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前瞻策略與管理
農村發展及水土保持署
從冠頂裂隙發展至不安定土砂及大規模崩塌變遷過程深度解析
期數 / 第98期
發布日期 / 2024.01.25
主筆 / 林駿恩
責任編輯 / 陳國威、黃奉琦

本文介紹高雄市桃源區玉穗溪上游國有林班斯拉巴庫山大規模崩塌潛勢區及其不安定土砂變遷過程,透過農村發展與水土保持署(農村水保署)BigGIS平台所收錄1980至2023年多時期衛星影像資料為基礎,檢視坡面上之殘坡-因歷次颱風豪雨事件逐漸形成不安定土砂的過程。其次,觀察各時期間地表變動現象,可概略分為初期緩速變位階段,邊坡冠頂張力裂隙出現、第二期等速度變位階段,坡面蝕溝出現 (坡面上出現岩屑崩滑區位)、坡趾崩塌沖溝擴大 (趾部有明顯溪流沖刷)及第三期段加速變動階段,其冠頂張力裂隙與蝕溝相連 (形成雙溝同源之不安定土砂塊體),且趾部支撐力不足,受內外力作用下形成深層崩塌滑動事件。此不安定土砂坡體於2009年莫拉克風災前即存有冠頂張力裂隙,莫拉克風災後形成明顯之殘坡,其歷經多次颱風降雨作用下,冠頂張力裂隙變動漸次擴大,最終在2021年盧碧颱風發生大規模崩塌並形成複合型土砂災害沖毀省道公路(台20)明霸克露橋,造成高雄市桃源區復興、拉芙蘭、梅山等三部落對外交通阻斷,形成孤島。在本次事件前坡地防災重點僅聚焦於保全聚落住戶,無人居住區較無定期調查及風險評估機制。透過本次案例可以知道,當坡地巨量不安定土砂流出,亦會危及重要公共設施 (圖 1),其不安定土砂風險評估及相應措施,已列為農村水保署目前極積辦理要務。

圖 1、不安定土砂現況問題示意圖 (資料來源:農村水保署)
圖 1、不安定土砂現況問題示意圖 (資料來源:農村水保署)
災害事件時間歷程

2021年8月盧碧颱風其降雨集中於南部高雄及屏東山區,參考小關山雨量站 (C1V220)資料,其累積雨量850毫米 (計算8月5日00:00 至8月7日 23:00,如圖 2所示)。由降雨重現期分析可以得知,其不同延時之重現期以3小時重現期10年為最大為166.5毫米,但於6小時降雨延時雨量已接近於桃源區勤和里之土石流警戒基準值 (警戒基準值為300毫米,資料來源:土石流及大規模崩塌防災資訊網,110 年盧碧颱風暨 0806 水災重大土砂災例最速報)。

圖 2、盧碧颱風期間降雨情況 (資料來源:中央氣象署小關山雨量站 (C1V220)、全球災害事件簿-盧碧颱風及0806豪雨資訊 (nat.gov.tw) )
圖 2、盧碧颱風期間降雨情況 (資料來源:中央氣象署小關山雨量站 (C1V220)、全球災害事件簿-盧碧颱風及0806豪雨資訊 (nat.gov.tw) )

依據農村水保署、交通部公路局及前人研究 (Shie et al., 2022; Yang et al., 2022; Hill et al., 2022)等資料,在盧碧颱風影響下明霸克露橋災害過程 (圖 3):
1. 依Hill 等人(2022)及交通部公路局相關資料,於災前106年明壩克露橋之橋面下淨空仍約有8至9公尺;
2. 於110年8月7日上午10時公路局資料顯示,玉穗溪發生高含砂水流 (Hyper-Concentrated Flow),其橋面下淨空約剩3至5公尺;
3. 於當日下午13點公路局資料顯示,其流況已轉為洪水-泥流 (Mud Flood)至土石流 (Mud Debris Flow) 狀態並已接觸梁底。
4. 當日下午13點17分資料顯示,明霸克露橋受不安定土砂所衍生之土石流沖擊下該橋面斷裂;
5. 當日下午15點30分資料顯示,土石流停止流動,並於集水區出口形成巨大沖積扇 (圖 4,照片日期為8月8日)。

