前言
台灣之大山崩及其造成因素
邊坡之滑動與崩壞
地質環境與土石流
土石流發生與降雨特性之關係
921震後災區土石流二次災害防治之研究
有歷史記憶才有內在自信
白絲帶運動

專題特約主編 水利系主任 蔡長泰

台灣的自然環境是多崇山峻嶺與丘陵陡地,也多豪雨與地震,因此山崩與土石流也是台灣常見的自然現象。由於人口快速增加,經濟蓬勃發展,在平原面積不足的情況下,山坡地開發成為必然的趨勢。然而由於對山崩與土石流的認識不足,以致土地利用不當,發生重大的生命財產損失。 為促進本刊讀者對山崩與土石流現象的瞭解,以趨吉避兇,進而能有安全適當的土地利用,提昇居住品質,本刊特規劃「山崩與土石流專題」。本專題邀請本校對山崩地滑或土石流各有多年深入研究的教授資源工程學系陳時祖教授,土木工程學系李德河教授,地球科學系吳銘志教授,水利及海洋工程學系詹錢登教授及謝正倫教授等,撰寫有關這些自然現象的發生原因與形成之條件,檢討以往的重大災害,並建議防止災害的有效措施,以供讀者參考利用。 

台灣之大山崩及其造成因素

資源系教授 陳時祖

台灣位於歐亞板塊和菲律賓板塊之交界,由於板塊之互相擠壓作用,使得台灣地盤之上升速度很快,由於地形上升快,溪谷下切之速度也變得很快,坡度就變得很陡,加上雨量大及地震多,這些因素組合起來,使得台灣島內由於自然因素造成之山崩很多。又由於台灣三分之二地區是山區,人口密度又大,大家只好向山區發展,山區過度開發之結果,也使得山坡變得很不穩定,因此台灣地區由於人為因素造成之山崩也不少。先天條件不佳加上人為不當調配,使得台灣變成一個幾乎年年有大型山崩及土石流之地區,也使得山崩及土石流變成台灣居民的夢魘。本文介紹幾個台灣過去幾十年發生過死傷較嚴重之山崩以及其形成因素,希望讓讀者粗略了解一下造成這些山崩的原因。

  1. 草嶺山崩
  2. 台灣有記錄的最大山崩應該是雲林縣草嶺的山崩。草嶺之山崩不但規模大,且在同一地區重複發生。此地最早之山崩傳言是發生於民國前50(1862),是地震(186266)引起的,當時台灣是在開發的早期狀態,因此未留下記錄。草嶺的第二次大山崩是發生於民國301217日,是由於嘉義大地震引起的,此次山崩下滑之土石體積量約為1億至1.5億立方公尺。草嶺的第三次大山崩發生於民國31810日,是由於豪雨將上一年地震造成之鬆動土石推動下滑造成,下滑之體積約為1.5億至2億立方公尺。草嶺的第四次大山崩發生於民國68815日,是由於豪雨造成,下滑量約為5百萬立方公尺。草嶺的最近一次大山崩是發生於前年(88921),是由大家所熟悉的921集集大地震造成,下滑量約為1.2億立方公尺造成之死亡人數有三十六人。草嶺山崩的特色有二,一是規模非常大,二是重複在一個地點發生且主要觸發因素是大地震或大地震後之豪雨,為什麼會這樣?圖1是草嶺921地震引起之山崩剖面圖,由這張圖,我們可以看到下列三個現象:一是山崩下滑區(1中河流東北岸)之坡面是近乎與地層之層面(各地層之交界面)平行,也即是所謂之順向坡。地質上順向坡之存在即表示這個地方之岩層在自然條件下就會沿著層面下滑。二是這個地方之層面傾斜角很小(15度左右),因此一旦沿層面下滑時,其下滑之面積及體積有可能會很大,也因由於滑動面傾斜角很小,一般之颱風豪雨不易造成大規模山崩,而主要是由幾十年一次之大地震來觸發大山崩。三是山坡下方有一清水溪,溪水可不斷沖刷加深河谷及使河谷旁之山坡坡度變陡,而使得山谷旁邊坡變得不穩定。至於草嶺何時會變得比較穩定?筆者認為需等待圖1中之砂岩與頁岩交互之地層(卓蘭層)全部滑掉後,餘下的錦水頁岩所產生之山崩會是次數多且每次量比較少之形態。

  3. 半屏山
  4. 民國5064日,位於高雄市北部之半屏山發生山崩,下滑量約為一百四十萬立方公尺,此山崩除了造成42人死亡之外,也造成鐵路縱貫線被掩覆變形約1000公尺,當時鐵路是位於山腳與水泥廠之間,後來鐵路再重建外移至水泥廠東邊。這次山崩產生的主要原因是由於山腳下採礦引起。圖2是半屏山的示意山崩地質剖面圖,是傾斜之石灰岩覆蓋於泥岩上,地層傾斜角度約為30度。由於石灰岩是強度及透水性相當高的岩層而其底下之泥岩是強度及透水性皆低的地層。因此下雨時雨水會下滲到石灰岩及泥岩之交界面再向下流動,使得泥岩表面由於吸水軟化而更弱,因此石灰岩與泥岩之交界面就容易形成山崩之滑動面,當山腳下之石灰岩被水泥公司逐漸採去做水泥原料之後,其底部之支撐漸漸減弱,終於無法負荷其上方之重量而下滑。自從那次山崩後,在取得軍方同意開放後水泥公司改變了採石方法,改採由上而下逐次開採,因此已無重大山崩事故再發生。目前石灰岩巳幾乎全部採掉只剩下泥岩了,因此上述之山崩形式巳不可能再發生。

    上述之半屏山山崩型態在民國7592日再度在高雄出現,不過出現的地點在壽山之東側,其產生之主要因素是和半屏山是相同的,也即是山之下半部的石灰岩不斷被採掉(由於山頂部份是軍事要塞禁止採礦卻充許山腰以下採礦),終使其上方之石灰岩產生下滑現象。此地之地質剖面和半屏山類似,傾斜角2040度之石灰岩地層覆蓋於泥岩上,唯其山頂上及山之西側的地質狀況是和半屏山不同的。壽山山崩之岩石下滑量也是一百多萬噸,但是死亡人數只有四人,主要因素是山腳下是水泥公司廠房,山崩時水泥公司之山上及廠區工作人員皆已下班,算是不幸中的大幸。壽山石灰岩採石場目前已停採多年,由於植生復舊工程很成功原來的採掘場及崩塌地已經長滿植物,一般人已不容易看出崩塌遺跡了。

  5. 中山高速公路八堵交流道工地山崩
  6. 民國63928日,中山高速公路八堵交流道在豪雨後發生山崩,死亡人數為36人。圖3為此地點之示意山崩地質剖面圖,由此圖可看出此地也是屬於順向坡,地層傾斜角約為30度,地層則為厚層砂岩夾薄層頁岩。造成這個山崩的原因和半屏山之例子很類似,是為了建造公路將順向坡之坡腳挖掉後使得上方之岩層變成不穩定,在雨季時雨水下滲軟化頁岩地層加上地下水水壓使得砂岩沿著地層交界面下滑。由於台灣山區順向坡很多,許多順向坡的走向又平行於山谷的方向,因此公路沿山谷建造時常常不可避免的切掉山坡的坡趾而造成山崩災害,只是八堵交流道工地山崩造成之災害特別大而令人印象特別深刻。

  7. 林肯大郡
  8. 民國86818日,颱風造成台北縣汐止鎮林肯大郡社區後方山坡地滑動,並使擋土牆斷裂,大量土石衝入山坡下方五樓公寓內,造成28人死亡之慘劇,由於事件發生不久大家應該記憶猶新。圖4為此地點之山崩地質剖面示意圖,從此圖可看出,這個邊坡也是順向坡。和前面幾個順向坡滑動例子不同處是,此邊坡產生大規模破壞前已做了擋土牆及岩錨等保護工程,只是工程設計時少考慮到一些因素(例如雨水下滲所產生之地下水壓),加上施工時又有偷工減料之嫌,因此不幸地在豪雨來臨時產生崩塌,再加上公寓離開擋土牆太靠近使得崩壞的擋土牆及下滑之土石得以大量衝入住宅內而造成大量傷亡。

  9. 九份二山

前年921集集大地震造成之大山崩是以第一個例子草嶺為最大型,其次則為九份二山。九份二山山崩下滑量約為36百萬立方公尺,造成39人死亡。九份二山也是一個順向坡,地層之傾斜角約為20-30度,坡面之平均傾斜角約為23度。

由以上五個例子,可看到台灣死亡最慘重之山崩有幾個特性。一是這些山崩之邊坡全都是順向坡。筆者認為產生這個現象之原因是順向坡在台灣尤其是西部丘陵地及海拔不高之山區普遍存在,許多順向坡之坡度不陡,除非把坡腳切掉,通常也不會有大災難,因此會有不少人口聚集在山腳下甚至山坡上。以草嶺為例,由於山坡之傾角只有十餘度,因此在坡面上以農牧為生甚至居住的人不少。民國30年的大山崩奪走不少人命(傳說十二戶七十四人),山崩後滑掉的地方是沒人敢居住,但是崩塌地上方之山坡上仍有四戶二十多人長期居住,農忙時暫時居住的人更多,以致在921地震這塊地方下滑時又產生重大傷亡。第二特性是同樣的現象會重複產生,例如民國50年高雄半屏山,由於山腳被人工開挖失去支撐而下滑產生大悲劇,民國63年同樣的事發生在中山高速公路八堵交流道工地。民國75年類似的事件發生於高雄壽山,民國86年再發生於林肯大郡。歷史是重複的,後人很難記起前車之鑑,或者每個人都自認為藝高人膽大,自己會小心卻一再重蹈覆轍。

如本文開場白所言,台灣地區由於天然條件所限,要想避免自然界的山崩是不可能的,但是只要小心應對應可大量減少自然因素造成山崩的損失,也可將人為因素造成之山崩降低很多。筆者希望今後不再會看到一次奪走很多人性命的山崩在台灣再出現。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

邊坡之滑動與崩壞

木工系教授 李德河 博士後研究員 林宏明

一、前言

山坡地之邊坡常因受到自然界之營力如重力、降水、風力、地震力之作用而產生滑動、崩壞、落石等現象,如1996年賀伯颱風造成眾多土石流的發生,以及1999921集集大地震時,在中部地區造成公路邊坡崩塌以及草嶺、九份二山之大滑動等。同時邊坡也會因本身之地質種類、地質構造、地形、地下水等條件較為特殊而具有較高之破壞潛能,惟這些自然因素造成邊坡之破壞是較具周期性,其發生的頻率亦較低,可視為在自然地形輪迴中的必然現象。

近年來,由於人口增加、社會急速發展,人類的活動及居住範圍逐漸由平地擴展到山區,特別是在都會區周圍的淺山丘陵地帶,以及山區公路之兩旁,坡地的開發利用更是觸目驚心。山坡地上人為的開發行為自古即有之,以往以個人力量所從事之開山築路行為對坡地的穩定性並未造成太大的威脅。但隨著施工機具的自動化、重大型化,在短時間內便可在坡地上造成巨大的地形變更,其速度已遠遠超過坡地的自我療癒速度,因此人為的開發行為引致坡地發生災害就時有所聞。 由於我國國土約三分之二皆非平地,為國家長久之計,山坡地之開發利用乃是不可避免之事,當務之急就是要使坡地開發成為一件安全、經濟且合理之事,因此在開發利用山坡地時應如何防止坡地災害的發生,以及如何監測山坡地的變動情形以作為判定安全與否之根據,乃是當今工程界所應注意的課題之一。 以下各節則針對坡地邊坡發生滑動、崩壞災害的原因及其預防之道以及如何監測其產生變動之行為分別敘述。

二、邊坡破壞的原因

如前言所述,邊坡發生災害的原因相當的複雜,包括人為開發、地質、地形、重力、降水、地震等等。一般可依其特性將之分類如下:

(1)自然的原因與人為的原因。

(2)邊坡之先天的、內在的原因-素因及後天的、外在的原因-誘因。

(3)促成邊坡破壞力增加的原因與減少抵抗破壞力的原因。

茲就上述所列原因之數項詳細討論如下:

