第二章 海嘯特性和衝擊歷史
第四節 台灣的海嘯研究
海嘯通常是由於地震、火山爆發或海底坍方造成海床發生巨大形變所引發之重 力長波，其中以地震引起的海嘯佔大多數，它的波高雖不是很大，但傳播速度驚 人，可達每秒 150 ~ 215 公尺 (黃煌煇，2005)。海嘯衝擊力量強大，可把淺灘或海 岸處的物體往內陸推移數公里，退水時則可把內陸的物體回刷至較深的海域。為評 估海嘯對沿海地區土地利用之衝擊影響，可依實測海嘯波高與地震規模及海嘯傳播 距離迴歸海嘯規模之經驗公式。然因對台灣地區有顯著性影響之海嘯發生次數太 少，無法由有限的實測資料來推估海嘯之影響程度。因此，可藉由數值模擬 (numerical simulation) 作為分析海嘯影響之評估工具。海嘯的模擬研究可分為兩大 類：(一) 從地震規模、震央位置、斷層傾角及傳播距離等觀點，模擬海嘯在海域傳 播過程之波高及傳播速度時空變化；(二) 模擬當海嘯抵達近海區域後，受到海床地 形影響造成之折繞射及淺化效應，以及海嘯溯上 (Runup) 現象造成之海岸溢淹情 形。海嘯波浪到達海岸後，會上溯一段距離才退回，水到達最高點之高度稱為溯上 高度 (runup height)，圖 2-2 所示為海嘯波浪到達海岸之變化情形。海嘯溯上現象的 計算相當複雜，牽涉波浪折繞射及極淺淺水波等非線性效應。就評估海嘯現象對於 土地利用規劃之影響而言，海嘯溯上程度為一重要資訊。
圖2-2 海嘯波浪溯上示意圖
國內最早進行海嘯數值模擬為 1977 年，當時為了核能三廠取水口在海嘯來襲 時也能安全取水的設計需要，由台灣電力公司委託台南水工試驗所進行墾丁海域之 海嘯及颱風水位推算 (台南水工試驗所，1977)，依相關經驗式分析結果顯示，墾丁 海域在外海地震規模 7.5 時，海嘯高度為 4.2 公尺，週期為 23.4分鐘。1983年及 1985年同樣考量核能四廠地基高度及進水口安全取水之設計要求，由成功大學台南 水工試驗所利用數值模式完成台灣東北角外海之海嘯規模評估 (歐善惠等，1983；
歐善惠等，1985)，當時評估目的為分析東北角外海發生最大可能海嘯時，海水最 大上升及沉降高度，以決定核能四廠地面標高及冷卻用水取水口之高度。評估項目 包含東北海域最大可能地震規模、地震規模與斷層參數之關係、海嘯傳播過程及海 嘯溯上計算等。為評估可能引起海嘯而影響核能四廠的最大可能地震規模，該報告 將台灣北部細分為 W、E1、E2、E3 及 E4 等五個地震分區，如圖 2-3 所示。劃分 原則主要依據台灣東北部地震分布的不均勻性，將其中三個特別密集地區劃分為 E1、E2、E3加以評估。五個地震分區中，W 區地震引起海嘯的機會甚微，即使引 起海嘯也不至於影響核能四廠，因此予以忽略不計。E1區位於宜蘭東方海域，其 中包含兩類地震群，其一為淺地震群，深度在 20公里以內，具有引起海嘯的潛 能，本群以E1S代號稱之；其二為班尼奧夫地震帶上的地震，深度大於60公里，引 起海嘯的潛能極微，本群以 E1D代號稱之。E2區位於花蓮陸地及附近海域，本區 大多數地震深度小於40公里，具有引起海嘯的潛能。E3區位於 E2區以東的花蓮外
海區域，本區所有地震深度小於 40 公里，具有引起海嘯的潛能。E4區為台灣東北 海域扣除 E1、E2、E3 等三分區後剩餘的區域，其中包含兩類地震群，其一為淺地 震群，深部在 40公里以內，具有引起海嘯的潛能，以 E4S代號稱之；另一群為班 尼奧夫地震帶上的地震，深度介於 40-220公里，引起海嘯的潛能甚微，本群以 E4D代號稱之。進一步依據斷層長度與地震規模之關係推求四個分區最大地震規模 對應的斷層長度，列如表 2-2，表中所示四個分區中最大可能地震斷層長度介於 46-300公里。
圖2-3 1901-1983年台灣東北部陸海域震央分布及地震分區
