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電子報

前瞻策略與管理
農村發展及水土保持署
地震後山區恢復至震前狀態的時間
期數 / 第117期
發布日期 / 2024.08.15
主筆 / 李易諭
責任編輯 / 陳國威、黃奉琦
前言

在地震過後,山區會進入一段不穩定的時期,比平時更容易產生崩塌與土石流的災害。花蓮縣秀林鄉一帶的山區,在4月初經歷規模7.2的地震後,產生了上千處的新生崩塌地,使得防汛期間的山坡地管理成了嚴峻的挑戰(圖1)。根據日本關東地震的經驗,山區需要40、50年才能恢復至原先的狀態。然而,影響山區邊坡穩定因素的原因有很多(Tanyaş et al., 2021),如:植生復育的狀況、降雨事件的有無,或是地形地貌等地質條件,所以山坡地從地震復原所需的時間仍有許多可以討論的面向。日本的經驗可以做為山區治理的借鏡,但也有許多科學家用不同的角度與研究方法討論山區從地震復原的時間,得到不同於日本經驗的數據。

本期電子報蒐集了研究地震後山區復原的相關文獻,其主要討論下述3起規模7以上地震事件對於山區穩定性的影響,分別為:(1)1999年臺灣的規模7.6集集地震、(2)2008年中國的規模7.9汶川地震、(3)2015年尼泊爾的規模7.8地震。這些文獻從許多面向探討山區的「恢復時間」,如:土石流啟動的門檻值、植生復育的情況及崩塌率變化等,以下內文將依序介紹各個研究團隊如何從這些觀點討論山區復原所需的時間。

圖1、地震後的山區受到降雨而促發的土砂移動形式,分別有新生崩塌(New Landslide)、崩塌地再活動(Reactivated Landslide),及坡面上的土砂搬運(Remobilized Landslide)。圖片取自Tanyaş et al.(2021)
圖1、地震後的山區受到降雨而促發的土砂移動形式,分別有新生崩塌(New Landslide)、崩塌地再活動(Reactivated Landslide),及坡面上的土砂搬運(Remobilized Landslide)。圖片取自Tanyaş et al.(2021)
土石流啟動的門檻值

Liu et al.(2008)利用1996年賀伯颱風(Herb)與2001年桃芝颱風(Toraji)的降雨資料與颱風過後產生的土石流的空間分布,討論1999年集集地震對於山坡地的衝擊。其研究成果顯示在經歷集集地震後,在震度相同的空間範圍內,促使土石流發生的降雨門檻值下降為震前的一半至四分之一(圖2)。

圖2、累積雨量與土石流的關係圖,可以觀察到對於地震強度分級5的地區而言(I=5),集集地震後僅需100毫米左右的累積雨量即可產生土石流,但在地震發生前則需要400多毫米的累積雨量。取自Liu et al.(2008)
圖2、累積雨量與土石流的關係圖,可以觀察到對於地震強度分級5的地區而言(I=5),集集地震後僅需100毫米左右的累積雨量即可產生土石流,但在地震發生前則需要400多毫米的累積雨量。取自Liu et al.(2008)

土石流啟動雨量變低,代表地震確實鬆動了山坡地,其土砂更容易被降水帶往下游,也表示山區處於不穩定的狀態。反之,透過研究土石流啟動門檻值隨時間的變化,就可以知道山區是否恢復成地震前的狀態。Chen(2011)就提出相關公式計算陳有蘭溪流域的土石流啟動降雨門檻值,發現其僅需5年就幾乎恢復成地震前的狀態(圖3),推測可能是2001年的桃芝颱風帶走許多地震後的土砂料源,或在2001年後因降雨所導致的崩塌地不多、而無後續崩塌地擴大的狀況所致。

圖3、無因次降雨參數(ri)與無因次時間參數(τ)的關係圖,ri等於1代表地震前的狀態,也就是土石流的啟動門檻值恢復成背景值。從圖上可以觀察到當時間參數為5時,ri趨近於1。取自Chen(2011)
圖3、無因次降雨參數(ri)與無因次時間參數(τ)的關係圖,ri等於1代表地震前的狀態,也就是土石流的啟動門檻值恢復成背景值。從圖上可以觀察到當時間參數為5時,ri趨近於1。取自Chen(2011)
植生復育的狀況

除了從土石流啟動值討論山區在地震後的復原狀況,也可以從植生復育的程度談山區的恢復程度,若震後新生的裸露地開始出現植生,代表坡地災害的潛勢下降,因為植生有助於減緩坡面上的土砂侵蝕。Lin et al.(2006)觀察到在集集地震發生後,經過6年的植生演替,裸露地的面積大幅下降,有許多的先驅植物在原先的裸露地上生長,可有效的減少土壤侵蝕及土石流災害。換句話說,從植生復育的角度出發,在集集地震後的6年左右,山區已大致恢復成地震前的狀態。