1.地質構造-在斷層、背斜構造、層理、片理發達之處易生邊坡災害。其中基岩之層理面與邊坡滑動之關係可由山野井徹等人[1]針對日本新潟縣邊坡地滑區之調查可得圖1

可知,順向坡與走向方向邊坡之地滑發生率相當接近,而逆向坡發生地滑之比例較低。

2.地質、土質-坡地之地質屬第三紀層以及坡地處在破碎帶或溫泉地區時,其邊坡易發生大規模地滑災害。

根據日本建設省於1977年對5,600個邊坡發生大規模地滑區進行調查得到:

 第三紀層地滑佔67.7﹪。

破碎帶地滑佔27.8﹪。

ƒ 溫泉地滑及其他佔4.5﹪。

此外由圖2可知開挖坡面之崩壞與其地質種類有關,其中以在第三紀層、中生層、變質岩之發生率最高。

同時由邊坡發生小規模崩壞區之土質分佈圖,如圖3-a所示可知,規模較小的崩壞是以砂質土壞為最多,若包含砂礫則達到50﹪以上。而由統一土壤分類法來看崩壞區之土質,則以SM為最多(3-b)

3.地形

邊坡大規模地滑發生處之地表傾斜特性,可由圖4(a)(b)[1]知其一、二。圖4(a)為日本新潟縣第三紀層地滑區之坡角地滑區之面積比的關係。由圖可知以具15前後之坡角的地滑區佔最多,坡角增加時,則發生地滑的可能性降低,圖4(b)為日本四國地區之結晶片岩類地帶之地滑區的坡角與所佔面積此之關係。在此圖中顯示坡角為25時發生地滑之可能性最大。

通常邊坡大規模地滑之發生多屬於老地滑區之再度活動,因此若能判別老地滑區之地形特徵,則在開發工程規劃階段即可將工程施工範圍避開可能發生地滑之區域,以減少而後災害之發生。圖5則是一般地滑區所常顯示出之地形特性圖。圖中地滑冠部A(頂部),等高線向上凸出,且等高線之密度高,表示此處落差大。在地滑之末端部(趾部)等高線向下凸出,但等高線分佈較疏,顯示此部份地表向下方鼓起。在中間部份,等高線之距離較疏,但呈直線狀,表示此處較為平坦。

此外,對於面積規模皆較小之坡地崩壞,其較易發生之主要地形條件為坡面傾斜程度之增大、軟弱土層之發達及集水性的增加等。柏谷等人[2]2km×2km之方格內求出坡面的平均斜率與崩壞數之關係如圖6所示。由此圖可知,在某一斜率以內坡面是不會發生崩壞而當斜率為10.6(橫:縱)時崩壞數最多。但當斜率極大時,崩壞率反而減少,此表示在高陡坡時表面侵蝕及落石會較崩壞更易產生,亦即在高陡坡時坡面上較不易產生軟弱土層之故。

至於坡面之集水性亦與坡面之破壞率有關。大規模之滑動與坡面較深處之地下水的集水性有關,其受地質構造的影響較大,然而表層崩壞則是受地表逕流或淺層地下水所誘發,因此具有谷型之坡面較易發生表層崩壞。同時,谷型坡面之密度愈大,單位面積內之崩壞數愈高(參照圖7、圖8)

4.降雨、地下水

坡地之坡度較平緩時,若發生坡地災害則易產生規模較大之地滑災害,由於滑動面之位置較深,平均約在地表下二十公尺,該處受地表氣象因素(如降雨強度)之影響較少,反而受地下水之影響較大,圖9為日本神谷地滑區地下水位與地表日移動量之關係,可見其對應性相當高。  此外,坡地災害中規模較小的崩壞現象,由於破壞面在地表下只有數公尺之處,因此受地表氣象因素如降雨強度等之影響較大。同時破碎帶地滑之滑動面雖深,但由於滑動體之滲透性良好,其滑動行為亦受降雨強度的影響非常明顯如圖10所示。

5.挖方工程

在人為因素中,挖方工程是一項重要的因素,包括在坡地開闢道路、建築用地以及開採骨材、填土材枓等,皆會造成坡地穩定性受到擾動而埋下發生災害之近因。特別是在順向坡腳、老地滑區末端部、風化岩坡及崩積岩坡之趾部進行不當開挖,必將引發嚴重之災害產生,如圖11~13所示。

6.填方工程

在坡地上開發建築用地、闢建道路時,為爭取更多之平坦空間常採用填土方式解決。填土工程將使坡面承受更大的載重,若原土層強度不夠或擋土工程不足,則可能引發填土與表土之崩壞,若填土在老地滑區之頭部,則亦可能造成老地滑區之重新活動,如圖14所示。

此外在坡面上亂倒工程棄土或堆積礦渣皆易引發坡地災害。

7.水壩工程

在山區築壩圍水,將使許多從未浸泡過水的坡面沒入水中,降低邊坡強度,因此在水壩完成並儲水後,必將產生一連串邊坡滑動或崩壞的災害。此外水庫儲水後若快速洩洪、降低水位亦會引發水庫邊坡之崩壞。

8.隧道工程

在山區進行隧道工程必然影響隧道附近坡地之穩定性,甚至引致坡地產生大規模滑動災害。根據日本之資料[3],如圖15~17所示,顯示隧道軸向與地滑之滑動方向平行時,隧道的開挖引起坡地滑動的可能性較低。隧道軸向與滑動方向垂直或斜交時,引發滑動的可能性相對較高,同時隧道穿過地滑區末端部時將較穿過頭部,對地滑的影響較大。

   

 

三、邊坡災害之預防

由上節所述,造成邊坡發生災害之原因相當多且複雜,除了可分自然原因與人為原因,素因與誘因外,尚可分成促成破壞力增加的原因與減少抵抗破壞力的原因。所以若要開發利用坡地又要防止邊坡災害之發生,可依下列方式為之。

 事前預防對策

a.充分瞭解影響邊坡安全的各項因素及其影響程度。

b.規劃設計時,充分瞭解開發區之地質、地形、水文、氣象、植生等條件。

c.依據開發區之條件、參考影響邊坡安全之因素及其影響程度,進行最佳之水土保持、挖方、填方、護坡排水等工程之設計與施工。

事後補救(防止對策)

a.若開發工程進行時或完成後發現邊坡有不穩現象,則應詳細調查造成不穩的原因,再由降低或去除形成破壞力的原因以及增加或改善坡地抵抗力的原因著手坡地穩定處理。

b.事後防止對策方可分二大項

一為抑制工法:即將造成坡地不穩之因素去之。 二為抑止工法:即以土木工程之手段強制阻擋坡地之變動。

此外尚可進行特殊之地盤改良工法以增加邊坡之安全。參照表1

 

四、邊坡之安全監測

為了瞭解邊坡之地質、地形、地下水、降雨情形以及邊坡是否滑動等特性進而提供邊坡災害之預警與整治的根據,在坡地開發的過程中必須進行數項必要的調查與監測。

通常所須進行之調查包括地質構造調查、地質鑽探、降雨量及地下水位調查與地形測量等。所常實施之邊坡監測則是:

 降雨量監測-使用雨量計

地下水位監測-使用地下水位計或水壓計

ƒ 地表變動監測-使用定期地表測量(可用GPS或雷射距測儀)、地表伸縮計、地表傾斜計

滑動面觀測-以地中傾斜計、地中伸縮計可定出滑動面之位置及其變動方向

地下水流特性-流量計、流向計、導電度計

18為一大規模邊坡地滑區之自動監測系統,其尚包括太陽能電池、光纖及無線、有線數據傳輸等,可將地滑區之變動以自動量測儀器監測,並將其數據自動傳輸到監測站或指定之位置以供分析與監督。

五、結語

由於影響邊坡穩定之因素相當多且複雜,因此在開發山坡地時應先充分瞭解影響因素的特質,而後才可進行相關之規劃設計與施工,同時因為邊坡對各種人為、自然因素的變動非常敏感,因此在開發使用時必須長期監測與調查相關之項目,如地表變動、地下水位、地表水流、擋土工程等,如此方能使坡地開發利用達到減災之境界。

參考文獻

[1]山野井傲、石里重實、布施弘、神田章(1974):新潟縣エトベシガソ環境,地エトベ,11.2pp.3-14

[2]柏谷健二、平野昌繁、橫山康二、奧田節夫(1976):山腹崩壞地形特性ウサ,京大防災研年報,第19Bpp.371-383

[3]日本土質工學會編(1985),土砂災害予知對策,pp.66-67

 

地質環境與土石流

地科系副教授 吳銘志

  1. 前言
  2. 「地質」、「地形」即所謂的「地質環境」(Geological Environment),加上「氣候」條件的影響,乃構成了自然災害發生的三個重要因素。臺灣位處於地殼板塊的交接處,為一典型的島弧地質與地形環境;加上位處於亞熱帶地區,氣候溫濕多雨,颱風暴雨季節集中;更由於社會經濟活動,促使了不當的土地資源利用;因之,土石流事件頻繁發生。

  3. 臺灣的地質環境
  4. 臺灣位於歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊之交界上,屬於地質作用頻繁的活動帶。從早期的地質年代迄今,臺灣一直處於一個非常不安定的地質環境中;其間經歷了多次的地質環境變遷。直至第三紀中期,造山運動開始,使已經沉積的始新世到中新世初期的地層被擠壓隆起形成陸地和山嶺;今日的中央山脈即因此形成。爾後的蓬萊造山運動,則造成部份的阿里山山脈之地層與東臺灣之新第三紀地層的出露。頻繁的地殼運動將臺灣塑成了一座山多平地少的狹長海島;島上70%之土地面積屬於100公尺至3000公尺以上之丘陵和高山等山地地形。陡峻的地形地勢造就了河短流急且密佈的野溪坑溝,活躍的地質環境摧生了脆弱易崩蝕的岩層土壤。

    在先天上,不安定的地質環境,加上梅雨與颱風季節暴雨集中等不利的氣象條件,本已極具山坡地之崩塌、地滑、沖蝕及淘刷等地質災害的臺灣,近數十年來,由於人口的增長及社會環境的變遷,更在滿足物質生活與品質的需求下,使得不論在山坡地或在平地,自然界中許多潛在的災害正逐年地被加速誘發,且原已不穩定的地質環境亦正被快速地破壞。臺灣地區山坡地有264萬餘公頃,約佔全島總面積的三分之二強。有限的水土資源是當代國人與後代子孫永續生存發展的基礎,我等應予愛惜與維護。

  5. 自然災害-土石流
  6. 一般的自然災害中,其發生包含了地質因素者,通稱為「土砂災害」,包括:地表土壤沖蝕、崩塌、地滑、土石流、河川淘刷與堆積等 。其發生之密度與規模,除了與降雨強度及雨量直接相關外,陡峭之坡地及地質脆弱地區尤易發生。另外,人為之開發利用,諸如:伐木、墾植、開路、採礦,及其他有關開發行為,加上不良的水土保持設施,則極易誘發坡地的土砂災害。臺灣的坡地,尤其以中高海拔地區,雨量充沛、地形陡峭且地質脆弱,因此崩塌、地滑等災害頻仍。其若為地表之均夷作用,應屬自然現象;然其每每因人為之不當開發或水土保持設施不良,誘使災害之發生,災情加劇。

    土石流災害之發生,乃因泥、砂、礫及巨石等地質材料與水之混合物受重力作用後產生流動所造成之災害。其發生包括了三個要件:(1)充足的水量;(2)足夠的土方;(3)有效的河床坡度。充足的水量通常源自降雨強度與累積雨量,而有效的河床坡度則因地而異;臺灣地區之土石流,以河床坡度10度、集水面積10公頃以上地區較易於發生。而集水面積即意謂著水量的大小與流速的快慢;其中,足夠的土方所指的乃是河流上游河谷中堆積物的量,而河流上游之堆積物來源除了地表土壤沖蝕所殘留於河谷中者外,其最主要之來源乃為河流上游邊坡土石因崩塌或地滑而堆積於河谷中者。崩塌或地滑乃指河谷邊坡之岩層因重力加上氣候因素(如:暴雨),而崩落或滑落之現象。

    土石流之發生,除了降雨的因素外,並與地質環境有相當的關係。以臺灣處於非常不安定的地質環境中,山高水急,加上各項地質活動頻仍,使得自然的地質災害,如:崩塌、落石等習以常見。因此,土石流災害發生所需之土方不缺,此亦為臺灣土石流災害頻繁的原因之一。

  7. 災害與災情
  8. 很明確地,一個自然事件(Natural Event)的發生,無論其是由地質因素或是氣象因素所引發的,其皆僅是一個事件(Event)。該事件的發生,若對人們的生命財產具潛在危險性,則稱其為危險事件(Hazard)。然而,當事件的發生造成了生命財產之損失等災情時,則其為災害(Disaster)。