圖 3、明霸克露橋斷裂災害過程示意圖 資料來源:農村水保署;交通部公路局;Shiu et al., (2022); Yang et al., (2022); Hill et al., (2022)
圖 3、明霸克露橋斷裂災害過程示意圖 資料來源:農村水保署;交通部公路局;Shiu et al., (2022); Yang et al., (2022); Hill et al., (2022)
圖 4、玉穗溪集水區出口土石流沖積扇 (資料來源:農村水保署-歷史影像平台)
圖 4、玉穗溪集水區出口土石流沖積扇 (資料來源:農村水保署-歷史影像平台)
不安定土砂來源

本文蒐集之歷年衛星影像資料,其影像時間自1980至2021年為止共計10幅,可判釋玉穗溪上游斯拉巴庫山邊坡崩塌變遷過程(圖 5)。由歷年衛星及正射影像崩塌面積判釋成果,自1980年至2009年莫拉克風災前,其坡面僅部份蝕溝出現;但於莫拉克颱風後,坡面出現大範圍崩塌且冠部出現明顯張力裂隙;自2015年蘇迪勒颱風後,冠部張力裂隙與下部未崩塌區形成明顯殘坡區塊,並形成暫態平衡或不穩定平衡之不安定土砂殘留於坡面上;自2019年利奇馬颱風至2021年7月影像資料,該殘坡下部崩落部份擴大且冠部張力裂隙區域往坡面下部滑移,造成冠部張力裂隙寬度已超過100公尺;於2021年8月盧碧颱風及0806豪雨之長延時降雨影響下,該殘坡不安定土砂崩落於河道下,土砂生產量約851萬立方公尺(圖 6)。

圖 5、玉穗溪上游斯拉巴庫山邊坡崩塌變遷過程-1 (資料來源:農村水保署-BigGIS平台)
圖 5、玉穗溪上游斯拉巴庫山邊坡崩塌變遷過程-1 (資料來源:農村水保署-BigGIS平台)
圖 5、玉穗溪上游斯拉巴庫山邊坡崩塌變遷過程-2 (資料來源:農村水保署-BigGIS平台)
圖 5、玉穗溪上游斯拉巴庫山邊坡崩塌變遷過程-2 (資料來源:農村水保署-BigGIS平台)
圖 5、玉穗溪上游斯拉巴庫山邊坡崩塌變遷過程-3 (資料來源:農村水保署-BigGIS平台)
圖 5、玉穗溪上游斯拉巴庫山邊坡崩塌變遷過程-3 (資料來源:農村水保署-BigGIS平台)
圖 6、玉穗溪集水區不安定土砂量體 (資料來源:農村水保署)
圖 6、玉穗溪集水區不安定土砂量體 (資料來源:農村水保署)
地形與地貌特徵

依土石流及大規模崩塌防災資訊網對大規模崩塌定義,係指崩塌面積超過10公頃或土方量達10萬立方公尺或崩塌深度在10公尺以上的崩塌地 (資料來源:https://246.ardswc.gov.tw/Landslide/Landslide_Introduction),且潛在大規模崩塌多屬潛變滑動,其地形特徵,如圖 7所示 (Soeters & Van Western,1996;魏倫瑋等人,2012;呂家豪等人,2021)。此外,陳昭岑 (2021)等人研究指出,玉穗溪集水區地質岩性,上游以畢祿山層為主、下游以潮州層為主,其集水區內有檜谷及唯金溪斷層通過,導致地質破碎易於崩塌發育 (圖 8)。再者,BigGIS平台2010-2015年之CS地圖資料顯示,該處崩塌坡面位於林業署所判釋之7756處大規模崩塌潛勢區之一,標號為高雄市-桃源區-D276(圖 9),於CS地圖上呈現藍色區表示為水流經地方,顯示於莫拉克颱風後該坡面冠部之圓弧型裂隙已有明顯發育,且坡面已具側邊裂隙、蝕溝、崩崖等特徵,而後左右兩側裂隙逐年擴大,最後形成雙溝同源特徵 (圖 5),並於盧碧颱風時形成大規模崩塌及其所衍生之不安定土砂災害事件。

