 : 淺 層 地 滑 預 警 、 水 文 模 式 、 邊 坡 穩 定 分 析 。一 、 前 言台 灣 山 區 地 形 陡 峭 與 地 質 脆 弱 , 再 加 上 颱 風 來 臨 時 所 帶 來 的 豐 沛雨 量 , 往 往 造 成 山 崩 、 地 滑 以 及 土 石 流 的 發 生 ; 所 以 如 何 建 立 準 確 的坡 地 災 害 預 警 系 統 , 並 適 時 提 出 警 訊 , 減 緩 傷 亡 的 損 失 , 乃 為 現 今 相12010/05, 第 58 期

當 重 要 之 課 題 。 有 關 坡 地 災 害 潛 勢 災 害 之 評 估 , 大 多 根 據 坡 地 災 害 發生 之 水 文 、 地 形 、 地 貌 與 地 質 等 條 件 訂 定 準 則 , 如 Campbell (1975)與 Ellen (1988) 調 查 發 現 , 坡 地 災 害 大 部 份 發 生 於 坡 度 為 26~45 度 之間 ; 謝 等 (1992) 在 花 東 地 區 及 游 與 陳 (1987) 在 南 投 地 區 調 查 , 發 現 造成 坡 地 災 害 區 域 其 坡 度 在 10~25 度 、10~20 度 及 17~23 度 不 等 。 由 於降 雨 特 性 影 響 土 壤 含 水 量 及 入 滲 情 形 ,Caine (1980) 曾 經 蒐 集 世 界 各地 曾 發 生 坡 地 災 害 之 降 雨 強 度 與 降 雨 延 時 資 料 , 藉 由 這 些 紀 錄 資 料 點的 下 限 , 以 統 計 迴 歸 方 式 決 定 坡 地 災 害 發 生 之 臨 界 關 係 。Keefer (1987)利 用 Caine (1980), Cannon and Ellen (1985) 及 Wieczorek et al. (1987) 所收 集 之 資 料 , 以 平 均 降 雨 強 度 及 降 雨 延 時 之 關 係 , 建 立 坡 地 災 害 發 生之 臨 界 降 雨 條 件 。 范 (1997) 曾 以 花 蓮 與 台 東 地 區 坡 地 災 害 發 生 情 形 ,探 討 集 水 區 之 水 文 及 地 文 特 性 對 坡 地 災 害 發 生 臨 界 降 雨 線 之 影 響 。 雖然 前 人 所 推 導 之 經 驗 公 式 相 當 地 重 要 , 可 供 快 速 地 評 斷 坡 地 災 害 發 生與 否 , 但 卻 缺 乏 水 文 歷 程 影 響 坡 地 災 害 發 生 時 間 與 位 置 之 理 論 架 構 ,且 近 年 來 氣 候 變 遷 與 地 表 覆 蓋 改 變 劇 烈 , 其 經 驗 公 式 並 無 法 反 應 該 現象 。 因 此 , 近 年 來 坡 地 災 害 預 警 模 式 乃 根 據 集 水 區 地 文 、 地 質 、 水 文 、以 及 土 地 使 用 之 狀 況 , 發 展 具 有 物 理 基 礎 之 模 式 架 構 , 以 克 服 經 驗 公式 所 不 足 。 且 隨 著 數 值 高 程 模 式 的 快 速 發 展 , 因 此 邊 坡 穩 定 理 論 結 合水 文 架 構 之 物 理 模 式 得 以 建 立 , 以 進 行 坡 地 災 害 分 析 (Montgomeryand Dietrich 1994; Wu and Silde 1995)。Casadei et al. (2003) 利 用 邊 坡 穩定 分 析 結 合 水 文 模 式 , 以 建 立 淺 層 地 滑 預 警 模 式 , 進 而 預 測 其 坡 地 災害 發 生 時 間 與 位 置 , 研 究 中 並 以 加 州 Montara Mountains 之 1950-1998年 所 發 生 歷 史 坡 地 災 害 事 件 進 行 預 測 比 對 , 結 果 顯 示 其 預 測 結 果 與 紀錄 大 致 相 符 。 因 此 , 本 研 究 乃 參 考 Casadei (2003) 之 方 法 , 並 藉 由 邊坡 穩 定 分 析 理 論 結 合 水 文 模 式 , 以 建 立 坡 地 災 害 預 警 模 式 。二 、 研 究 方 法1、 無 限 邊 坡 穩 定 分 析Skempton and DeLory (1957) 所 提 出 之 無 限 邊 坡 穩 定 分 析 ( 如 圖 1所 示 ), 乃 藉 由 土 壤 特 性 參 數 如 : 內 摩 擦 角 、 土 壤 總 體 密 度 s與 土 壤凝 聚 力 C , 以 計 算 土 體 邊 坡 之 穩 定 。 若 假 設 邊 坡 滑 動 面 即 為 土 壤 與 岩床 之 交 界 面 , 且 飽 和 層 水 位 坡 度 可 近 似 於 局 部 區 域 之 地 表 坡 度 tan ,則 其 土 體 之 安 全 係 數 FS (factor of safety) 可 由 土 體 之 阻 滯 力 (resistanceforce) 及 驅 動 力 (driving force) 之 比 值 所 求 得 , 如 下 式 所 示 :22010/05, 第 58 期