    如果人的因素不參與其中,崩塌、土石流等將僅是一個自然的地質事件,甚或不成為一個危險事件。然而,一旦人的因素參與其中,由於人的愚昧與疏忽,將促使一自然的地質事件變成了人類社會的災害。這全是因為人們在不與人類活動相容的區域範圍內活動的結果。

    簡單地說,在大自然的平衡環境中,人類的活動破壞了大自然的平衡條件,或人類在不該屬於人類活動的區域內活動,因此而使一個簡單的地質事件,因為有人的因素(即生命、財產)而演變成嚴重的地質災害。

    因此,對地質危險事件(地區)的認知乃是減少災害發生的首要步驟。其次,也是最困難的,就是讓決策者瞭解,地質事件與地質災害的分野,以及大自然對人類活動的包容極限,更要瞭解地質災害對社會經濟的衝擊。而對地質危險地區的確認劃分,環境改善與降低危險性乃環境地質工程師們所擔負的使命。而順應自然的工程設計(Design with Nature)將是未來的工程設計理念。

  9. 災害防治
  10. 當我們在考慮土砂災害的防治問題時,我們必須認清兩項事實:(1)我們必須要瞭解,土砂災害的發生有些並非是人力所能克服的。(2)土砂災害的防治常是為了以各項工法防止新的事件發生或是穩定一個舊的災害問題。

    從地質事件到地質災害,其衍生的過程可將之區分成下列各層次:(1)不方便(Inconvenience):亦即地質事件的發生,其僅造成人類的不方便性,對人類的生命財產並不會直接造成損失。(2)有危險的(RiskyDangerous):其雖表示地質事件的發生可能可以造成一些生命財物的損失,但其災情是間接的,或是偶然的。(3)有潛在危險的(Hazardous):亦即只要有地質事件發生,其將即刻造成生命財產的損失,或對生命財產有直接威脅者。因此,災害防治對策是有其輕重緩急之分的。

    除此,按災害之發生情況與規模則又可區分:(1)災害的(Disastrous):其為因地質事件的發生而造成的災情中,有生命財產的損失,而其災情規模與影響層面相對較小者。(2)當地質事件發生時,其在無預警徵兆的狀況下,且使生命財產之損失規模與社會經濟影響層面遠大於人類對災害衝擊之忍受能力,則屬之劇變的(Catastrophic)。因此,災害的防治依其災情規模和影響層面,各有不同的防治對策。然而,當災害一發生,則災情是必然的後果,其僅能以減災的手段,減低災情規模與影響層面的擴大,而以防災措施,防範災害之發生於未然。

  11. 結語

事實上,在一片土地上無論人類如何活動,造成土砂災害之地質、地形、氣候三個重要因子的影響程度是相對等的;而土石流的發生更是緊密地結合了此三項自然因子。因此,不僅僅是因為人類活動的影響,地球的自然作用與活動乃為影響今日地質環境之主要因子。因此,當人們在暢談災害防治與環境復育之同時,對地球自然活動與作用的認知是必需的;而且相關的人類活動,如坡地之開發利用,地質環境與自然之作用與活動更是必須加以考量的。

 

石流發生與降雨特性之關係

 

水利系教授 詹錢登

一、土石流的一般特性

土石流,或稱為泥石流,是指大量的鬆散土体與水之混合体,在重力作用下,沿自然坡面或溝渠由高處往低處流動的自然現象。土石流大多發生在山區,土石流運動特性介於流體與固體之間。土石流中的土体多種多樣,其顆粒大小的分佈範圍有的較窄、粒徑較為均勻;而有的粒徑分佈很寬,從黏土至卵石甚至巨石。土石流体絕大部份為水、泥漿、礫石甚至巨石,不含或含極少的空氣。 土石流中土体的體積濃度介於挾砂水流和滑動土體之間。由上游水流沖刷土體所形成之土石流,在完全發展下,土石流的流量大約是上游水流流量的5~10倍。土石流按照物質組成可分為:(a) 泥流型土石流、(b) 礫石型土石流、及(c)一般型土石流。泥流型土石流(又稱泥流)是指土石流中土体物質主要由黏土、粉土和砂所組成,很少礫石及卵石顆粒,其中粒徑0.1 mm以下%之泥砂含量佔50%以上,如照片一所示。礫石型土石流 (又稱為水石流)是指土石流中土体物質主要由大量的砂、礫石和卵石所組成,很少黏土及粉土顆粒,其中粒徑0.1 mm以下之泥砂含量佔10%以下,如照片二所示。一般型土石流是指土石流中土体物質的顆粒大小分佈很廣,由黏土、粉土、砂、礫石、卵石甚至巨石等各種粒徑的顆粒所組成,其中粒徑0.1 mm以下之泥砂含量在10%50%之間,如照片三所示(詹,2000)

照片一 雲南省蔣家溝泥流型土石流之流動(詹錢登攝1999.8.7)

照片二 南投縣豐丘礫石型土石流堆積物(詹錢登攝1996.8.21)

照片三 南投縣神木村一般性土石流堆積物(詹錢登攝1996.8.21)

土石流具有發生突然、流動快速、衝擊力強及破壞性大等特性。豐富的鬆散土石、陡峻的坡度及充足的水份是發生土石流的基本要件。土石流爆發突然,很難預知其發生之準確時間。土石流的發生時間應與該區域內崩積物厚度、地質成份、水文特性及地形特性等因子有關。土石流歷時較短,一次土石流過程一般從幾分鐘至幾小時。土石流沿陡坡運動其流速每秒可達幾公尺甚至幾十公尺,土石流表面流速明顯高於其平均流速,顯示土石流有表面流速快而底面流速慢之特性。土石流體組成粒徑非常不均勻,它的流動不穩定,有陣流現象,當前端受阻而停止時其後續部份會因慣性而壅高,增加壓力迫使前端再次流動。土石流前端呈波浪狀並有巨石集中現象,而其後續部份礫石之大小及濃度均較小。土石流之橫斷面形狀,在前端部份其中央呈隆起之形狀,而其後續部份中央呈凹陷之形狀。土石流的流動有明顯的直進性,遇到障礙物或通過彎道不易繞流或變向,而產生猛烈的沖擊作用或爬高現象。一場土石流過程包含有發生區、流動區及堆積區,土石流發生區之坡度大約在15° 30° 之間,流動區之坡度大約在6° 15° 之間,堆積區之坡度大約在3° 6° 之間,如圖1所示。土石流常於溪谷出口處(坡度緩、寬度大之地點)形成扇狀堆積地。土石流對其活動區(包括發生區、流動區、堆積區)內的各種設施、人民生命財產及生態環境造成直接破壞和傷害。同時,大量土砂進入或堵塞河流,還會給河流上、下游地區帶來巨大危害及難以估計的損失。由於土石流規模、性質、地形條件和受害對象的不同,土石流危害也所不同。常見的土石流危害方式有:淤埋、沖刷、撞擊、磨蝕、堵塞、漫流改道、彎道超高、擠壓主河道等(周,1991;詹,1998)

圖一 土石流過程包含發生區、流動區及堆積區(詹,1998)

二、台灣地區土石流問題

台灣地區由於地形陡峭、地質破碎、豪雨集中、地狹人稠,平地開發趨於飽和,隨著社會經濟快速發展,以前未使用之山坡地,現在都以陸續開發使用。山坡地大量開發,破壞了原有之水土保持,因此土石流之災害不斷發生。例如民國796月花蓮縣銅門村受到歐菲莉颱風的侵襲,發生嚴重的土石流,造成重大生命財產的損失。民國837月提姆颱風挾帶暴雨於花蓮縣豐濱鄉登陸,造成泥性土石流,泥漿掩埋了新社村東興部落二十餘戶房舍,並沖斷花東海岸公路。強烈颱風賀伯於民國85731日至81日挾著強風豪雨侵襲台灣,造成南投縣陳有蘭溪及阿里山山區發生嚴重之土石流災害,災情慘重,死亡人數超過四十人,財物損失不計其數(游,1996)。因此政府將土石流災害防治工作列為天然災害防治工作重要課題之一。民國85年賀伯颱風之前,除少數專家、學者及少數記者之外,大多數國人對土石流是陌生的。賀伯颱風侵襲台灣之後,由於賀伯颱風所觸發之土石流規模龐大、災害嚴重,記者深入南投縣神木村災區拍攝到流動中的土石流,經由電視煤體及新聞煤體的全面報導,自此全國人民對土石流及其災害有非常深刻的認識。

民國88921日集集大地震後,大量鬆散的土方堆積在山坡上或山谷間,更是大大提高發生土石流的可能性。如前面所述,土石流按照物質組成可分為泥流型土石流、礫石型土石流及一般型土石流。在台灣地區,此三類之土石流,均曾經發生過,例如,花蓮縣銅門村及南投縣豐丘兩地曾發生礫石型土石流,台東縣豐濱鄉新社村及南投縣同富村曾發生泥流型土石流,而南投縣郡坑橋及神木村曾發生一般性土石流。我們收集國內近年來34處土石流,分析其發生原因及類別,如表一所示,結果顯示泥流型土石流佔50%,礫石型土石流20.6%,而一般性土石流佔29.4%,如表二所示。如何避免或減少土石流災害不但是政府當前重要施政項目之一,也是學術界研究與教學的重要課題。在土石流災害的防治工作上,需先瞭解土石流的發生條件、組成成分、運動特徵及其可能的危害範圍,然後從全面的角度採取確實可行的防治方法,並配合政府的財力及人力、按輕重緩急次序安排實施。形成土石流之基本要件為豐富的鬆散土石、充份的水份及足夠大之坡度。本文僅就土石流的發生條件及其與降雨特性的關係加以說明,並陳述如何利用觀測降雨資料判別土石流發生之可能性。

表一、台灣近年來發生土石流之地區、激發因素及類型

發生時間

激發因素

796

花蓮縣秀林鄉銅門村

歐菲莉颱風

泥流

799

花蓮縣紅葉村

豪雨

一般型土石流

837

花蓮縣豐濱鄉新社村

提姆颱風

泥流

85731 81

南投縣神木村

南投縣同富村

南投縣信義鄉豐丘村

賀伯颱風

賀伯颱風

賀伯颱風

一般型土石流

泥流

礫石型土石流

8581

南投縣水里鄉郡坑村

賀伯颱風

礫石型土石流

8511

花蓮縣秀林鄉佳民村

爾尼颱風

一般型土石流

86818

台北市天母

溫妮颱風

泥流

8691

南投縣神木村

豪雨

一般型土石流

8768

南投縣信義鄉豐丘村

豪雨

一般型土石流(偏泥流)

871018

台北縣五股鄉

瑞伯颱風

泥流

871026

台北縣三芝鄉圓山村

瑞伯颱風

一般型土石流(偏泥流)

以下為921集集大地震後之資料

8922

雲林縣古坑鄉華山村

豪雨

泥流

89225 227

南投縣埔里鎮蜈蜙里

南投縣埔里鎮水頭里

南投縣仁愛鄉

豪雨

豪雨

豪雨

一般型土石流(偏泥流)

一般型土石流(偏泥流)

泥流

8941

南投縣埔霧公路蜈蜙里路段

豪雨

一般型土石流(偏泥流)

89429 430

雲林縣古坑鄉華山村

彰化縣二水鄉倡和村

嘉義縣阿里山鄉豐山村

豪雨

豪雨

豪雨

一般型土石流

一般型土石流

礫石型土石流

89526

嘉義縣阿里山鄉豐山村

豪雨

礫石型土石流

8963

雲林縣古坑鄉華山村

豪雨

一般型土石流(偏礫石)

8966

南投縣水里鄉頂崁村

豪雨

一般型土石流

89612

南投縣魚池鄉東光村、

南投埔里蜈蚣里段

雲林縣古坑鄉華山村

阿里山豐山村等地區

豪雨

豪雨

豪雨

豪雨

一般型土石流(偏泥流)

一般型土石流(偏泥流)

一般型土石流(偏泥流)

礫石型土石流

89618

雲林縣古坑鄉華山村

豪雨

一般型土石流(偏泥流)

89620

南投縣信義鄉地利村

豪雨

一般型土石流(偏泥流)

89620

南投縣水里鄉新興村

豪雨

一般型土石流(偏泥流)

89625

雲林縣古坑鄉華山村

豪雨

一般型土石流

89718

南投縣水里鄉郡坑村

豪雨

一般型土石流

89721

南投縣鹿谷鄉永隆村

豪雨

一般型土石流

89827

阿里山豐山村等地區

豪雨

一般型土石流(偏礫石)

