坡地災害警戒基準值

本節回顧國內外山崩臨界雨量及警戒雨量訂定方法，藉由回顧佐證本研究自 然邊坡與人工邊坡警戒基準值訂定方法可行性。

壹、臨界雨量

臨界雨量(Critical Rainfall)定義為誘發山崩之最小累積降雨量，即在降雨事 件期間，自降雨強度開始明顯增加，至邊坡開始發生崩塌為止之累積降雨量。

Guzzetti 等 人 (2007) 依 據 研 究 尺 度 之 不 同 而 分 為 ： 全 域 性 (Global) 、 區 域 性 (Regional)及局部性(Local)三類臨界雨量。其中，全域性臨界雨量係採用跨地區 之降雨促崩資料評估山崩臨界雨量，因此其結果不受地區差異影響而一體適用，

惟其成果可能是極保守之下限值。至於區域性臨界雨量則需考量各區域氣象、地 質及地文等特性對坡地穩定性之影響，故評估所得之臨界雨量將受上述條件所影 響而有區域性之差異。至於局部性臨界雨量則多以局部單一邊坡案例作為研究對 象，探討累積雨量達某局部性臨界雨量後則邊坡會開始產生破壞。本研究屬局部 性臨界雨量研究，研究對象以特定邊坡為主，並推估此局部單一邊坡之山崩臨界 雨量。除了上述定性說明臨界雨量之基本定義及其適用範圍之外，為求得山崩臨 界雨量門檻值(Rainfall Threshold)，則需透過定量方式予以評估。傳統上，山崩 臨 界 雨 量 之 評 估 可 透 過 統 計 法 (Statistical Approach) 或 定 率 法 (Deterministic Approach)進行，兩者概念不同，茲將其差異說明於後。

貳、統計法

統計法常應用於全域性或區域性之山崩臨界雨量推估，此法係利用過去山崩 歷史資料與當時降雨特性資料，包括降雨強度、降雨延時、累積雨量或前期雨量 等特性參數，透過統計分析方法推估發生山崩時之臨界降雨特性。以統計法評估 臨界雨量之研究最早可溯自 Caine (1980)，該研究蒐集 73 個世界各地山崩土石 流案例之降雨強度與降雨延時資料，並根據資料下限值統計迴歸出一條線性關係

區分為：(1)降雨強度-累積雨量、(2)降雨強度-降雨延時、(3)累積雨量-降雨延時 及(4)降雨強度-前期雨量等四種配對方式作為臨界雨量之判定指標(Keefer et al., 1987; Terlien, 1998; Jakob & Weatherly, 2003)。針對上述指標之配對組合，將各降 雨事件特性資料繪製於圖上(例如降雨強度-累積雨量圖)，其中降雨誘發山崩之降 雨事件與未誘發山崩之降雨事件以不同的符號表示。再透過統計方法將兩類事件 以迴歸線區隔開，視該迴歸線為降雨臨界曲線。當未來某場預測降雨事件之降雨 特性達到降雨臨界曲線以上時，則推定該場預測降雨引致山崩之發生機率相當高；

反之，則發生山崩之機率明顯較低(譚志豪等人，2009)。

參、定率法

定率法係以物理模型結合力學理論推估山崩時之降雨特性，可應用於各種研 究尺度之山崩臨界雨量推估。一般自降雨落於坡面後，雨水經由入滲作用進入地 中，造成坡地內部力學性質的改變 (例如單位重增加、孔隙水壓上升、剪力強度 降低等)，進而影響邊坡穩定性。當邊坡穩定性達到臨界破壞時，往往開始造成 岩體滑動或崩落進而形成山崩災害。因此降雨誘發山崩之機制應與邊坡之岩土成 分、組構、含水量及入滲等特性有著密切的關係，上述因素將影響山崩發生的時 間與規模(Iverson, 2000;Godt, 2004; Savage et al., 2004)。此法首先需整合坡地水文 及地質特性資料以建立物理模型。隨後再輸入降雨歷程，並透過未飽和傳輸理論 評估降雨入滲對地下水壓之影響程度。再採用極限平衡法求得邊坡單元之穩定性 隨水壓之變化。最終輸入不同大小的降雨量，計算出邊坡穩定性達極限狀態時所 對應之累積雨量，該雨量即視為該特定邊坡之山崩臨界雨量(譚志豪等人，2009)。