FS2CDs hww gcos tan (1) gDsincoss式 中 C 為 有 效 凝 聚 力 [N/m 2 ],g 為 重 力 加 速 度 (=9.81 m/s 2 ), s與 w分別 為 土 壤 飽 和 密 度 與 水 體 之 密 度 [kg/m 3 ],D 為 土 壤 厚 度 , h w為 距 滑 動面 以 上 之 水 位 高 度 , 為 地 表 面 之 傾 斜 坡 角 , 為 有 效 內 摩 擦 角 ; 該公 式 目 前 已 被 廣 泛 地 使 用 在 邊 坡 穩 定 性 之 評 估 (Montgomery andDietrich, 1994; Dietrich et al., 1995; Wu and Sidle, 1995; Iverson, 2000;Casadei et al., 2003)。 而 當 土 體 安 全 係 數 之 FS 1時 , 即 土 體 之 驅 動 力大 於 阻 滯 力 , 邊 坡 土 體 將 會 產 生 滑 動 或 破 壞 之 不 穩 定 情 形 。 反 之 , 當FS 1時 , 即 土 體 之 驅 動 力 小 於 阻 滯 力 , 邊 坡 土 體 會 呈 穩 定 情 形 。 上述 進 行 無 限 邊 坡 穩 定 分 析 中 之 有 效 凝 聚 力 、 土 壤 密 度 、 水 體 之 密 度 與有 效 內 摩 擦 角 可 由 現 地 實 驗 決 定 ; 而 各 格 點 傾 斜 坡 角 可 藉 由 數 值 高 程模 式 求 算 ; 滑 動 面 以 上 之 水 位 高 度 與 土 壤 厚 度 則 可 利 用 下 述 之 地 形 指數 模 式 (TOPMODEL) 與 地 形 指 數 值 (topographic index) 加 以 計 算 。圖 1 無 限 邊 坡 穩 定 分 析 示 意 圖2、 地 形 指 數 模 式地 形 指 數 模 式 (TOPMODEL; Beven and Kirkby, 1979) 是 一 個 以 地形 特 性 為 基 礎 的 水 文 模 式 , 可 針 對 集 水 區 之 飽 和 集 流 面 積 範 圍 進 行 模擬 。 當 累 積 雨 量 超 過 入 滲 容 量 時 , 使 得 飽 和 含 水 層 之 水 位 逐 漸 上 升 ,因 此 可 以 藉 由 集 水 區 地 形 與 土 壤 特 性 , 推 求 地 表 與 飽 和 含 水 層 之 間 的距 離 。 地 形 指 數 模 式 劃 分 逕 流 貯 蓄 機 制 為 根 系 層 (root zone)、 未 飽 和含 水 層 (unsaturated zone) 與 飽 和 含 水 層 (saturated zone); 並 定 義 地 表 與飽 和 含 水 層 間 之 距 離 為 飽 和 水 位 深 度 z j 。Beven and Kirkby (1979) 推 導出 集 水 區 任 一 位 置 j 之 飽 和 水 位 深 度 z j 與 集 水 區 局 部 地 形 之 關 係 為 a zj zmln tan j(2)32010/05, 第 58 期

式 中 z 為 飽 和 水 位 深 度 之 平 均 值 ;m 為 模 式 係 數 , 可 藉 由 流 量 退 水 紀錄 求 得 ; a 與 tan 為 流 經 j 位 置 點 之 單 位 寬 度 集 流 面 積 與 地 表 坡 度 ;ln a / tan j為 j 位 置 點 的 地 形 指 數 (topographic index), 為 集 水 區 所有 位 置 點 地 形 指 數 值 之 平 均 。 而 飽 和 含 水 層 與 地 表 的 距 離 , 即 為 集 水區 飽 和 水 位 深 度 之 平 均 值 z , 可 依 水 文 連 續 方 程 式 表 示 為zt ( 1) zt ( ) Q( t) tQ( t) t(3)式 中 zt () 為 t 時 刻 飽 和 水 位 深 度 之 平 均 值 ; Qb() t 為 t 時 刻 集 水 區 出 口 處之 地 下 水 出 流 量 ; Qv() t 為 t 時 刻 地 下 水 平 均 補 注 量 。 