表二、台灣地區近年來34場土石流發生型態所佔的比例

泥流

一般型土石流(偏泥流)

一般型土石流

一般型土石流(偏礫石)

礫石型土石流

6

11

10

2

5

17.6 %

32.4 %

29.4 %

5.9 %

14.7 %

17.6 %

67.7 %

14.7 %

50 %

29.4%

20.6 %

三、發生土石流的基本條件

形成土石流之基本要件包括豐富的鬆散土石、充份的水份及足夠大之坡度。豐富的鬆散土石提供形成土石流所需之固態物質;充份的水份潤滑土石流內固態物質並降低固態物質間的摩擦力與凝聚力,促使固態物質液化以助於流動;足夠大之坡度供給土石流流動動力,使土石流克服其內部之摩擦力與凝聚力後繼續向低處流動,在流動過程中促使泥石與水高度混合並增加其流動性(詹,1994)

(1) 鬆散土石條件:自然土石流的鬆散土石來源主要取決於流域地質特徵。在地質構造複雜、斷裂皺褶發達、地震多、山坡穩定性差、岩層破碎或山崩地滑多的地區能為土石流形成提供豐富的鬆散土石。人為土石流的鬆散土石來源,除取決於流域地質特徵外,主要由人類活動所造成。例如,山坡地不當利用與開發、森林被亂砍濫伐、山坡地的道路開發、工程棄土及礦區棄渣的處理不當等均能為土石流形成提供大量的鬆散土石。土石流鬆散土石一般需要較長的時間累積,但土石流的發生卻是爆發突然、歷時較短且來勢兇猛。大地震地區由於地震力將土層做水平及垂直方向的劇烈搖動,使得地表土層變的非常鬆散,這些大量的鬆散土石是土石流發生潛在危險地區。

(2) 水份條件:水不僅是土石流的組成成份,更是激發土石流的直接條件。水的來源大致上有三種:降雨、融雪、及潰壩。就台灣地區而言,降雨是水的主要來源,每逢颱風或豪雨,各地即常發生土石流。例如,1996731日至81日賀伯颱風經過臺灣本島,帶來大量雨量,除了造成台北市社子島及台北縣板橋市的嚴重淹水外,更造成南部地區土石流災害,導致嘉義縣阿里山、南投縣陳有蘭溪附近村落及屏東縣好茶村,人員及財物損失慘重。發生土石流所需的水量主要取決於鬆散土體的性質和地形坡度。若土體顆粒細、疏鬆、含水量高、且具有較陡的地形,則較少的水量即能引起土石流,反之,則需要較少多的水量方能引起土石流。本文第四節將較詳細說明土石流發生與降雨特性之關係。

(3) 坡度條件:當土石流流經坡度較陡的地方,由於其強大的侵蝕力,將侵蝕渠岸及渠床物質。被侵蝕之泥石物質與原土石流混合後使土石流規模逐漸增大。當土石流流經坡度較緩的地方,由於動力減小,泥石與水逐漸分離,部份泥石逐漸沉積,使土石流規模逐漸減小,直至土石流完全停止流動。因此一場土石流過程包含有發生階段、流動階段及停止階段。在不考慮凝聚力作用下,堆積層坡面與水平面之夾角為時,日本土石流專家 Takahashi (1991)曾經以靜力學平衡觀點,推導得清水流經一砂礫堆積層時,可能形成土石流之砂礫堆積層可能坡角 (坡度 = tan)之範圍為

(1)

其中, 為土石流發生之最小坡角,而為土石流發生之最大坡角。當時,堆積層發生崩潰現象,崩潰之泥沙堆積於下游坡度較緩之處,其後若有表面逕流流經此崩積層,也有可能發生土石流。反之當時,可能為不成熟土石流或一般水流輸砂或泥沙靜止不動。礫石型土石流為例,理論上其發生之坡角範圍大約為 (詹,1994)。然而僅依據坡度的大小來判斷土石流是否會發生是不夠的,因為堆積層的物質成份及植生情形也是影響土石流是否會發生的重要因素。例如,Campbell (1975) Ellen (1988)曾分析美國加州地區過去數年所發生之土石流記錄資料,顯示大部份土石流發生於坡度 26 45 度之間。國內謝正倫教授等(1992)現場調查台灣花蓮縣與台東縣過去數年所發生之土石流,發現花蓮縣大部份土石流發生於坡度 10 25 度之間,而台東縣大部份土石流發生於坡度 10 20 度之間。游繁結等(1987)研究南頭縣信義鄉豐丘土石流,顯示該區民國74年之土石流,發生在坡度23度的地方;而民國75年之土石流,發生在坡度17度的地方。若依該區土砂特性,土石流發生之臨界坡度卻為16度。所以由以上例子可知,在不同地區因為地質、地形、植生、及水源特性等條件不一樣、所以是否會發生土石流的地面或溪床坡度條件也不盡相同。此外除了坡度條件外,前人由土石流現場調查也發現,大部份土石流發生的源頭,不在平整的坡面上,而在坡面上低窪的地方。土石流易發生於坡面上低窪的地方,主要是因為豐富的砂礫崩積物及大量的地表水與地下水聚集於坡面上低窪的地方,而豐富的砂礫崩積物及大量的水有助於發生土石流(Reneau and Dietrich, 1987Ellen, 1988)

四、土石流發生與降雨特性之關係

在堆積物、坡度與水等土石流形成的主要條件中,水不僅是土石流体的重要組成部份,更是激發土石流的直接條件,因此雨量特性與土石流發生之關係常被用來作為土石流預報之依據。水激發土石流的力學機制是水經入滲,流到坡面土壤後降低土壤內固態物質間的摩擦力與凝聚力、增加土壤內孔隙壓力、減少土壤內之有效應力;當水持續入滲,孔隙壓力逐件增加,有效應力趨進近於零時,促使土壤液化,而形成土石流。至於需要多少水才會使土壤液化? 這與土壤成份、結構、原(或臨前)含水量、及水入滲強度等條件有關。在亞熱帶地區,水的主要來源是降雨。降雨特性影響土壤含水量及入滲情形,進而影響土石流發生時間及土石流規模大小。經前人多年之研究已有許多關係式可說明降雨特性與土石流發生之關係。常被用來分析土石流發生之降雨特性參數包括降雨強度、降雨延時、累積雨量、及臨前降雨量。

描述降雨特性與土石流發生關係的方式大致可區分為兩類:第一類為敘述式土石流發生降雨條件,而第二類為方程式化土石流發生臨界降雨線。敘述式土石流發生降雨條件,例如,日本學者川上 等人(1981)曾研究降雨特性與日本宇原川土石流之關係,結果發現會發生土石流之降雨條件有三種:(1)降雨強度 30-40 mm/hr 以上的雨,持續下 3-6 小時,即會發生土石流 (2)降雨強度雖小於30-40 mm/hr,但持續下3-6小時後,累積雨量達150-200 mm 以上,即會發生土石流 ,及(3)累積雨量達400 mm 以上,一定會發生土石流 。國內謝正倫教授等人(1992)分析花東地區土石流發生與降雨關係,結果顯示:當時雨量大於 27 mm/hr 而且累積雨量超過 360 mm 時,即有誘發生土石流之可能。方程式化土石流發生臨界降雨線,例如,日本學者,瀨尾克美、橫部幸欲 (1978),分析日本土石流發生與降雨關係,建立土石流發生之降雨強度 (I) - 累積雨量 (R) 之臨界關係曲線,其關係式可表示為

(2)

其中,ab為因地而異之經驗係數。美國學者 Caine (1980)整理分析曾經發生過土石流之地區的降雨資料,結果認為發生土石流之臨界降雨線,可以降雨強度 I (mm/hr)及降雨延時 T (hours) 來表示,即

(3)

美國學者Keefer(1987)認為土石流發生與土層內的孔隙壓力有密切之關係,並以靜力學觀點推導得降雨強度 I 及降雨延時 T 與土石流發生之關係為

(4)

式中,I 為降雨強度 (mm/hr) T為降雨延時(hours)()為降雨總量,臨界水量 。由於部份降雨以蒸發、蒸散、窪蓄、截留、逕流、及直接入滲到地表深層等方式流失,對增加孔隙壓力沒有直皆貢獻。假設這些流失量亦正比於降雨延時,則對增加孔隙壓力有直皆貢獻之有效降雨量為,其中 為流失強度(mm/hr)。當有效降雨量大於或等於到達臨界孔隙壓力所需臨界水量時,即(4)式,則會形成地滑而造成土石流。然而流失強度及臨界水量與當地地文因子及水文因子有關,因此不同地區之值可能不同。Caine (1980)曾蒐集世界各地之土石流資料,研究土石流發生與降雨特性之關係。Cannon & Ellen (1985) Wieczorek (1990) 曾分別調查美國加州舊金山灣區及美國加州 La Honda 鎮之土石流,並分析土石流發生與降雨強度及降雨延時之關係。Keefer(1987)利用(4)式和Caine (1980)Cannon & Ellen(1985) Wieczorek(1990)等人所收集之土石流資料及發生土石流時之降雨資料,以迴歸分析方法求出發生土石流之臨界降雨條件,如表三 所示。圖二說明土石流發生與降雨強度及降雨延時之關係。由表三或圖二可知,在不同地區,由於堆積物特性、流域的地表形態、溪床坡度、地質及氣候等條件的不同,激發土石流所需之降雨條件亦有所不同。一般而言,堆積物質的固体顆粒粒徑愈大、溪床坡度愈小,則激發土石流所需之降雨量愈大,反之愈小。

表三、激發土石流所需之降雨條件, (Keefer et al., 1987)

資料來源

Caine (1980)

4.49

13.65

不同地區多場土石流資料

Cannon-Ellen (1985)

6.86

38.10

同地區多場土石流資料

Wieczorek (1987)

1.52

9.00

同地區單場土石流資料

圖二、土石流之臨界降雨線(詹,1998)

當場降雨量是土石流之激發動力,前期降雨量則是土石流形成之潛在因素。前期降雨量的多寡,影響堆積物質的含水狀況,進而影響激發土石流所需之降雨量的多寡。在Keefer等人的研究中,並未將前期降雨量對土石流發生之影響直接納入考量。此外,前面所討論之激發土石流所需之降雨強度均為小時降雨強度。在日本地區,十分鐘降雨強度之峰值與土石流發生之時間,較日或小時降雨強度之峰值,來得吻合(謝,1993)。在中國大陸,吳積善等人(1990)在雲南蔣家溝土石流之觀測研究中,也認為短延時(如十分鐘)之降雨度量是土石流主要之激發雨量。如圖三所示,吳積善等人以十分鐘降雨量及前期降雨量P 為兩大參數指標,建立適用於判別雲南蔣家溝土石流發生之臨界雨量線及會有土石流災害之受災雨量線。此臨界雨量線及受災雨量線被運用到雲南蔣家溝土石流預警系統,作為發佈土石流災害預警之依據。

圖三、中國大陸雲南省蔣家溝土石流預報雨量線(詹,1998)

五、台灣地區降雨特性與土石流發生之關係

本文收集了花蓮縣、台東縣太麻里溪和南投縣陳有蘭溪,三個主要土石流發生之潛感區,分析其歷年曾發生及未發生土石流之降雨資料。在36組發生土石流災害的降雨資料中發現,土石流發生的時間大都集中在一場降雨的尖峰日雨量當天,其中有24組的降雨是集中在土石流發生當日的前 5日內,在前一週內發生的則有 21組,這顯示台灣地區降雨較為集中。此外,台灣地區土石流發生當日的雨量範圍介於115 mm~ 546mm,比Wilson(1997)分析美國太平洋沿岸土石流發生地區的當日雨量範圍 70 mm~ 290 mm約大1.8倍左右,顯示台灣地區激發土石流發生所需的當日雨量較大。以Keefer方法建立台灣地區土石流發生之臨界降雨線,結果顯示,不同地區因地質及地形條件的不同,所以會有不同的流失強度及臨界水量值,如表 1所示。台灣地區的降雨流失強度介於0.1 mm/hr ~ 6. 8 mm/hr,臨界水量介於49 mm ~ 320 mm。若與Caine(1980)Cannon and Ellen(1985)Wieczorek(1987)等人的資料比較,台灣地區的值與國外地區的(1.52 ~ 4.49 mm/hr)大致相近,但台灣地區的值就比國外地區的(9 ~ 38.1 mm)大很多,原因可能是由於台灣地區年平均降雨量及降雨強度較大所致。將地震後花蓮縣、台東縣太麻里溪和南投縣陳有蘭溪等三個地區發生土石流及未發生土石流的降雨資料,點繪在降雨強度與降雨延時之關係圖上,利用Keefer方法劃定土石流發生之臨界降雨線,得= 4 mm/hr= 50 mm,如圖四所示。