表2-2 各分區最大可能地震之斷層長度、垂直位移及斷層走向
程式進行水深積分平均，並忽略柯氏力 (Coriolis force)及摩擦效應，推導得二維淺 水長波水流運動方程式。海域震央之斷層垂直錯動會連帶影響水面變化，垂直變位 對核四廠所在地鹽寮影響較大之E1S及E4S兩區，斷層上升延時採用 Hwang(1972) 之建議，斷層位置及走向均採最保守情況。表3為鹽寮海嘯波浪計算結果，表中顯 示第二個案之海嘯波高 3.52公尺最大，週期為 30.7分。表2-3 計算用之斷層參數
表2-5 鹽寮海嘯溯上計算結果
計算例 入射波振幅(m) 主要週期(min) 最大溯上高度(m) 第二個案 1.76 30.7 7.50
第三個案 1.23 30.7 4.55 資料來源：歐善惠等(1985)
圖2-4 第二個案第3波之海嘯溯上波形斷面圖
資料來源：歐善惠等(1985)
楊春生等 (1983) 利用與上述相同之理論架構，模擬推算 1867 年台灣東北方海 底火山引起之地震海嘯傳播過程及東北海岸之海嘯溯上情形。歷史災情紀錄顯示，
該海嘯規模約為 m=2 (波高大於 4 公尺)，由基隆東北方之地震所引起，地震規模 大約 7.0。基隆東北方約134公里處有一座海底火山，推測該次海嘯即為海底火山爆
發所造成 (楊春生等，1983)。模擬計算時，海嘯波源設定在基隆東北方 N30°E 方
李孟芬 (1996) 及Ma, Kuo-Fong and Lee, Mon-Feng (1997) 同樣以水深積分平均 層長度、斷層寬度及平均滑移量等斷層參數之關係，係參考 Wells and Coppersmith (1994) 提出之經驗統計式，如下式所示：
機制非純正斷層的情況下亦造成引起災害性海嘯之最小地震規模降低。
(strike slip)
7.8(Ⅰ) 7.9(Ⅱ) 資料來源：Ma, Kuo-Fong and Lee, Mon-Feng (1997)
綜合上述相關研究成果，在海嘯波浪傳播過程之模擬計算方面，主要係使用線 推算數值模式，模式並考慮到分散效應 (dispersion effects) 及海床摩擦 (bottom friction) 之影響，近岸水陸交界地區則以移動邊界 (moving boundary) 方式處理海嘯 溯上過程之前鋒移動。圖 2-5 為本模式模擬 1986 年花蓮外海地震引發海嘯，在台 灣東部海岸之溯上高度分布，圖中顯示海嘯溯上高度以花蓮附近海岸地區最大，約 為 5 公尺，此係因海嘯源自花蓮外海，因此對於花蓮海岸地區有較直接之衝擊影
響。當海嘯波浪向南方移動後，受到地形水深的影響，造成溯上高度明顯下降，但 部分地區受到局度地形特徵影響，溯上高度仍達近 1 公尺。海嘯波浪向北方傳播也 造成沿岸地區明顯之溯上高度，平均溯上高度超過 0.5 公尺。圖5為花蓮海岸地區 海嘯波浪溯上細部分布情形，圖中顯示海嘯溯上高度受局部海岸地形及海岸線形狀 影響，足以產生相當明顯之差異。
圖2-5 台灣東部海岸之海嘯溯上高度分布
資料來源：張國棟等(1999)
圖2-6 花蓮海岸之海嘯溯上高度細部分布
資料來源：張國棟等(1999)
整體而言，針對考量海嘯現象之海岸土地利用規劃課題，在整體評估方法之理 論架構方面應已相當成熟，但在海嘯現象評估之實務操作上仍有數點問題值得討 論：
1. 設計條件訂定：海嘯評估之設計條件包含地震規模、震央位置、震央深 度、地表變位量、斷層走向、傾角及滑移角等，諸項因素如何互相搭配組 合，訂定具有代表性之設計條件，為一重要課題。
2. 基本資料不足：目前近岸地形水深資料仍相當缺乏，且精度仍不足以進行 可信度較高之海嘯溯上現象模擬。其次足供數值模式進行參數檢定及模式 驗證之海嘯實測水位紀錄數量過少，亦為一隱憂。