在 進 行 地 形 指 數模 式 演 算 時 , 需 給 定 起 始 時 刻 之 平 均 飽 和 水 位 深 度 z 。 研 究 中 以 前 一年 的 雨 量 紀 錄 , 代 入 模 式 進 行 演 算 , 待 模 式 中 水 文 模 擬 機 制 趨 於 穩 定時 , 即 以 該 年 最 後 時 刻 所 求 得 的 飽 和 水 位 深 度 , 作 為 後 續 水 文 模 擬 之起 始 平 均 飽 和 水 位 。 而 往 後 各 時 刻 平 均 飽 和 水 位 深 度 之 計 算 均 可 由 (3)式 求 得 。 當 該 時 刻 之 平 均 飽 和 水 位 深 度 z 求 得 後 , 可 藉 由 (2) 式 推 求 集水 區 各 位 置 點 之 飽 和 水 位 深 度 z j 。3、 土 壤 厚 度 估 算土 壤 厚 度 在 無 限 邊 坡 穩 定 分 析 中 假 設 為 破 壞 深 度 , 然 而 集 水 區 土壤 厚 度 之 量 測 十 分 困 難 , 由 現 地 採 樣 結 果 發 現 , 土 壤 厚 度 於 集 水 區 空間 分 佈 之 變 異 相 當 大 , 土 壤 厚 度 約 在 0-2m 之 間 ; 現 地 採 樣 位 置 點 套疊 等 高 線 後 , 發 現 山 頂 穹 隆 與 稜 線 等 凸 坡 地 區 的 土 壤 層 較 薄 , 約 在20-40cm 之 間 。 故 本 研 究 乃 應 用 地 形 指 數 值 , 提 出 一 簡 單 方 法 以 決 定土 壤 厚 度 , 即 假 設 集 水 區 地 形 指 數 與 土 壤 厚 度 呈 線 性 關 係 , 其 關 係 如下 式 所 示 :(Lee and Ho, 2009)D C ln a/ tan (4)bj S j式 中 Dj為 j 格 點 之 土 壤 厚 度 ; C S為 待 定 常 數 ; ln a / tan j 為 j 格 點 之地 形 指 數 值 。 因 地 形 指 數 值 於 山 頂 地 區 的 窪 地 以 及 谷 系 等 凹 坡 區 域 較大 , 於 穹 隆 與 稜 線 等 凸 坡 地 區 較 小 , 其 與 土 壤 厚 度 呈 正 比 之 關 係 , 故可 用 以 推 求 土 壤 厚 度 。 如 圖 1 所 示 , 研 究 中 利 用 地 形 指 數 模 式 以 計 算飽 和 層 水 位 深 度 z j ( 第 2 式 ), 再 採 用 (4) 式 估 算 土 壤 厚 度 Dj, 而 後 可 計算 該 格 點 距 滑 動 面 以 上 之 水 位 高 度 hw。 再 利 用 (1) 式 以 計 算 各 格 點 邊 坡穩 定 之 安 全 係 數 。v42010/05, 第 58 期

二 、 模 式 應 用1、 研 究 集 水 區 概 述本 研 究 選 用 臺 灣 北 部 磺 溪 流 域 之 金 山 鄉 重 和 集 水 區 (W1) 與 基 隆河 流 域 之 瑞 芳 鎮 大 粗 坑 集 水 區 (W2) 為 模 式 應 用 區 域 , 其 地 理 位 置 如 圖2 所 示 , 重 和 集 水 區 (W1) 面 積 為 1.40 平 方 公 里 , 集 水 區 平 均 坡 度 為0.535; 大 粗 坑 集 水 區 (W2) 面 積 為 1.91 平 方 公 里 , 集 水 區 平 均 坡 度 為0.638。 此 二 處 集 水 區 中 均 無 任 何 水 文 測 站 , 而 距 離 重 和 集 水 區 (W1)最 近 雨 量 站 為 三 和 雨 量 站 , 其 距 離 集 水 區 出 口 處 為 1.3 公 里 ; 距 離 大粗 坑 集 水 區 (W2) 最 近 雨 量 站 為 瑞 芳 (2) 雨 量 站 , 其 距 離 集 水 區 出 口 處為 3.5 公 里 。 由 於 該 二 處 集 水 區 離 鄰 近 雨 量 站 甚 近 且 面 積 甚 小 , 因 此該 二 測 站 所 量 測 之 降 雨 強 度 , 可 應 用 於 該 二 處 集 水 區 並 假 設 降 雨 於 空間 分 佈 上 均 勻 。 此 二 處 雨 量 站 資 料 紀 錄 顯 示 , 年 平 均 降 雨 量 約 3000mm, 且 高 降 雨 強 度 紀 錄 , 多 因 七 月 至 十 月 期 間 颱 風 所 造 成 。 且 由 於研 究 集 水 區 之 河 道 狹 窄 且 坡 降 甚 大 , 因 此 在 暴 雨 期 屬 於 高 敏 感 山 洪 暴發 潛 勢 之 溪 流 。 研 究 中 採 用 Jenson and Domingue (1988) 之 方 式 建 立 數值 高 程 模 式 , 以 推 求 水 文 模 式 中 所 需 之 地 文 因 子 。 模 式 中 所 需 之 地 文因 子 包 括 : 集 水 區 面 積 、 河 流 長 度 、 集 水 區 各 位 置 之 平 均 坡 度 及 地 形指 數 值 等 , 均 可 藉 由 數 值 高 程 模 式 計 算 求 得 (Lee, 1998)。52010/05, 第 58 期