表四、台灣土石流發生之臨界降雨線參數

土石流發生地點

降雨延時 T劃定

(mm)

(mm/hr)

1.花蓮縣砂婆礑溪(法華山)

120

7

2.花蓮縣木瓜溪(銅門、榕樹)

180

2.4

3.花蓮縣鳳林溪(鳳林)

320

2.8

4.花蓮縣壽豐溪(豐山)

210

5.8

5.花蓮縣大興溪

280

2.7

6.花蓮縣南清水溪(大豐、白雲)

155

2.5

7.花蓮縣紅葉溪(瑞穗、紅葉)

100

2.7

8.花蓮縣富興溪(東興、富興北坑)

100

3.5

9.花蓮縣清水溪(清水、長良)

80

2.7

10.花蓮縣卓溪(玉里)

150

5.8

11.花蓮縣九岸溪(竹田)

110

4.8

12.台東縣太麻里溪(太麻里)

49

6.8

13.南投縣陳有蘭溪(豐丘)

250

0.1

 

 

 

 

圖四、台灣土石流發生地區平均降雨強度I與降雨延時T 之關係。

六、集集大地震後土石流發生臨界降雨條件之變化

民國八十八年九月二十一日,台灣中部地區發生芮氏規模達7.3級之淺層強烈地震。921地震後,山崩地滑情形非常嚴重,山坡上大量崩塌的土石,在豪雨來臨時,非常容易發生土石流。本文收集民國89221日、41日及424日在雲林縣、彰化縣、南投縣、及台中縣等地共六場地震後土石流發生之降雨資料,發現地震後土石流發生之當日雨量(17mm ~ 116 mm)比地震前土石流發生之當日雨量(115mm ~ 546 mm)明顯地減少。地震後各土石流發生地區之降雨強度為1.42 mm/hr ~ 9.27 mm/hr,降雨延時為 7.5 hr ~ 42.5 hr,而地震前土石流發生地區之降雨強度為4.69 mm/hr ~ 20.8 mm/hr,降雨延時為 9 hr ~ 86 hr,這些結果顯示,地震後,激發土石流發生之降雨條件明顯下降,也就是說只要較低降雨條件就可激發土石流。

921地震後之降雨資料應用Keefer方法劃出土石流發生之臨界降雨線,並與地震前之臨界降雨線比較,如圖五所示,結果顯示地震後之臨界水量沒有顯著改變,但流失強度則由4 mm/hr降至0.1 mm/hr,原因可能是因為地震後產生較細顆粒之鬆散土石,這些細顆粒填補了土層中原有的孔隙,使得土層孔隙率減小,水流入滲能力減少,因此流失強度隨之減小,降雨所提供的水量幾乎全作為土石流發生之臨界水量,故使土石流發生之臨界條件(降雨延時及降雨強度)都降低。確實之原因需要進一步之研究。










 

圖五、台灣地區九二一地震前後土石流發生臨界降雨線之變化

七、結

土石流的發生條件、運動特性及災害大小與該區域內崩積物厚度、地質成份、水文特性、地貌及地形特性等因素有關,在土石流的災害防治工作上,需要結合地質專家、水文專家、水利專家及水土保持專家共同研擬防治方法,瞭解土石流的發生條件、組成成分、運動特徵及其可能的危害範圍,然後從全面的角度採取確實可行的防治方法,並配合政府的財力及人力、按輕重緩急次序安排實施,以減少土石流及其所帶來之災害。

台灣地區以及世界其它地區,在暴雨土石流發生預警及預報方面,目前大多是以雨量大小及雨量延時為基準。土石流的形成原因與過程非常複雜,僅以雨量特性作為判定土石流發生與否之基準,是不夠的,而且要有很高的準確度也是不可能的。然而,縱然如此,雨量基準仍然是最為方便且可行的判定土石流發生與否之方法,因為雨量資料的取得仍是比較方便的,而且雨量資料所涵蓋的範圍較為廣泛的。因此,目前大多是以雨量大小及雨量延時為基準,進行暴雨土石流發生之預警及預報工作。

土石流的形成原因非常複雜,在土石流的防災方面,不能完全依賴土石流發生預警及預報系統,也不能過度期望土石流防治工程來完全抑制土石流的發生或攔擋土石流的流動。人們必須要有風險的觀念,瞭解土石流的發生與流動具有很高的不確定,雨量大時,土石流潛在地區(尤其地震災區)發生土石流的機會就會比較高,當地附近的區民就要有危機意識及減少災害之準備與行動。土石流是一種自然現象,人們雖然不能完全阻止它的發生,但是可以透過水土保持及環境保育的觀念與作為減少其發生之機率,也可以透過雨量預報所提供的警訊,做好充分的減災準備與減災行動,以減少土石流災害。

參考文獻

  1. 吳積善 等人(1990),雲南蔣家溝土石流之觀測研究,中國大陸科學出版社。
  2. 詹錢登 (1994),土石流危險度之評估與預測, 中華水土保持學報,第25卷,第2期,第95~102頁。
  3. 詹錢登(1998),土石流的發生與運動,土木技術第一卷第一期,第132-144頁。
  4. 詹錢登 (2000),土石流概論,科技圖書股份有限公司出版。
  5. 游繁結、段錦浩 (1996),南投縣陳有蘭溪沿岸賀伯颱風災害初步調查報告,國立中興大學水土保持學系。
  6. 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23卷第2期,第109-122頁。
  7. 謝正倫 (1993),土石流預警系統之研究(II),行政院農委會,研究試驗報告,第193號。
  8. Caine, N. (1980), The rainfall intensity-duration control of shallow landslides and debris flows, Geografiska Annaler, Vol.62, 23-27.
  9. Campbell, R.H. (1975), Soil slips, debris flows, and rainstorms in the Santa Monica Mountains and vicinity, southern California, U.S. Geological Survey Professional Paper 851.
  10. Cannon, S.H. and S.D. Ellen (1985), Rainfall conditions for abundant debris avalanches in the San Francisco Bay Region, California, California Geology, Vol. 38, No. 12, 267-272.
  11. Cannon, S.H. (1993), An empirical model for the volume-change behavior of debris flows, Proc. 1993 Conference of Hydraulic Engineering, ASCE, San Francisco, California, USA, 1768-1773.
  12. Ellen, S.D. (1988), Description and mechanics of soil slip/debris flows in the storm, Landslides, floods, and marine effects of the storm of January 3-5, 1982, in the San Francisco Bay region, California, U.S. Geological Survey Professional Paper 1434.
  13. Keefer, D.K. et al. (1987), Real-time landslide warning during heavy rainfall, Science, Vol. 238, 921-925.
  14. Reneau, S.L., and W.E. Dretrich (1987), The importance of hollows in debris flow studies, examples from Marin County, California, Debris Flows/Avalanches: Process, Recognition and Mitigation, Geological Society of America, Reviews in Engineering Geology, 7, 165-180.
  15. Takahashi, T. (1991), Debris flow. IAHR Monograph, printed in the Netherlands.
  16. Wieczorek, G.F. (1987), Effect of rainfall intensity and duration on debris flows in central Santa Cruz Mountains, California, Debris Flows/Avalanches: Process, Recognition and Mitigation, Geological Society of America, Reviews in Engineering Geology, 7, 93-104.

921震後災區土石流二次災害防治之研究

謝正倫

國立成功大學防災研究中心主任

 

摘要

九二一大地震造成中部山區發生多處大規模土石崩塌,而這些大規模崩塌之土方量正是引發土石流最重要之材料,若遇豪雨極易形成土石流流下造成地震災後之二次災害,因此本研究之目的擬藉由崩塌地之衛星與航照影像判釋配合現場複查進而找出可能引發土石流之危險溪流地點。並針對所判釋出之中部地區包括南投縣、苗栗縣、台中縣市、彰化縣、雲林縣、嘉義縣等轄內可能發生土石流之危險溪流,分析土石流發生之影響因子,並設定個別危險度區分基準,總合各危險因子之危險等級作綜合評估,並以各縣市為單位區分轄內各土石流危險溪流之危險度為低、中、高等三個等級,提供相關單位治理之優選參考。另外亦針對如何預防土石流二次災害之發生提出建議。

一、前言

台灣地區由於地形陡峭、地質脆弱以及颱風豪雨等眾多天然不良因素,導致山坡地土砂災害頻傳,其中又以土石流災害對人民之生命及財產的威脅最為嚴重。此次九二一大地震不僅造成建築物之倒塌更造成民眾之嚴重傷亡,然災害不僅於此,中部山區之大規模崩塌更使引發土石流災害之機率大大提高,因此如何預防二次災害(土石流災害)之發生遂為當務之急。本研究擬就最為嚴重之中部地區包括南投縣全縣及苗栗縣、台中縣、台中市、彰化縣、雲林縣、嘉義縣等轄內,調查出最可能發生土石流災害之地區並判定其危險等級供政府主管機關及民眾參考。

 

二、土石流危險溪流之判釋

此次九二一大地震造成中部山區發生多處大規模崩塌,地形改變甚鉅,依農委會水土保持局之衛星影像判釋結果如表1,全省崩塌點數約2365點,主要集中在中部南投縣、苗栗縣、台中縣市、彰化縣、雲林縣及嘉義縣等六縣市,但以南投縣最為嚴重。全省山坡地崩塌面積達2539公頃,國有林地之崩塌面積更達11807公頃,全省崩塌面積則達14347公頃。而這些大規模崩塌之土方量正是引發土石流最重要之因素,若遇豪雨極易形成土石流流下造成地震災後之二次災害,因此如何藉由崩塌地之衛星影像與航照判釋進而找出可能引發土石流危險溪流之地點遂成為目前當務之急。

表1九二一大地震崩塌地分部統計表

縣市別

崩塌點數

一般山坡地

(含保留地)

國有林地(含林班地、實驗林地、保安林地)

面積

(公頃)

點數

面積

點數

面積

苗栗縣

255

141

118.72

114

756.33

875.05

台中縣

540

446

672.62

94

7143.94

7816.56

南投縣

1401

1290

1505.10

111

2769.25

4274.35

彰化縣

17

7

1.90

10

71.36

73.26

雲林縣

20

19

116.69

1

698.00

814.69

嘉義縣

132

100

124.63

32

368.46

493.09

總計

2365

2003

2539.66

362

11807.34

14347.00

土石流危險溪流之判定,是土石流防災措施中最重要一環,準確的判釋可以使防災措施之規劃與設計達到預期的效果,而可防止土石流災害於未然。土石流的發生一般而言需包括以下三個重要因素:1.充足之水2.足夠之堆積物3.有效之溪床坡度。三要素中1.充足的水分及3.有效溪床坡度可直接藉由地形圖中之溪流坡度及集水面積判釋,然三要素中之堆積物其量之多寡,可能隨著流域內人為之開發或自然崩塌等現象而增多,此次九二一大地震造成中部地區二千餘處崩塌,此些崩塌量正是發生土石流最大之誘因,一旦遇上豪雨極易形成土石流災害,造成震災後之二次災害。

但因野外調查崩塌量的工作,勢必需要相當龐大的人力、物力及時間,本研究擬先以航遙測所獲的九二一震後地貌資訊,包括有衛星影像及航空照片進行崩塌地判釋,不足之處再輔以現場調查。但衛星影像所展示的地貌資訊,相對於航空照片而言,是屬於較大範圍的(涵蓋範圍約數百公里),且主要應用於廣域地貌的時間、空間變化分析方面。而航空照片,其紀錄範圍約只有數公里之譜,對於地貌的時間、而針對溪流、流域的尺度而言,一般只有數公里至數十公里的範圍,因此就溪流及流域的應用方面,似乎航空照片有較優越的解像力及辨識度。所以對於土石流危險溪流的航遙測判釋,本研究選擇航空照片為主要的判釋工具,輔以衛星影像資料。

在土石流危險溪流的判釋方法上,以土石流的判釋指標為基礎(坡度與集水面積),而選擇較易獲得上述指標的地形圖為主要的判釋分析工具,並以航遙測及現場的資料(衛星影像、航空照片)為佐證工具來進行。茲將其內容敘述如下:

  1. 首先由地形圖

    (1/25,000

    者為宜

    )

    上,找出溪床坡度θ

    1

    大於

    15

    度之地點,並量測該點以上之集水面積

    (A1)

    ,是否大於最小之有效集水面積

    (AC)3

    公頃,若具備上述條件,則可視為高敏感度之土石流危險溪流,如果集水面積

    (A1)

    小於

    (AC)

    時,則可視現場調查結果方能判定。

  2. 如果整條溪流之縱剖面中,並無大於

    15

    度之坡度者,則進一步找出溪床坡度大於

    10

    度之地點,並量測該點以上之集水面積

    (A2)

    ,是否超過最小之有效集水面積

    (AC)

    ,若符合本條件者,則進行現場調查,以決定是否為土石流危險溪流,若坡度或面積皆不合於上述條件時,可將該溪流視為非土石流危險溪流。

  3. 以航照圖或衛星影象資料對上述

    (1)

    (2)

    所判釋之危險溪流進行驗證,驗證時主要以溪流之上游有無崩塌地,或其下游有無扇狀地及其它土石流之發生痕跡為主。其判釋步驟如下:

將圖面判釋後之土石流危險溪流轉繪至地形圖,但尚需利用繪圖軟體將成果數化成圖層檔案,以及建立基本資料庫,並可提供其他圖面資料的套疊、比對、相互查詢。

 

三、土石流危險溪流之現場調查

九二一地震後崩塌地狀況係將衛星影像及航照判釋之崩塌地面積及數量與現場狀況做一比對以確認判釋是否正確,而平均崩塌深度需經現場概估以計算崩塌土方量,另溪床堆積物總量亦需由現場調查概估。而土石流扇狀地之狀況可由該地區之災害歷史及現場調查判釋,但有時並不明顯,破壞原因係人為之整地。土石流溢流處係現場調查之重點,依據以往之研究結果發現造成土石流溢流之原因不外乎下列四點:1.坡度突變 2.斷面突擴、3.有阻礙物(橋樑或涵洞) 4.河道轉彎處,由溢流處位置、坡度、溢流處上游200公尺內最大粒徑及通水斷面可提供計算土石流可能溢流之臨界條件、行進之路徑及氾濫範圍。

至於保全對象狀況係現場調查之重點,可使掌握當地之危急狀況,其中緊急聯絡人之電話尤其重要,可幫助於緊急狀況時聯絡疏散居民之用。而土石流災害歷史最好能調查出其發生之年、月、日及時,可提供當時發生土石流之降雨強度,以作為土石流再發之降雨強度參考指標。現地植生種類及防砂工程狀況可作為研判土石流發生及未來工程整治之參考,最後經現地勘查後予以簡單評估其危險度(分極高、高、中、低等四個危險級),但實際危險度仍需經室內研判後方可確定。而各種調查、分析資料,依屬性之不同建立基本資料庫,以配合地理資訊系統(GIS)之建置,並進行圖檔、照片、文字及數字之整合,使土石流危險溪流及其危險範圍內之維護管理與防救災工作更具效率、更為準確。

 

四、土石流危險溪流危險等級之判定

由於此次九二一地震造成本省的土石流危險溪流數目激增,欲於短時間內針對所有危險溪流進行工程整治,不論在財力及人力上都是一大難題,故在有限之財力及人力條件下,整治對象的優先次序評估乃為重要的決策資料之一。本研究擬以四個誘發土石流發生度及保全對象危害度,區分出土石流危險溪流之危險等級。

4-1 土石流發生度評估指標

  1. 有效集水面積

一定的降雨特性及地質條件下,集水面積的大小可以代表逕流水量及崩積物之大小,有效集水面積的大小與土石流發生的三個基本條件中之足夠的水供應有直接相關,又因有效集水面積乃指15° 以上的集水面積,其與足夠的坡度亦相關,故將有效集水面積做為誘發土石流危險度之重要評估指標。基準及得分如下:

  1. A15 >50

    公頃

    W=50

  2. 15 < A15 £ 50

    公頃,

    W=30

  3. A15 £ 15

    公頃,

    W=15

  1. 集水區內岩體之岩性

土石流的發生與當地出露之岩石種類(岩性)有關,因為不同種類的岩體對水的透水性不同及其受應力作用後產生的擾動和破碎程度亦不相同,又土石流發生時,流動過程中對溪床造成側蝕及向下侵蝕所獲得的土石補充,因岩性之不同而會有所差異,其將使得土石流規模產生不同程度之擴大因而造成嚴重災害。因為抵抗侵蝕作用的能力亦因岩性而有所不同,故岩性實為危險度區分之重要誘發指標。本省有關於土石流調查的統計資料在地質方面相當缺乏,所以參考日本建設省土木研究所調查日本境內土石流發生所處之地質所佔的比例結果及參考本省地質之特性,而訂定的地質岩性之危險度基準(如表2)

2 集水區內地質岩性危險度基準之預訂

溪流所在之地質環境

岩性分類

評分

片岩,板岩

廣域變質岩

W=10

古第三紀沈積岩(包括中新世岩層)

火山角礫岩及安山岩 更新世礫石層

古第三紀亞變質岩

古第三紀亞變質岩

(硬頁岩及板岩)

W=6

W=222

新第三紀及更新世岩層

台地堆積層(全新世)

新第三紀沈積岩

W=3

3.通過集水區內之斷層長度

台灣位處造山運動活躍的板塊帶,地質構造運動頻繁,岩體受擠壓之應力作用而呈現斷層、褶皺、破裂面等構造極為發達,因造山運動時地殼迅速抬升,河流下切與側蝕作用強烈,使得台灣山地地形陡峭、河川短而急促。在斷層和褶皺等地質構造附近的岩體,由於受到構造應力的作用,常有較發達的破裂面發育,其鄰近的岩體亦較破碎,有利於岩石的風化且易造成落石及崩塌的發生。因此,斷層和褶皺所導致的破碎岩體實為土石流發生的土石來源之一,故以斷層長度為誘發土石流之評估指標。(因褶皺資料不足,本研究暫時不列入討論)。本研究因不同的危險溪流其集水面積亦不相同,為了比較其差異,將原定之指標三¾ 通過集水區域的斷層長度改為通過集水區內之斷層長度與總面積之比值(l )。其基準預訂如下:

  1. l > 1.5 W=10
  2. 0 < l £ 1.5 W=6
  3. l = 0 W=3

4.溪流上游之崩塌面積

溪流上游之崩塌面積可以衛星影像及現場調查推得,因崩塌地之土石較為鬆軟且表土無植被,並直接崩落於溪床而成為溪床堆積物,大雨來時雨水易與土砂混合,而崩塌地通常在溪流的上游,因此有陡坡的助引,當有足夠的水供應時,相當容易發生土石流,故崩塌地是引發土石流條件中之土石量的另一來源,所以將崩塌地列為誘發土石流之指標。為了做危險溪流間的相互比較,將原指標四�溪流上游之崩塌面積修改為溪流上游之崩塌面積與總面積之比值(Ac),預訂其基準如下所示:

  1. Ac ³ 0.016 W=30
  2. 0.016 > Ac ³ 0.0055 W=20
  3. Ac < 0.0055 W=10

 

4-2 保全對象危害度評估指標

所謂保全對象包含住戶、學校、旅舍、公共建築物、公路、橋樑、農地等對象。土石流在坡度10° 時開始淤積,因此10° 點到保全對象的距離為緩衝段,距離愈短則危險度愈高,若距離愈長,相對下游的居民有較充分的時間避難,甚至較長的距離可能在土石流未及保全對象之前早已經淤積停止,所以溪床坡度10° 點至淤積範圍內有保全對象,則其危險度最高,而淤積範圍以外愈遠處的保全對象,其危險度相對的會愈遠愈低。

而在土石流可能淤積長度係以池谷 浩所推估之淤積長度經驗公式予以估算,其公式如下:

(1)

V=70,992A0.61

式中 :淤積長度(m):集水區之總面積(Km2) 土砂流出量(m3):下游坡度。其中土砂流出量()可以衛星影像及現場調查所推估出之崩塌土方量近似。而溪床坡度10° 點至淤積範圍內之區域又因保全對象的種類的不同,其所占評分的百分比亦有所不同,故不同的保全對象給予不同的權重值,其權重值如表3。其危險度基準如下:

3 保全對象的評估指標

保全對象

危險度(W) (W’)wwwwWwwwwwwwwww’(W’)

住戶、學校、旅舍、公共建築(有民眾居住者)

15戶以上

70

5-10

50

5戶以下

30

公路、橋樑、道路

20

農田、果園

10

將有效集水面積、集水區內岩體之岩性、通過集水區內之斷層長度及溪流上游之崩塌面積等四個評估指標值加總後乘100%即為土石流之發生度,再將發生度乘上保全對象危害度評估指標值加總後乘100%即可得各土石流危險溪流之危險等級值。再依危險等級值20%以下劃分為低危險度溪流、20%-50%劃分為中危險度溪流、50%以上劃分為高危險度溪流三個危險溪流等級。

 

五、案例說明

5-1 土石流危險溪流現場調查

以南投縣中寮鄉新興村水社水尾溪支流為例,由1/25,000之地形圖得知此溪流溪床坡度θ1大於15度點以上之集水面積(A1)大於最小之有效集水面積(AC),再以衛星影像(1)與航照圖(2)加以驗證得知此溪流上游有崩塌,且下游有保全對象,故此溪流初步判定為高敏感度之土石流危險溪流。惟經由上述方法所判釋出之土石流危險溪流尚需經現場調查確認。

現場調查之表格如表4、表5、表6所示,其中溪流概況包括溪流長度、坡度、10度以上集水面積(A10) 15度以上集水面積(A15)、集水面積等係由地形圖量測所得,而崩塌地狀況、溪床堆積物狀況、災害歷史等相關資料須經由現地調查方可得知。經由現場勘查可確認此溪流上游確有崩塌如圖3,估計其土方量為290911立方公尺,而下游有重要保全對象新興國小(4),且經由訪談當地民眾得知此溪流曾有土石流發生。綜合上述條件,此溪流有足夠之溪床坡度與堆積物,下游亦有保全對象,若往後再有豪雨供應充足之水量極易發生土石流造成災害,故此溪流判定為土石流危險溪流。

圖1 衛星影像判視後之崩塌點

圖2 航空照片

圖3 上游崩塌狀況

 

圖4 保全對象-新興國小

表4 土石流危險溪流現場調查表

溪流編號: 南投001    

調查日期: 1999/12/21

溪流名稱:鹿寮坑支流

流域名稱:水社水尾溪

溪流所在地: 南投 水里 鄉鎮 新興

溪流所在圖幅:95201 NW 中寮

暫時溪流編號:中寮24

溪流所在地之土地權屬:山坡地及林班地

鄰近道路名稱:147

 

溪流概況

長度: 2118公尺

寬度: 12 公尺

坡度:15

溪流出口座標(N)N2642054

溪流出口座標(E)E236268

流域面積: 119 公頃

10度以上流域面積: 99

15度以上流域面積: 51公頃

10度點至保全對象距離: 209

15度點至保全對象距離:958

上游岩性: 砂岩

岩性描述: 新第三紀沉積岩

植生種類及地上物:雜林及檳榔園,竹林,芒草

土壤/地質:風化砂岩

現有防砂工程狀況:

 

九二一

地震後

崩塌地狀況

與衛星影像判釋是否符合: ü ¨

崩塌地數量: 4

崩塌地面積: 19 公頃

平均崩塌深度: 1.5 公尺

崩塌地土方量: 290911 立方公尺

溪床堆積

物狀況

堆積物平均厚度概估: 1.5 公尺

堆積物總量: 160000 立方公尺 (34)

堆積物最大粒徑: 3.5 公尺

土石流扇

狀地狀況

扇狀地面積: 公頃

扇狀地平均厚度: 公尺

扇狀地地表坡度: (38)

扇狀地角度:度

土石流災

害歷史

ü ¨(40)

民國48872 (八七水災)

土石流災害危險等級: ü 極高 ¨ ¨ ¨

土石流危險溪流照片名稱: P004224.JPGP004227.JPGP004228.JPG

備註: 上游整治中

表5 土石流危險溪流溢流處現場調查表

所在溪流編號: 南投001

調查日期: 1999/12/21

土石流危險溪流 溢流處概況 No.1

溢流處名稱: F1南投001

現況描述

¨ ü 坡度突變

¨ ü 斷面突擴

¨ ü 阻礙物

ü ¨ 河道轉彎處

土石溢流點上游200m內最大粒徑

3.5 公尺

河床坡度

15

溢流處座標(N)