圖 7、大規模崩塌地形特徵 (資料來源:農村水保署 https://246.ardswc.gov.tw/Landslide/Landslide_Introduction)
圖 7、大規模崩塌地形特徵 (資料來源:農村水保署 https://246.ardswc.gov.tw/Landslide/Landslide_Introduction)
圖 8、玉穗溪集水區地質概況 (資料來源:陳昭岑等人,2021)
圖 8、玉穗溪集水區地質概況 (資料來源:陳昭岑等人,2021)
圖 9、高雄市-桃源區-D276玉穗溪CS地圖 (資料來源:農村水保署BigGIS平台)
圖 9、高雄市-桃源區-D276玉穗溪CS地圖 (資料來源:農村水保署BigGIS平台)
崩塌塊體之應變-時間關係曲線

筆者參考藤平 大等人 (2018) 研究結果,利用坡面長度與變位量關係推求崩塌塊體形變特徵之應變-時間關係曲線 (圖 10),筆者藉由BigGIS之SOPT影像及Google Earth 之3D衛星影像,量測坡面長度與各時期坡面之裂隙變位量,於2010年1月之衛星影像所量測之變位約為36公尺(受莫拉克颱風影響後產生),於2018年間於影像資料顯示變位約為40公尺並無大幅度變動發生,然此張力裂隙於2019年及2020年間該裂隙變位量由69公尺擴大為143公尺,而於2021年3月該變位量擴大為179公尺。由各時間衛星影像所判釋頭部變位量約可看出2010年之前為初始減速變形階段、2010至2018年為第二階段之等速變形階段,2019至2021為加速動形階段 (圖 11)。

圖 10、坡面崩塌之應變與時間曲線  資料來源:藤平 大等人 (2018)
圖 10、坡面崩塌之應變與時間曲線 資料來源:藤平 大等人 (2018)
Google Earth 影像 (時間:2010年1月)
Google Earth 影像 (時間:2010年1月)
Google Earth 影像 (時間:2018年11月)
Google Earth 影像 (時間:2018年11月)
SPOT 影像 (時間:2019年4月8日)
SPOT 影像 (時間:2019年4月8日)
SPOT 影像 (時間:2019年9月16日)
SPOT 影像 (時間:2019年9月16日)
Google Earth 影像 (時間:2020年2月)
Google Earth 影像 (時間:2020年2月)
Google Earth 影像 (時間:2021年3月)
Google Earth 影像 (時間:2021年3月)
圖 11、坡面崩塌之應變與時間曲線  資料來源:BigGIS、Google Earth
圖 11、坡面崩塌之應變與時間曲線 資料來源:BigGIS、Google Earth
多重問題交互作用下之不安定土砂致災性

從本期報導可以得知,不安定土砂災害是多重問題交互作用的結果,大規模崩塌潛勢區從坡頂裂隙發展開始,至發生大規模崩塌,期間歷程可能為數年或數十年。莫拉克風災後,經濟部中央地質調查所、農委會林務局及水保局等機關啟動大規模崩塌潛勢區調查發現,全臺具大規模崩塌潛勢者共計9,000處以上,多數位於高山無人居住地區。農村水保署預定於今(113)年盤點全臺不安定土砂殘坡,找出高風險區位,作為重點觀測及風險評估地點,並提供相關機關如內政部國土規劃、交通部公路總局封路封橋、經濟部水利署河川警戒、地方政府疏散避難等重要工作之參據。
考量到降雨為不安定土砂致災因子,將其致災性概略分為四種類型 (圖 12),各類型藉由不安定土砂量體及易致災性/易崩性進行分類:
A類型:受降雨影響下,該殘坡產生土砂量體大且易崩塌,屬重要且緊急者。
B類型:受降雨影響下,該殘坡產生土砂量體小且不易崩塌,屬不重要且不緊急者。
C類型:受降雨影響下,該殘坡產生土砂量體大且不易崩塌,屬重要且不緊急者。
D類型:受降雨影響下,該殘坡產生土砂量體小且易崩塌,屬不重要且緊急者。
筆者建議初步可以此四種類型分門別類各不安定土砂所在區位,概以B與D兩類則較屬於淺層崩塌型態,A與C兩類則屬於大規模崩塌及不安定土砂型態型態,因此需先找到各不安定土砂之殘坡區位並判別危害程度,再用以標定關注熱點並提早因應以避免不安定土砂於初始狀態發育成A類型態。