IIlandslide zoneNIIVIIIKm0 0.2 0.4 0.5 0.8(a) 重 和 集 水 區 (W1)Keelung RiverIII(b) 大 粗 坑 集 水 區 (W2)IIINlandslide zoneKm0 0.2 0.4 0.5 0.8圖 2 研 究 集 水 區 地 理 位 置 及 其 嚴 重 崩 塌 區 域2、 模 式 參 數 檢 定地 形 指 數 模 式 係 利 用 地 形 指 數 值 , 以 反 應 集 水 區 內 之 水 文 特 性 ,本 研 究 所 建 立 之 淺 層 地 滑 預 警 模 式 , 乃 藉 由 邊 坡 穩 定 分 析 理 論 結 合 地形 性 水 文 模 式 , 因 此 需 要 集 水 區 詳 細 地 文 資 料 以 供 分 析 。 研 究 中 採 用農 林 航 空 測 量 所 於 1994 年 量 測 之 相 片 基 本 圖 , 並 利 用 AutoCAD 軟 體數 化 等 高 線 , 而 後 利 用 AreView 軟 體 之 3D 分 析 模 組 產 生 5m×5m 數值 高 程 資 料 。 本 研 究 採 用 Jenson and Domingue (1988) 之 方 式 建 立 數 值高 程 模 式 , 以 推 求 水 文 模 式 中 所 需 之 地 文 因 子 。 模 式 中 所 需 之 地 文 因子 包 括 : 集 水 區 面 積 、 河 流 長 度 、 集 水 區 各 位 置 之 平 均 坡 度 及 地 形 指數 值 等 , 均 可 藉 由 數 值 高 程 模 式 計 算 求 得 (Lee, 1998)。 地 形 指 數 模 式係 利 用 地 形 指 數 值 , 以 反 應 集 水 區 內 之 水 文 特 性 , 一 般 而 言 , 愈 靠 近62010/05, 第 58 期

河 川 地 區 , 其 地 形 指 數 值 愈 大 , 而 重 和 集 水 區 (W1) 之 地 形 指 數 值 最 大19.89, 最 小 為 4.77, 其 平 均 值 則 為 6.77; 大 粗 坑 集 水 區 (W2) 之 地 形指 數 值 最 大 為 19.96, 最 小 為 4.28, 其 平 均 值 則 為 6.37。 本 研 究 進 行台 灣 北 部 地 區 現 地 土 壤 厚 度 採 樣 , 共 有 17 個 土 壤 厚 度 採 樣 資 料 , 結果 顯 示 土 壤 厚 度 的 空 間 變 異 相 當 大 , 所 得 土 壤 厚 度 約 在 0-2m 之 間 。套 疊 等 高 線 後 , 發 現 穹 隆 與 稜 線 等 凸 坡 地 區 的 土 壤 層 較 薄 ; 而 山 谷 地區 則 有 較 深 的 土 層 , 可 超 過 1m。 如 圖 3 所 示 , 集 水 區 中 之 土 壤 厚 度與 地 形 指 數 大 致 呈 線 性 關 係 , 經 迴 歸 分 析 後 , 其 式 (4) 之 CS為 0.1, R2值 為 0.848。 故 利 用 式 (4) 即 可 求 得 研 究 集 水 區 中 土 壤 厚 度 之 空 間 分佈 。 本 研 究 利 用 鄰 進 水 文 紀 錄 資 料 以 模 式 檢 定 參 數 。 分 析 結 果 得 知 ,地 形 指 數 模 式 參 數 m 為 0.023 m, 地 表 飽 和 土 壤 之 水 力 傳 導 度 K0為5.83×10 -3 m/s, 而 根 系 層 最 大 貯 蓄 量 SRZ max為 0.05 m (Lee and Ho,2009)。30252R 0.848Field measured data a ln tan 201510 a D 0.1ln tan 500.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0Soil thickness (m)圖 3 台 灣 北 部 地 區 17 處 土 壤 厚 度 採 樣 結 果 與 地 形 指 數 值 之 關 係3、 模 式 分 析 與 討 論研 究 中 首 先 利 用 河 川 網 路 節 點 將 重 和 集 水 區 (W1) 劃 分 為 四 個 集水 區 ; 大 粗 坑 集 水 區 劃 分 為 三 個 次 集 水 區 ( 如 圖 2 所 示 ), 並 分 析 各 次集 水 區 之 空 間 平 均 安 全 係 數 ( FS ) 隨 時 間 變 化 之 情 形 。 