N2642415 公尺

溢流處座標(E)

E236062 公尺

河床寬度

10 公尺

河床高差

4 公尺

照片名稱:P004229.JPG

土石流危險溪流 溢流處概況 No.2

溢流處名稱: F2南投001

現況描述

¨ ü 坡度突變

¨ ü 斷面突擴

ü ¨ 阻礙物

¨ ü 河道轉彎處

土石溢流點上游200m內最大粒徑

2.3 公尺

河床坡度

10

溢流處座標(N)

N2642332 公尺

溢流處座標(E)

E235921

河床寬度

3.5 公尺

河床高差

3 公尺

照片名稱:P004230.JPG

  表6 土石流危險溪流保全對象現場調查表

所在溪流編號:南投001

調查日期:1999/12/21

土石流危險溪流 保全對象概況 No.1

保全對象名稱:P1南投001

保全人口數: 10

保全戶數: 1

保全耕地面積: 公頃

保全公共設施:

與溢流點最近距離: 20 公尺

與河道最近距離: 10 公尺

緊急聯絡人

姓名: 江金乾

地址: 南投縣水里鄉新興村新興巷251

電話: (049)811183

照片名稱: P004229.JPG

土石流危險溪流 保全對象概況 No.2

保全對象名稱:P2南投001

保全人口數:

保全戶數:

保全耕地面積: 公頃

保全公共設施: 新興國小、縣道147

與溢流點最近距離: 14 公尺

與河道最近距離: 14 公尺

緊急聯絡人

姓名:

地址:

電話:

5-2 土石流危險溪流危險等級判定

以下列舉三例以說明土石流危險溪流危險等級之判定方法,編號1為南投縣信義鄉陳有蘭溪支流,溪流出口座標N:2619643E:234835,溪流地理位置如圖5。編號2為南投縣鹿谷鄉陳有蘭溪支流,溪流出口座標N:2609353E:237825,溪流地理位置如圖6。編號3為南投縣中寮鄉鹿寮坑支流,溪流地理位置如圖1

圖5 編號1溪流地理位置

圖6 編號2溪流地理位置

經現場調查取得各溪流之有效集水面積、集水區內岩體之岩性、通過集水區內之斷層長度及溪流上游之崩塌面積等資料,分析結果如表7。土石流溪流危險等級判定結果如表8

表7 現場調查資料分析結果

編號

有效集水面積

集水區內岩體岩性

斷層長度/總面積

崩塌面積/總面積

保全對象

1

28.69 ha

古第三紀亞變質岩

0

0

道路、農地

2

56.59 ha

古第三紀亞變質岩

7.996

0

5戶、道路

3

51.00 ha

新第三紀沈積岩

0

0.16

15戶、道路

8 土石流溪流危險等級判定結果

評估指標

說明

1

2

3

土石流發生度

度因子

水分、坡

有效集水面積

15

 

 

27

30

 

 

56

50

 

86

物因子

河床堆積

集水區內岩體岩性

6

6

3

斷層長度/總面積

3

10

3

崩塌面積/總面積

3

10

30

危害度

保全對象

道路、橋樑、農填、果園

30

30

20

70

20

90

有人員居住

0

50

70

危險等級值

土石流發生度´ 保全對象危害度

11.1 %

39.2 %

77.4 %

危險等級

(低)20% <(中)< 50%(高)

     

六、調查結果與分析

經現場調查後發現台灣中部地區,因此次九二一大地震所造成之大規模崩塌,而可能於今年雨季誘發土石流之潛在危險溪流約有370條之多,各溪流餘各縣之分部情形詳見表9,各危險溪流分佈圖如圖5-1~5-6所示,其中圖5-1為苗栗縣境內土石流危險溪流分佈圖、圖5-2為台中縣市境內土石流危險溪流分佈圖、圖5-3為南投縣境內土石流危險溪流分佈圖、圖5-4為嘉義縣境內土石流危險溪流分佈圖、圖5-5為彰化縣境內土石流危險溪流分佈圖、圖5-6為雲林縣境內土石流危險溪流分佈圖。

表9 土石流危險溪流於各縣之分佈情形

危險 等級 縣別

高危險

中危險

低危險

危險溪流 數總和

苗栗縣

1

50

10

61

台中縣市

15

43

16

74

南投縣

75

80

26

181

彰化縣

1

5

0

6

雲林縣

5

3

0

8

嘉義縣

8

26

6

40

危險溪流總和

105

207

58

370

由表9中可看出以南投縣之土石流危險溪流數目最多達181條,其次為台中縣市之74條,而中部六縣市之高危險土石流溪流數目約105條、中危險土石流溪流數目約207條、低危險土石流溪流數目約58條。

   

七、二次災害預防與整備

此次九二一大地震造成中部山區發生多處大規模崩塌,地形改變甚鉅,依農委會水土保持局之衛星影像判釋結果,全省崩塌點數約2365點,主要集中在中部南投縣、苗栗縣、台中縣市、彰化縣、雲林縣及嘉義縣等六縣市,但以南投縣最為嚴重。全省山坡地崩塌面積達2539公頃,國有林地之崩塌面積更達11807公頃,全省崩塌面積則達14347公頃。而這些大規模崩塌之土方量正是引發土石流最重要之因素,若遇豪雨極易形成土石流流下造成地震災後之二次災害。

今年二月二十一日之連續豪雨立即造成中部災區多處土石流之發生,土石淹沒民宅,使得災民的處境飽受威脅,可說是雪上加霜。從這次經驗看來,可預見的是四月之梅雨季節及七八月之颱風季節將面臨更大的危機與挑戰。因此,應盡快公布相關調查資料,讓民眾瞭解自己所處之狀況,才能提早準備因應。而地方政府也能提早規劃因應,整備防救災相關組織與資源,以防止災害發生時之混亂情況,進而有效控制災情,防止災害擴大。

7-1二月二十一日豪雨所引發之土石流具有以下之特色:

1.引發土石流之降雨規模有變小之趨勢:

從民國七十八年以來,並無在二月份即有土石流之發生。且發生土石流之累積雨量與強度皆較往年小。

2.土石流危險溪流數量增加

921地震發生前,中部地區土石流危險溪流有二百餘條,但在地震後立刻暴增至四百餘條危險溪流。

3.土石流危險溪流尺寸減小,但流量增大:

二月二十一日土石流災害其發生地點之集水面積、寬度及長度均較以往顯著減少,且土砂流量變大。

7-2上述特性造成土石流防救災上之困難點有:

  1. 因為土石流危險溪流數量大增,所以在防範上防不勝防,抓不勝抓。
  2. 由於四月之梅雨季節與七月之颱風季節即將來臨,時間緊迫,導致來不及以工程方式治理,僅能以非工程方式或臨時性工程方法應變。
  3. 誘發土石流之降雨量有下降趨勢,但下降幅度仍難掌握,造成預報上的困難。

基於以上之困難點,所以目前因應之作法建議如下:

  1. 原則上所有之應變措施,以保護居民之生命為第一要務。
  2. 在人力、時間及經費緊迫前提下,建議以非工程防災措施為第一優先之防災手段,工程防災措施為第二優先。
  3. 工程防災措施則建議以臨時性工程方法為首要手段。主要以疏導工程為基本對策,如圖

    7

    所示。正統工程防災措施應從長計議,排定優先次序。

7 臨時性工程防災措施

7-3梅雨季節來臨前建議朝以下五大方向準備,如圖8所示:

8 目前緊急工作方向圖

1.土石流危險溪流的宣導

由縣市政府於各鄉鎮舉辦說明會,公布各界所調查之結果,讓當地居民瞭解所處之處境,在豪雨期間有所警覺,並且由當地居民自行提報危險地點,以補足調查不全之處。此說明會由縣市政府主辦,農委會水保局及林務局、國科會、成大防災中心協辦。

2.安全避難處所之調查與開設

由縣市政府主導,立即調查設置各鄉鎮之安全避難地點及路徑,並於避難地點整備充足之飲水、食糧、醫療器材、發電機、怪手及燃料用油,以備不時之需。並且加強對外通訊及救援設備之整備,以避免與外界失去聯繫,而無法求援。

3.緊急聯絡人及通報系統之建立

當災害可能發生時,可以透過緊急聯絡人通報系統通知該地之住戶緊急疏散,有效降低人員傷亡之可能。假設有災害發生時,亦可透過該通報系統掌握人員傷亡人數或是災害狀況,以提供救災人員正確災情,加速救災時效。

4.社區與居民自救隊之組成

居民位於災害現場之第一線,最瞭解居住社區環境與人員分佈狀況,如果加以組織編隊,平時可不定期的觀察周遭環境,是否即將發生災害,而適時提出預警;一旦不幸發生災害時,亦可發揮維持秩序及緊急救難之功能,達到救災、減災之功效。

5.避難與疏散計畫之研提

縣市政府應及早研擬避難及疏散計畫,明確訂定疏散時機與命令發佈方式並進行疏散指揮人員編組,以確保能有條不紊的疏散。在疏散計畫中,除了發佈時機外在疏散命令中也要明確指出疏散之原因、疏散範圍、疏散地點及所需物資,建議指揮系統架構圖如圖9所示。

依據消防署資料,921地震造成2,400餘人死亡,房屋全倒26,831棟,半倒24,495棟,災害期間約有十萬人露宿街頭,其他供水、電信、電力及交通亦受創嚴重,災情之慘重實為百年少見。但是災害並未僅止於此,地震所造成之二次災害正將一一浮現,在重整家園的同時,也要提早因應可能發生之二次災害,防範於未燃,才不致使大家之努力毀於一旦。

9 指揮系統架構圖

 

八、結論與建議

  1. 本研究採多元化之調查方式,發現共計有

    370

    條之土石流危險溪流,其中高危險有

    105

    條、中危險度有

    207

    條、低危險度有

    58

    條。

  2. 本研究完成此次土石流危險溪流地理資訊系統之建置,使此次九二一大地震所造成之土石流危險溪流及其危險範圍內之維護管理與防救災工作更具效率、更為準確。

  3. 今年梅雨季及颱風季將近,面對此次九二一大地震造成中部山區之大規模崩塌,使引發土石流災害之機率大大提高。光今年

    2~4

    月之春雨,中部地區就已經有近

    20

    條之野溪發生土石流,因此相關單位有需要及早提出預防措施,以免土石流災情持續擴大。

參考文獻

  1. Bagnold, R. A., (1954) “Experiments on A Gravity-Free Dispersion of Large Solid Spheres in a Newtonian Fluid Under Shear,” Proc. Roy. Soc. London, Series A, 225, pp.49-63.
  2. Shieh, C. L. and Y. F. Tsai, (1997) “Experimental Study on the Configuration of Debris-Flow Fan,” Proceedings of the First International Conference on Debris Flow Hazards Mitigation, California, USA, pp.133-142.
  3. Takahashi, T., (1974) “Debris Flow on Prismatic Open Channel,” J. Hydr. Div., ASCE, Vol. 106, No. Hy3, pp. 381-396.
  4. Takahashi, T., (1978) “Mechanical characteristics of debris flow,” Journal of Hydraulics Div., ASCE, Vol.104, No.HY8, pp.1153-1169.
  5. Tsai, Y. F. and C. L. Shieh, (1997) “Experimental and Numerical Studies on the Morphological Similarity of Debris-Flow Fans,” Journal of the Chinese Institute of Enginrres, Vol. 20, No.6, pp 629-642.
  6. 池谷浩(1980),【土石流災害調查法】,山海堂出版社,第1-125頁。
  7. 游繁結、林成偉(1991),【土石流堆積特性之初步探討】,中華水土保持學報,第二十二卷,第二期,第1-20頁。
  8. 謝正倫、蔡元芳(1997),【突擴斷面土石流淤積形態幾何相似特性之研究】,中華民國力學學會期刊,第十三卷,第一期,第11-20頁。
  9. 謝正倫、蔡元芳、張東炯(1995),【土石流沖淤過程之研究】,中華水土保持學報,第二十六卷,第四期,第253-267頁。
  10. 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,第109-122頁。
  11. 謝正倫、許睿心(1993),【土石流流動與淤積之數值模擬】,中國土木水利工程學刊,第五卷,第二期,第109-123頁。
  12. 林銘郎(1997),【由賀伯颱風談土石流地質災害】,地球科學文教基金會,地球科學園地創刊號,第8-17頁。
  13. 游繁結等(1990),【花蓮縣銅門村土砂災害之調查研究】。

有歷史記憶才有內在自信

──歷史建築保存與再生研討會開幕致詞

 

歷史系教授 林瑞明

2000.11.17

文建會洪處長、國立台灣歷史博物館林主任、建築系工學院副院長徐明福教授、傅朝卿教授、台南市文化局蕭局長以及各位學員,大家早安!

