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近年由於極端氣候影響,以致崩塌及土石流等土砂災害頻傳,為有效掌握土砂災害之破壞機制與影響範圍,供相關單位作為防減災參據,各式多元多尺度之監測技術亦蓬勃發展。隨著科技發展更迭,現今許多監測技術已整合衛星遙測、地球物理、地球化學、大地工程與傳統地工觀測等方法,協助現地調查及工程人員,結合科學方法與工程實務,在不同時間、空間解析度下,釐清崩塌之破壞機制並偵測崩塌潛勢。
如同醫生診斷病人,監測的目的即在蒐集坡地的病史與掌握坡地的健康狀況。「望」,即是透過光學或雷達影像記錄及評估地表與地貌的時空變化;「聞」,例如透過地聲、次聲等訊息,間接偵測地表或地中所發生的位移與變化;「問」,藉由現地調查、歷史文獻搜集與當地民眾訪談,以了解災害歷史等;「切」:透過地表與地中等接觸式監測儀器,即時偵測地表或地中所發生的位移與變形。
依照監測儀器設置區位,前揭監測型式可區分為(一)遙感探測技術(Air)、(二)地表觀測(Ground)、(三)地中監測(Under-ground)。
透過遙感探測技術,調查者可清楚掌握從大範圍至小區域點位之地表或地勢之時空變化,並可針對變動較明顯區域追蹤或進行更進一步之監測。遙感探測多以衛星或航空載具記錄地表地貌變遷情形。常見的幾種應用技術有干涉合成孔徑雷達(Interferometric synthetic aperture radar, InSAR)、光學雷達(light detection and ranging, LiDAR)、高分辨率衛星影像(HR/HVR satellite images)及航空照片(Aerial photograph)等,除了以衛星或飛機搭載設備外,近年來亦常以無人飛行載具(unmanned aerial vehicle, UAV)搭載相機或LiDAR進行地表數值模型或空拍影像拍攝。
藉由大範圍遙測技術發現變動明顯區域後,我們可針對重點地區進行邊坡地質調查,以初步分析可能崩塌機制,並搭配更精密的觀測儀器,以取得量化的觀測成果,掌握崩塌地之活動性,俾提供崩塌機制分析、整體治理規劃、維護管理、警戒防災等參據。此部分的監測常應用如全球定位系統(Global Positioning System, GPS)、微機電感測器(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS)、地表傾斜儀(Tiltmeter)、地表伸張計(Extensometer)與地震站(seismograph station)等觀測儀器,即時瞭解坡地之位移量、傾斜及地表變形等時、空間資訊的變化,以掌握崩塌破壞前兆。
在進行地表地質調查過後,因對於崩塌區之地下岩性分層、深度範圍、可能機制、崩塌模式等皆尚未明瞭,因此需藉由各項檢測監測儀器掌握滑動深度等訊息。常見監測儀器有測傾管(Inclinometer)、定置型傾斜儀(In-Place Inclinometer, IPI)、孔內伸縮計(Borehole Extensometer)、多點式地中變位移(Shape Accel Array, SAA)(Differential Monitoring of Stability, DMS)、時域反射儀(Time Domain Reflectometry, TDR)及水壓計(Piezometer)。
促發崩塌發生的誘因除地震、風化、人為開發及重力變形外,降雨入滲或地下水位上升導致之孔隙水壓變化常是最重要的原因。例如雨水滲入坡面岩盤孔隙中,造成岩體內部礦物及其膠結物質產生潤滑作用,或受浸水產生崩解,致使坡面不穩定,進而導致崩塌。因此,降雨及地下水位的狀況,係為坡地觀監測的工作重點之一。其常見的觀測儀器如雨量計(rain gauge)、地下水位井(groundwater well)、門型地電阻(ground resistance)及水位計(nilometer)等。
儘管導致崩塌災害的因素甚多,然降雨仍為誘發崩塌的主要因子,當降雨入滲,導致淺層土壤含水量與基質吸力改變、單位重增加或抗剪強度下降,長期浸潤時則可能造成地層材料弱化或岩層潛變行為,進而導致坡地產生不同類型之災害型態。而崩塌災害之破壞機制與影響範圍會受地形、 地質、地下水位 ( 壓 ) 變化、地層參數等條件而異,因此近年來產官學研界已有利用不同時、空間資訊呈現的多種監測儀器及設備,以供分析、對照與觀測崩塌潛勢區之變化,並期能依據不同適用性與條件,配合現地地工調查及監測儀器滾動式驗證,來訂定合適的警戒值,及幫助相關單位全面瞭解並訂定相關治理對策。
1. 王國隆、林美聆、倪春發、陳建志、陳柔妃、陳宏宇、陳昭維、郭志禹、張國楨、許雅儒、黃信樺與謝佑明 (2021) 蘭台大規模崩塌潛勢示範區觀測科技整合研究,行政院農業委員會水土保持局。
2. 王國隆、林美聆、倪春發、陳建志、陳柔妃、陳宏宇、陳昭維、郭志禹、張國楨、許雅儒、黃信樺與謝佑明 (2020) 蘭台大規模崩塌潛勢示範區觀測科技整合研究,行政院農業委員會水土保持局。
3. 林志平(2021) 從大規模崩塌監測點線面—談如何建構坡地感應神經,2021坡地場址調查觀測及變形機制分析成果發表會,12月1日,財團法人中興工程顧問社,二樓國際會議廳。
4. 費立沅、廖瑞堂、紀宗吉、邱禎龍、林錫宏、陳昭維、呂家豪與王國隆(2018) 潛在大規模崩塌之調查及觀測技術手冊,經濟部中央地質調查所及青山工程顧問股份有限公司。