如 圖 4 所 示 , 平均 安 全 係 數 ( FS ) 會 隨 象 神 颱 風 期 間 之 降 雨 強 度 大 小 而 產 生 變 化 , 其 原因 乃 由 於 降 雨 量 增 加 , 導 致 更 多 的 水 份 入 滲 於 土 壤 中 , 當 累 積 雨 量 超過 入 滲 容 量 時 , 造 成 飽 和 含 水 層 之 水 位 逐 漸 抬 升 , 即 距 滑 動 面 以 上 之飽 和 水 位 昇 高 ; 因 此 式 (1) 中 之 阻 滯 力 下 降 , 而 使 得 邊 坡 安 全 係 數 變72010/05, 第 58 期

小 , 造 成 集 水 區 中 之 平 均 安 全 係 數 ( FS ) 下 降 , 產 生 淺 層 地 滑 之 機 率 亦隨 之 增 加 。 如 圖 4 所 示 , 重 和 集 水 區 (W1) 中 編 號 I 號 、III 號 、 與 IV號 次 集 水 區 之 平 均 安 全 係 數 ( FS ) 在 象 神 颱 風 期 間 皆 大 於 1, 表 示 該 三個 次 集 水 區 處 於 穩 定 狀 態 ; 而 在 象 神 颱 風 期 間 ,II 號 次 集 水 區 平 均 安全 係 數 ( FS ) 卻 有 小 於 1 之 時 段 , 表 示 II 號 次 集 水 區 處 於 不 穩 定 狀 態 ,該 區 域 與 紀 錄 發 生 地 滑 之 次 集 水 區 吻 合 ( 如 圖 2 所 示 ), 且 與 淺 層 地 滑發 生 紀 錄 時 間 大 致 相 符 。 大 粗 坑 集 水 區 (W2) 中 編 號 I 號 與 II 號 次 集 水區 之 平 均 安 全 係 數 ( FS ) 在 象 神 颱 風 期 間 皆 大 於 1, 表 示 該 兩 個 次 集 水區 處 於 穩 定 狀 態 ; 而 在 象 神 颱 風 期 間 ,III 號 次 集 水 區 平 均 安 全 係 數( FS ) 卻 有 小 於 1 之 時 段 , 表 示 III 號 次 集 水 區 處 於 不 穩 定 狀 態 , 該 區域 與 紀 錄 發 生 地 滑 之 次 集 水 區 吻 合 ( 如 圖 2 所 示 ), 且 與 紀 錄 淺 層 地 滑發 生 紀 錄 時 間 大 致 相 符 。Rainfall (mm/hr)02040608021.8Subwatershed ISubwatershed IISubwatershed IIISubwatershed IVLandslide occurredRainfall (mm/hr)02040608021.8Subwatershed ISubwatershed IISubwatershed IIILandslide occurred1.61.61.41.4FS1.2FS1.2110.80.80.629-Oct 30-Oct 31-Oct 1-Nov 2-Nov 3-NovTime(a) 重 和 集 水 區 (W1)0.629-Oct 30-Oct 31-Oct 1-Nov 2-NovTime(b) 大 粗 坑 集 水 區 (W2)圖 4 各 次 集 水 區 於 象 神 颱 風 期 間 之 平 均 安 全 係 數 變 化本 研 究 為 進 一 步 確 認 模 式 之 適 用 性 , 乃 採 用 曾 在 台 灣 北 部 造 成 嚴重 災 情 的 三 場 颱 風 進 行 驗 證 , 分 別 為 1998 年 之 瑞 伯 颱 風 與 芭 比 絲 颱風 , 以 及 2000 年 之 象 神 颱 風 。 如 圖 5 所 示 , 乃 為 重 和 集 水 區 中 II 號次 集 水 區 之 平 均 安 全 係 數 與 不 穩 定 格 點 百 分 率 變 化 情 形 ; 其 結 果 顯 示隨 著 累 積 雨 量 增 加 及 降 雨 強 度 增 大 時 , 平 均 安 全 係 數 ( FS ) 會 隨 之 下降 、 不 穩 定 格 點 百 分 比 上 升 。 瑞 伯 颱 風 與 芭 比 絲 颱 風 所 造 成 之 不 穩 定格 點 百 分 比 , 分 別 為 39.32% 與 33.08%, 而 象 神 颱 風 所 造 成 之 最 大 不穩 定 格 點 百 分 比 可 高 達 50.10%, 是 以 該 三 場 颱 風 中 , 象 神 颱 風 最 有可 能 造 成 重 和 集 水 區 (W1) 淺 層 地 滑 發 生 。 如 圖 5 所 示 , 乃 為 大 粗 坑 集82010/05, 第 58 期