不過在汶川地震的例子中,植生復育所需的時間比集集地震的經驗還長。Chen et al.(2021)計算汶川地區的常態化差異植生指標(NDVI),發現需要16年的時間才能恢復成地震前的狀態;Yang et al.(2018)同樣利用NDVI的變化趨勢,推論在2025年左右,NDVI將恢復成地震前的數值,也代表地震的影響大抵結束了(圖4)。而Li et al.(2016)使用類似於NDVI的植生指標SAVI(Soil-Adjusted Vegetation Index)協助區分遙測影像上的裸露地與植生覆蓋的區域,發現在汶川地震後的四至五年間(2008-2013)的年平均地表復原率(Surface Recovery Rate)約為10%,意即汶川地區還需要另外的六至八年才可以復原,故推論其植生在2020年前後大致上可恢復成地震前的狀態。綜合以上討論,中國從汶川地震恢復需10-20年的時間。

圖4、NDVI的變化趨勢,在2008年地震過後,NDVI值有逐年恢復的現象,若按照此趨勢,約在2025年時可以恢復成地震前的數值。取自Yang et al.(2018)
圖4、NDVI的變化趨勢,在2008年地震過後,NDVI值有逐年恢復的現象,若按照此趨勢,約在2025年時可以恢復成地震前的數值。取自Yang et al.(2018)
崩塌地面積/數量的變化(崩塌率變化)

前一節提到可以藉由植生復育情形推論山區從地震中恢復所需的時間,與其相反的概念是崩塌地的面積或數量。如果在地震過後的一段時間中,當崩塌地的面積或數量恢復至地震前的基準值,就可以合理推論地震的衝擊大致結束,山區再次進入穩定期。前兩節提到在地震後的10年內,臺灣和中國已逐漸從衝擊中恢復,崩塌地上有一定比例的植生覆蓋;然而在尼泊爾的例子中,Kincey et al.(2021)使用2014-2018年的衛星影像判釋崩塌地,發現在2015年地震後的3.5年間,無論是崩塌地的面積或數量均沒有明顯的下降趨勢(圖5),代表地震的影響仍處於高峰,推測至少還須10年以上的時間才有可能回到地震前的狀態。

圖5、衛星判釋崩塌地的數量與面積的逐年變化,在2015年的地震後,不論是崩塌地的面積或數量,均遠高於地震前的基準值。改自Kincey et al.(2021)
圖5、衛星判釋崩塌地的數量與面積的逐年變化,在2015年的地震後,不論是崩塌地的面積或數量,均遠高於地震前的基準值。改自Kincey et al.(2021)
結語-山區需要多長的時間恢復穩定?

在回顧了上述的文獻後,可以知道震後復原所需的時間短至5年內,長則20年,並沒有一定的結論。造成這個現象可能是因為學者對於震後復原的定義的差異所致,或是因為不同地點的地質與氣候條件有相當的改變,使每個區域的復原狀況無法相提並論。不過,對於剛經歷強震的臺灣而言,至少在未來5年內都須更加留意山區的狀況,以降低潛在的災害風險。

參考文獻

Lin, W. T., Lin, C. Y., and Chou, W. C. (2006). Assessment of vegetation recovery and soil erosion at landslides caused by a catastrophic earthquake: a case study in Central Taiwan. Ecological Engineering, 28(1), 79-89.

Liu, C. N., Huang, H. F., and Dong, J. J. (2008). Impacts of September 21, 1999 Chi-Chi earthquake on the characteristics of gully-type debris flows in central Taiwan. Natural Hazards, 47, 349-368.

Chen, J. C. (2011). Variability of impact of earthquake on debris-flow triggering conditions: case study of Chen-Yu-Lan watershed, Taiwan. Environmental Earth Sciences, 64(7), 1787-1794.

Chen, M., Tang, C., Wang, X., Xiong, J., Shi, Q., Zhang, X., Li, M., Luo, Y., Tie, Y., and Feng, Q. (2021). Temporal and spatial differentiation in the surface recovery of post-seismic landslides in Wenchuan earthquake-affected areas. Ecological Informatics, 64, 101356.

Li, L. J., Yao, X., Zhang, Y. S., Iqbal, J., Chen, J., and Zhou, N. J. (2016). Surface recovery of landslides triggered by 2008 Ms8.0 Wenchuan earthquake (China): a case study in a typical mountainous watershed. Landslides, 13, 787–794.

Yang, W. T., Qi, W. W., and Zhou, J. X. (2018). Decreased post-seismic landslides linked to vegetation recovery after the 2008 Wenchuan earthquake. Ecological Indicators, 89, 438-444.

Kincey, M. E., Rosser, N. J., Robinson, T. R., Densmore, A. L., Shrestha, R., Pujara, D. S., Oven, K. J., Williams, J. G., and Swirad, Z. M. (2021). Evolution of coseismic and post‐seismic landsliding after the 2015 Mw 7.8 Gorkha earthquake, Nepal. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 126(3), e2020JF005803.

Tanyaş, H., Kirschbaum, D., Görüm, T., van Westen, C. J., Tang, C., and Lombardo, L. (2021). A closer look at factors governing landslide recovery time in post-seismic periods. Geomorphology, 391, 107912.

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