圖 12、不安定土砂殘坡易致災性
圖 12、不安定土砂殘坡易致災性
災害應變對策

過往防災重點僅聚焦於保全住戶,無人居住區尚無定期監測機制,因此,當坡地不安定土砂,如遇巨量降雨大量流出,公路橋梁等重要公共設施 (圖 13) 仍有遭受災害風險。在面對不定安土砂災害之新型態研究課題,其面臨多項挑戰,包含掌握不安定土砂區、確定量體及安定性、模擬土砂運移方式、災害警戒何時發布、民眾如何知道資訊、強化災害應變效能等課題 , 圖 14為農村水保署在「氣候變遷下大規模崩塌及不安定土砂防減災計畫」制定相關執行策略如下:
1. 完成不安定土砂風險評估: 推動五大流域不安定土砂基礎資料調查,運用大數據、AI等新興科技,建立流域不安定土砂之智慧化判釋及量體評估技術,進而模擬土砂運移方式,發展流域土砂數值模式。
2. 建構不安定土砂風險預報平台:研擬不安定土砂災害風險指標,建立風險管理及預警機制。開發雲端預報平台,強化資訊共享與公開,提供各單位國土規劃與災後復建所需基礎資料,以及防災應變決策等相關資訊。
面對不安定土砂災害風險及其引致之複合型土砂災害等新議題,冀望由導入新科技與新技術以建立完整基礎調查及預測能力,俾完成流域不安定土砂災害風險評估,期建構足以因應不安定土砂災害防減災策略與機制。

圖 13、坡面不安定土砂及防災重點示意圖 (資料來源:農村水保署)
圖 13、坡面不安定土砂及防災重點示意圖 (資料來源:農村水保署)
圖 14、不安定土砂災害面臨課題 (資料來源:農村水保署)
圖 14、不安定土砂災害面臨課題 (資料來源:農村水保署)
參考文獻與及相關網站

1. Kimberly Hill, Tzu-Yin Chen, Chi-Yao Hung et al. Roles of Granularity and Timescales in Debris Flow Hazards on Alluvial Fans, 22 February 2022, PREPRINT (Version 1) available at Research Square. (資料來源:https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-1300354/v1)

2. Shiu, WJ., Lee, CF., Chiu, CC. et al. Analyzing landslide-induced debris flow and flow-bridge interaction by using a hybrid model of depth-averaged model and discrete element method. Landslides 20, 331–349 (2023). (資料來源:https://doi.org/10.1007/s10346-022-01963-y)

3. Soeters, R. and van Westen, C. J.(1996)Slope Instability Recognition, Analysis, and Zonation, Landslides, Investigation and Mitigation, Washington, D. C., National Academy Press, pp.129-177. (資料來源:https://onlinepubs.trb.org/Onlinepubs/sr/sr247/sr247-008.pdf)

4. Yang, CM., Chao, WA., Weng, MC. et al. Outburst debris flow of Yusui Stream caused by a large-scale Silabaku landslide, Southern Taiwan. Landslides 19, 1807–1811 (2022). (資料來源:https://doi.org/10.1007/s10346-022-01888-6)

5. 土石流及大規模崩塌防災資訊網 (資料來源:https://246.ardswc.gov.tw/Landslide/Landslide_Introduction)

6. 呂家豪、陳家棟、黃靖惠、白朝金、蕭仲富、李明彥、黃致維、吳佳威、郭芳慈 (2021) 山崩機制調查技術於大規模崩塌區之應用案例介紹,中華水土保持學報,52 (4): 231-240。DOI: 10.29417/JCSWC.202112_52(4).0005

7. 陳昭岑、陳振宇、高百毅,(2021) 集水區地文參數判釋及驗證—以玉穗溪為例 (資料來源:https://tech.ardswc.gov.tw/Results/ResultsPaper

8. 盧碧颱風及0806豪雨資訊,資料來源:全球災害事件簿-盧碧颱風及0806豪雨資訊 (nat.gov.tw)。 (資料來源:https://den.ncdr.nat.gov.tw/1132/1188/1204/64739/68359/

9. 魏倫瑋、羅佳明、鄭添耀、鄭錦桐、冀樹勇 (2012) 深層崩塌之地貌特徵-以台灣南部地區為例,中興工程,第115期,頁35-43。 (資料來源:https://dptrc.sinotech.org.tw/chinese/02_about/download.php@f=menu01361584944.pdf

10. 藤平大、竹下航、小田川隼祐、後根裕樹 (2018) 地すべりに伴う崩壊の切迫性評価,土木技術資料,Vol.60, No.12, P20-23。 (資料來源:https://thesis.pwri.go.jp/public_detail/123575/

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