我是代表合辦單位──古都保存再生文教基金會來這裡說話。今天的主題為「歷史建築保存與再生研討會」。我對於建築雖是外行,然而因內人學建築的關係,也認識了很多建築系的老師,近朱則赤,對於建築多少也涉獵了一些。古都保存再生文教基金會,是徐教授與我與一群朋友在法國見學旅行時的一個構想,後來回國組成基金會,因痴長幾歲,就被推舉為董事長,又由於是台南在地人,從小在台南生長、就學,更沒理由推辭,所以在此代表基金會出來講幾句話。

我們當然知道歷史建築與我們的生活場域有密切關係,這種關係隨著了解越深入,就會體會得越深刻。以今天的會場所在地成大光復校區為例,原本是日本的陸軍第二聯隊司令部。日軍第二聯隊管轄的區域包括濁水溪以南所有區域,濁水溪以北則歸日軍第一聯隊管轄。所以這堿O日本殖民時代很重要的軍事要地,代表了日本軍事統治的力量。不過戰後被我們光復了,被成功大學光復了,所以取名為「光復校區」。校區內的精華區域──榕園,大榕樹正對面就是第二聯隊司令部,司令官發號司令的地方。靠近火車站那一頭的建築為禮賢樓,是現在的藝術研究所所在地,以前是日軍的官舍,總司令及高級參謀的宿舍。靠近小西門這邊的是軍官辦公處,一些高級軍官從事業務的策劃、制定等等。所以在某種意義底下,這些地方代表了日本殖民統治台灣的軍事神經中樞之一。

第一聯隊的所在地在哪裡?現在大家可能都不知道了,那是一個更重要的地方,可是我想大家都不知道,因為它被拆掉了。陸軍第一聯隊的所在地就是今天的台北市中正紀念堂。想想看在台北市的市中心靠近總統府的要地,為什麼會有這麼大的一塊地方,可以用來營建一個類似於封建時代皇陵的所在,這是因為它原來是日本統治時代日軍第一聯隊的中樞。如果了解這些事實的話,你就可以兩相對比一下,日本殖民統治時代台北日軍第一聯隊司令部被拆毀,變形為另外一個外來政權統治的符號,這裡面當然我們可以有所檢討、有所反省、有所批判。

而第二聯隊恰恰因為在成功大學的旁邊,所以幸運地被學術單位光復了,被保留下來,現在做為學術研究、培育人才的一個重要的基地。以我個人為例,我在歷史系館已待了二十多年了,從事的研究就是日本殖民統治時代台灣的文化反抗。戒嚴時期,有很長的一段時間,從事台灣文化史、台灣文學的研究,是被歧視的、是不被看好的,認為你為何不做中國史,為何要做台灣近現代史;為何做台灣史,又不好好做比較被公認為歷史範疇部份的政治史、社會史、經濟史,而要去做文學史。在那些孤寂的歲月堙A其實支撐我的重要因素之一,就是因為我學歷史的緣故,知道自己身處在一個日本殖民統治基地,重要的軍事基地裡面的一個小小的房間裡,在這塈痡q事文獻資料的解讀,挖掘我們先輩的文人留下的蛛絲馬跡,考察他們如何在沒有武器彈藥的情況之下,進行長期的文化的抗爭,來做一些文化的、文學的啟蒙,是這樣的力量支持我度過了很長期的戒嚴時代。戒嚴時期,我從事這樣的研究,是被打壓的,是被認為思想有問題的,但是因深知我所處的地方,就是這麼有歷史意義的一個地方,本來它是一個殖民政權的所在地,殖民統治者的軍事基地,但我仍想憑藉著文人微薄的力量,累積十年、二十年努力惡戰苦鬥的能量,想要把它顛覆過來,把被顛倒的歷史顛倒過來。我在那間小小的研究室裡,夜以繼日,甚至不惜到把自己身體給弄壞了的程度,這樣總算做出了一些成績。今天我們談到台灣文學,由於我們自有文學的傳承,我們不必再膽怯,我們有我們的文學,我們不必再被中原正統主義那一套價值來把我們扭曲,我認為這一套中原正統的價值,事實上對台灣充滿了傲慢、無知與偏見,也就是傲慢與偏見之所以產生,是緣於無知,對台灣這塊地方無知,所以才會傲慢、才會偏見。如何打破無知,我們就是要去研究、將過去的歷史文獻挖掘出來,將文學資料一一呈現出來,來說明我們有文學,有豐富的文學,台灣文學擺在世界舞台上,在世界文學之林裡一點也不遜色的,這可增加我們台灣人內在的信心。我覺得這一點文化信心很重要,有自信才足以讓我們站起來!面對殖民統治者,不管任何形式的殖民統治者,異族殖民也好,或是內部殖民也好,我們都可以有信心有力量去對抗。就這些經驗而言,我覺得我很幸運,因我的研究室就是在一個歷史建築裡面,就是因為對這棟建築物背後政治文化的理解,產生了力量!我也同樣相信,在我們台灣經過日本五十年半的殖民統治裡面,它也留下了各式各樣的一些史蹟,這一些殖民帝國統治台灣的標記,我們都可以把它轉化再利用,而不僅僅是拆掉了事而已。透過考察、理解、轉化、再生,可以產生一種新的意義、新的力量。我誠懇的希望透過這三天的歷史建築保存與再生的研習課程,我們對歷史建築會有更深一層的體會,從而也更加強了我們在座每一個人的文化自信,這樣我們才可以昂然的面對各種不同的情境,產生不同的力量,然後大聲說我們有我們自己的文化,我們不會虛無飄緲,不會隨風而東倒西歪,我們有文化的根,我們有我們自己的記憶,我們的記憶是不會被斬斷的。謝謝大家的熱情參與。

 

White Ribbon Campaign

男性參與終止婦女受暴的社會運動

教研所教授 陸偉明

白絲帶運動最初是由加拿大的一群男士於1991年發起。他們認為男性應該要為男性暴力行為以及受暴婦女的處境負責,因此發起白絲帶運動。近十年來,白絲帶運動建議各地的男性朋友,不分年齡大小,從每年的十一月二十五日國際終止婦女受暴日(International Day for the Eradication of Violence Against Women) 配戴為期一至兩個禮拜的白絲帶,以表示男性宣示加入反對婦女受暴的決心。

近日婦女人身安全再度成為台灣關注的焦點,台灣大學婦女研究室接受財團法人婦女權益促進發展基金會的補助,計畫從1999年十二月之間,推動「白絲帶運動」。過去的性侵害論述對象大都是女性,過於強調女性的受害經驗以及女性的自保策略,多數男人在這樣的論述之中,置身事外。我們希望藉由白絲帶運動來提升男性對於性暴力的反省,即使沒有直接使用暴力,也應該反思自身在滋養性暴力的性別歧視社會中扮演的角色,揚棄將權力與控制視為是男性氣概的價值觀;支持女性獨立自主,而不是控制女性、加深女性對男人的依賴。不管我們是不是有直接的暴力,終止性暴力絕對是我們男性無可推卸的責任。

成功大學性別歧視與性侵犯防治委員會與本校性別與婦女研究中心與台大南北同步響應,在1130日(彭婉如受難日)上午幫學校各級主管佩帶白絲帶,以廣泛宣導男性反省性別歧視。藉由介紹白絲帶運動的理念,共同致力防止暴力侵害女性。加拿大這群男性的自覺與努力,以及世界各國後繼的追隨者,值得台灣男性見賢思齊。

白絲帶運動也提出「終止男性施暴婦女,每個男人可以做的十件事」提供給男士參考:

一、 傾聽婦女的聲音,向婦女學習。

婦女最能感受暴力的威脅。男性一開始可以跟關係較親密的女性,向其詢問對暴力的意見與觀察。傾聽之後,男性可以向各地的婦女團體,索取有關婦女受暴的種種資料,努力學習。

二、 理解問題的根源。

對婦女的暴力包括身體的傷害、性侵害、性騷擾、心理虐待、精神虐待等等。各種型式的暴力,都會傷害到婦女免於恐懼的自由。在家最安全也是一個迷思,家庭暴力與職場性騷擾都常傷害婦女。大多數的男性愛護婦女,因此更應致力消泯對婦女的各種暴力。

三、 理解為何有些男人特別暴力。

男人不是天生就暴力。一些人類學的研究發現,有些部落社會從不使用暴力。暴力是學來的;很多男人學得以暴力來展現自己的權力。弔詭的是,很多男性的暴力行為正足以反映其脆弱、缺乏安全感與自信心的情況。女人也可能施暴,不過遠比男性來得少。暴力是一種維護其權力、特權及控制的方式。

四、 配戴白絲帶。

如果我們每個人都擔負起個人對防止暴力的責任,問題就會有改善的可能!配戴白絲帶讓男人時時提醒自己的責任,也能集結志同道合的男性,一同為終止婦女受暴而努力。

五、 挑戰污衊女性的語言與笑話。

黃色笑話其實幫助製造一種輕蔑女人的氣氛與環境,而我們往往不自知。以女人為取笑對象的語言與笑話,反映了社會長久以來將女性視為第二性。要一個男人阻止另一個男人說黃色笑話或是三字經,其實往往很困難,不過這是挑戰男性製造語言暴力的一大要務。

六、 學習在職場、學校和家庭辨識性騷擾的形式,並致力阻止這種行為。

性騷擾指的是,他人所不願意的性舉動,以及具有性暗示的語言或行為。性騷擾攸關權力的不平等。男性可以加入女性,創造免於性騷擾的工作、學習與居家環境。

七、 支持各地的婦女運動。

婦女運動對於婦女人身安全已經有所努力。不論是成立受暴婦女庇戶所,提供心理諮商與法律諮詢,參與法律制訂等等,婦女要脫離暴力,都要借助這些服務。男性可以出錢出力,支持這些婦女運動。

八、 檢視自己的行為是否也在製造問題。

如果你曾經對婦女暴力相向,或打或踢或口出惡言,那你就是問題的一部份。如果這是很久以前的事,你也承認自己的錯誤,那補救還有望。如果你的暴力行為仍然在持續,那你得趕緊尋求幫助,釐清自己問題的根源,不能等到問題發生再處理,今天就要行動。也許很多男性從未對婦女暴力相向,不過仍可捫心自問:我是否總是限制身邊女性的行動?我與女性說話時是否總是採取主導的位置?不論自己暴不暴力,所有的男性都應該負起終止暴力的責任。

九、 致力於長久的解決之道。

終止對婦女的暴力無法立竿見影,我們需要長久的努力。因為癥結仍在於男女之間的不平等以及男人的成長歷程。我們得確定法律嚴格執行對防止婦女受暴的種種規定,以及婦女受暴後的處置。但是這還不夠。男性得起來

 

 

 

 

檢視我們自己的行為,特別是視對權力的控制等同於男子氣概,我們必須揚棄這腫刻板想法。我們也應教育下一代的年輕男性,成為一個能體貼、善於照護他人的人。改變態度、行為、和社會制度都需要時間,但是我們必須持續去做。我們必須教好我們的小孩,任何暴力都是不對的,成為一個男人不需要訴諸控制感與權力慾。

十、 參與白絲帶運動的教育計畫。

針對男性致力於終止男性施暴女性,白絲帶運動是國際上最大的集體行動。這是一個以男性為訴求的組織,當然也歡迎女性的支持。除了配戴白絲帶的年度活動外,希望各地的男性朋友可以在地組織,開始白絲帶運動,並到學校、社區、職場進行各種教育課程。

相關網站

APA的男性研究 http://web.indstate.edu/spsmm/home.html

男性研究書目http://online.anu.edu.au/~e900392/mensbiblio/mensbibliomenu.html

男性研究課程大綱 http://pubpages.unh.edu/~campbell/catalog.html

男性反暴力 http://www.rb.se/man/engelsk/start.htm

男性研究站 http://www.stud.ifi.uio.no/~eivindr/iasom/links.htm

http://www.vix.com/pub/men/index.html

http://www.childrennow.org/media/boystomen/report-media.html#anchor29432

白絲帶

http://www.whiteribbon.ca/