水 區 中 III 號 次 集 水 區 之 平 均 安 全 係 數 ( FS ) 與 不 穩 定 格 點 百 分 率 變 化情 形 ; 其 結 果 亦 顯 示 隨 著 累 積 雨 量 增 加 及 降 雨 強 度 增 大 時 , 平 均 安 全係 數 會 隨 之 下 降 、 不 穩 定 格 點 百 分 比 上 升 。 瑞 伯 颱 風 與 芭 比 絲 颱 風 所造 成 之 不 穩 定 格 點 百 分 比 , 分 別 為 30.19% 與 35.68%, 而 象 神 颱 風 所造 成 之 最 大 不 穩 定 格 點 百 分 比 可 高 達 50.88%, 是 以 該 三 場 颱 風 中 ,象 神 颱 風 最 有 可 能 造 成 大 粗 坑 集 水 區 (W2) 淺 層 地 滑 之 嚴 重 災 害 。FSi (mm/hr)FSi (mm/hr)020406080 Percentage of unstable grids1.4Factor of safety60501.24030120100.8013-Oct 14-Oct 15-Oct 16-Oct 17-Oct 18-Oct0204060801.41.210.8023-Oct 24-Oct 25-Oct 26-Oct 27-Oct 28-OctPercentage of unstable grids (%)i (mm/hr)FS020406080(a) 瑞 伯 颱 風 (1998/10/13~1998/10/17)605040302010(b) 芭 比 絲 颱 風 (1998/10/23~1998/10/27)Percentage of unstable grids (%)i (mm/hr)FS1.41.210.8013-Oct 14-Oct 15-Oct 16-Oct 17-Oct0204060801.41.21Percentage of unstable gridsFactor of safety0.8023-Oct 24-Oct 25-Oct 26-Oct 27-Oct605040302010605040302010Percentage of unstable grids (%)Percentage of unstable grids (%)i (mm/hr)FS0204060801.41.21Landslide occurred0.8029-Oct 30-Oct 31-Oct 1-Nov 2-Nov 3-Nov605040302010Percentage of unstable grids (%)i (mm/hr)FS020406080(c) 象 神 颱 風 (2000/10/29~2000/11/02)1.41.21Disaster occurred0.8029-Oct 30-Oct 31-Oct 1-Nov 2-Nov605040302010Percentage of unstable grids (%)圖 5 次 集 水 區 於 三 場 颱 風 之 不 穩 定 格 點 百 分 比 變 化 與 平 均 安 全 係 數 變 化92010/05, 第 58 期

研 究 中 發 現 二 處 試 驗 集 水 區 之 瑞 伯 颱 風 與 芭 比 絲 颱 風 所 造 成 之不 穩 定 格 點 百 分 比 均 低 於 40%, 象 神 颱 風 則 大 於 50%。 重 和 集 水 區(W1) 中 II 次 集 水 區 之 最 大 不 穩 定 格 點 百 分 比 (50.10%) 發 生 時 間 與 真實 淺 層 地 滑 發 生 時 間 相 符 ; 大 粗 坑 集 水 區 (W2) 中 III 次 集 水 區 之 最 大不 穩 定 格 點 百 分 比 (50.88%) 發 生 時 間 亦 與 真 實 淺 層 地 滑 發 生 時 間 相符 , 故 在 預 測 坡 地 災 害 發 生 時 間 上 , 本 模 式 能 有 良 好 的 預 測 結 果 。 因此 本 研 究 所 建 立 的 淺 層 地 滑 預 警 模 式 , 應 能 對 於 坡 地 災 害 之 預 警 及 避難 有 所 助 益 。 日 後 藉 由 此 種 分 析 方 法 , 配 合 氣 象 單 位 之 降 雨 預 測 , 可望 能 夠 建 立 淺 層 地 滑 即 時 預 警 系 統 , 以 減 少 人 員 傷 亡 與 財 產 損 失 。