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

前 言

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

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年(1862年)，是地震(1862年6月6日)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30年12月17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31年8月10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68年8月15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(88年9月21日)，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(圖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。

2. 半屏山

民國50年6月4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75年9月2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20至40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。

3. 中山高速公路八堵交流道工地山崩

民國63年9月28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。

4. 林肯大郡

民國86年8月18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。

5. 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3千6百萬立方公尺，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1999年921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：

茲就上述所列原因之數項詳細討論如下：

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。

3.地形

4.降雨、地下水

5.挖方工程

6.填方工程

7.水壩工程

三、邊坡災害之預防

 事前預防對策

‚ 事後補救(防止對策)

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

五、結語

參考文獻

[3]日本土質工學會編(1985)，土砂災害ソ予知シ對策，pp.66-67。

地質環境與土石流

地科系副教授 吳銘志

1. 前言

「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。

2. 臺灣的地質環境

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。

3. 自然災害－土石流

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。

4. 災害與災情

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。

5. 災害防治

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（Risky或Dangerous）：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。

6. 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。

土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%至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° 至30° 之間，流動區之坡度大約在6° 至15° 之間，堆積區之坡度大約在3° 至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79年6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83年7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85年7月31日至8月1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88年9月21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

表二、台灣地區近年來34場土石流發生型態所佔的比例

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，1996年7月31日至8月1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) 及 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 到 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 到 25 度之間，而台東縣大部份土石流發生於坡度 10 到 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, 1987；Ellen, 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 浩等人(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，a及b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等(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)及 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，因此不同地區之及值可能不同。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) 及 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等(1987)利用(4)式和Caine (1980)，Cannon & Ellen(1985) 及 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			備 註
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)及Wieczorek(1987)等人的資料比較，台灣地區的值與國外地區的值(1.52 ~ 4.49 mm/hr)大致相近，但台灣地區的值就比國外地區的值(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及值

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89年2月21日、4月1日及4月24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。

將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 語

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。