四 、 結 論本 研 究 選 用 台 灣 北 部 兩 處 集 水 區 為 模 式 應 用 區 域 , 進 行 真 實 三 場颱 風 事 件 分 析 驗 證 , 結 果 顯 示 瑞 伯 颱 風 與 芭 比 絲 颱 風 所 造 成 之 最 大 不穩 定 格 點 百 分 比 均 低 於 40%; 而 象 神 颱 風 所 造 成 之 不 穩 定 格 點 百 分 比則 大 於 50%, 是 以 三 場 颱 風 中 , 象 神 颱 風 最 有 可 能 造 成 淺 層 地 滑 之 嚴重 災 害 , 且 其 最 大 不 穩 定 格 點 百 分 比 發 生 時 間 , 與 真 實 淺 層 地 滑 發 生情 形 相 符 。 本 研 究 所 建 立 的 淺 層 地 滑 預 警 模 式 , 分 析 集 水 區 坡 地 災 害之 時 間 與 空 間 分 佈 之 結 果 與 實 際 發 生 情 形 , 具 有 良 好 的 分 析 結 果 。 以此 研 究 結 果 , 應 可 掌 握 可 能 之 災 害 情 形 , 藉 以 發 佈 即 時 警 訊 , 以 減 緩傷 亡 與 損 失 , 對 於 坡 地 災 害 之 預 警 及 避 難 有 所 助 益 。 因 此 本 研 究 之 淺層 地 滑 即 時 預 警 模 式 , 可 進 行 淺 層 地 滑 之 即 時 預 測 , 掌 握 可 能 致 災 之時 間 與 範 圍 , 以 提 供 相 關 單 位 , 作 為 發 佈 警 訊 之 依 據 , 保 障 人 民 生 命財 產 的 安 全 。謝 誌 : 本 研 究 之 經 費 部 份 來 自 國 科 會 NSC 96-2625-Z-019-004 研 究 計畫 , 相 關 研 究 成 果 已 發 表 於 Journal of Hydrology (2009),375, 489-497。102010/05, 第 58 期

參 考 文 獻范 正 成 、 吳 明 峰 ,2001。 一 級 溪 流 土 石 危 險 因 子 及 其 與 臨 界 降 雨 線 之 關 係 , 中 華水 土 保 持 學 報 , 第 三 十 二 卷 第 三 期 , 227-234。游 繁 結 、 陳 重 光 ,1987。 豐 丘 土 石 流 災 害 之 研 究 , 中 華 水 土 保 持 學 報 , 第 十 八 卷第 二 期 , 76-92。謝 正 倫 、 江 志 浩 、 陳 禮 仁 ,1992。 花 東 兩 縣 土 石 流 現 場 調 查 與 分 析 , 中 華 水 土 保持 學 報 , 第 二 十 三 卷 第 二 期 ,109-122。Beven, K. J. and Kirkby, M. J., (1979). A physically based variable contributing areamodel of basin hydrology, Hydrol. Sci. Bull., 24(1), 43-69.Caine, N., (1980). The rainfall intensity-duration control of shallow landslides anddebris flows, Geografiska Annaler, 62, 23-27.Campbell, R. H., (1975). Soil slips, Debris flow, and Rainstorms in the Santa MonicaMountain and Vicinity, Southern California, U. S. Geological SurveyProfessional Paper, 851.Cannon S. H. and Ellen, S., (1985). Rainfall conditions for abundant debrisavalanches. San Francisco Bay Region, California, California Geology, 38,267-272.Casadei, M., Dietrich W. E., and Miller, N. L., (2003). Testing a model for predictingthe time and location of shallow landslide initiation in soil-mantled landscapes,Earth Surface Processed and landforms, 28, 925-950.Dietrich, W. E., Reiss R., Hus, M., and Montgomery, D. R., (1995). A process-basedmodel for colluvial soil depth and shallow landsliding using digital elevation data,Hydrological Process, 9, 383-400.Ellen, S. D., (1988). Description and mechanics of soil slip / debris flows in the stormof January 3~5, 1982, in the San Francisco Bay Region, California, U. GeologicalSurvey Profession Paper, 1434, 63-112.Iverson, R. M., (2000). Landslide triggering by rain infiltration, Water ResourcesResearch, 36(7), 1897-1910.Jenson, S. K. and Domingue, J. O., (1988). Extracting topographic structure fromdigital elevation data for geographic information system analysis,Photogrametric Engineering and Remote Sensing, 54(11), 1593-1600.Keefer, D. K., Wilson, R. C., Mark R. K., Brabb, E. E., Brown W., Ellen, S. D., Harp,E. L., Wieczorek, G. F., Alger, C. S., and Zatkin, R. S., (1987). Real timelandslide warning during heavy rainfall, Science, 238, 921-925.Lee, K. T., (1998). Generating design hydrographs by DEM assisted geomorphic112010/05, 第 58 期

unoff simulation: a case study, J. Am. Water Resour. Asso., 34(2), 375-384.Lee, K. T. and Ho, J.-Y., (2009). Prediction of landslide occurrence based on slopeinstability analysis and hydrological model simulation, Journal of Hydrology,375, 489-497.Montgomery, D. R., and Dietrich, W. E., (1994). A physically based model for thetopographic control on shallow landsliding, Water Resources Research, 30(4),1153-1171.Skemptom, A. W., and Delory F. A., (1957). Stability of natural slopes in London clay,ASCE Journal, 2, 378-381.Wieczorek, G. F., (1987). Effect of rainfall intensity and duration on the debris flowsin central Santa Cruz Mountains, California, Geological Society of AmericaReviews in Engineering Geology, 7, 93-104.Wu, W., and Sidle, R., (1995). A distributed slope stability model for steep forestedbasins, Water Resources Research, 31, 2097-2110.122010/05, 第 58 期