由於台灣地區山崩與其相連結之降雨資料相當缺乏且不易取得，故利用統計方法 推估特定邊坡崩塌發生之臨界雨量，其精度恐嫌不足。本文在山崩臨界雨量推估 上主要採用定率式方法，利用局部性降雨誘發崩塌潛勢分析模式評估特定邊坡於 臨界滑動狀態下之臨界雨量門檻值。

肆、國內外臨界降雨量文獻回顧

由於山崩所包含的災害類型廣泛，如土石流、岩屑崩滑、落石、岩體滑動等，

皆屬於不同型態之山崩類型，且各種山崩類型機制皆不相同，很難統一論述。多 數研究常是針對單一山崩類型，擬定臨界降雨量模式，例如：土石流臨界降雨量 及警戒降雨量模式。國內外現行臨界降雨量研究常使用的降雨參數有降雨強度 (I)、累積降雨量 (R)、降雨延時 (T)及前期降雨 (P)等四種。然誘發山坡地災害 發生之颱風豪雨事件，其降雨延時大多會超過一天，故較為保守作法是以累積雨 量做為降雨參數，若採用一場降雨之有效累積雨量來推估，所求得機率值會較大，

但以一場完整降雨的分析方式較為嚴謹，且較為費時 (李欣輯，2006)。此種以 累積降雨量推估模式的類型有 I-R 類型、I-T 類型、R-T 類型、I-P 類型及其他類 型，其中又以 I-R 及 I-T 類型最為普遍。各類型研究方法如表 2-21 至表 2-25所 示。

一、臨界降雨量前人研究

根據土石流臨界降雨量前人研究，在臨界降雨線 (Critical Line，以下簡稱 CL)界定後，針對發生區和未發生區域的劃分方法，大致可分為三種類型，分別 為單線型、雙線型及三線型，示意圖如圖 2-21 所示。以土石流為例，分別將三 種研究方法分類列於表 2-26，三種研究方法詳細定義如下：

1. 單線型：以兩個降雨參數為指標，建立一條臨界雨量線，將區域分為災 害發生區及災害不發生區。

2. 雙線型：具備單線型分區方式，另建立一條受災線，將土石流發生區分 為小規模發生區與極大規模發生區。

3. 三線型：具備單線型分區方式，另建立一條警戒基準線和一條避難基準 線，將災害不發生區分為三區塊。

二、國內臨界降雨量警戒發布機制沿革

國內臨界降雨量系統，主要是針對土石流災害設定，尤以農委會水土保持局 研究為最早，而臨界降雨量警戒發布機制沿革，大致可分為三個階段：

戒值，進行區域性土石流警戒之觀測。警戒操作上係以臨界雨量線之有 效累積雨量及有效降雨強度之交點做為警戒基準值，警戒基準值累積雨 量約在 150mm 至 455mm 之間，降雨強度界於 15mm/hr 至 40 mm/hr 之 間。然而部份鄉鎮或村里內無任何雨量站可供分析，如欲要求以村里為 警戒單元，需取得雨量資料進行評估分析。

3. 以集水區為警戒區發布單元 (2004/12~迄今)

為解決前述問題，並配合行政院農業委員會 2004 年 12 月 23 日頒訂的

「土石流防災疏散避難作業規定」，水土保持局自 2004 年 12 月南瑪督颱風 開始，即改以集水區為土石流警戒區發布單元；同時將警戒值模式改為以 有效累積雨量做為研判模式，並配合紅色警戒、黃色警戒之定義，將土石 流警戒發布範圍縮小至以集水區為單元，如圖 2-23所示。

事實上，目前我國土石流黃色及紅色警戒模式，是以「時間域」概念做 為劃分，依降雨歷程變化，分階段發布紅黃色警戒。而日本 (Okubo，2004) 及瑞士 (Petrascheck，2003)等國，亦有紅色、黃色警戒之概念與發布方式，然 其劃設方式則是採用「空間域」之觀點，以日本為例，土石流之土砂災害警戒 區 (黃色警戒區)和特別警戒區 (紅色警戒區)，係依災害預期境況模擬結果，

將可能致災之空間範圍依其受災程度不同分為紅色、黃色警戒區，劃設示意如 圖 2-24 (林美聆，2005)。相關定義如表 2-27所示。而各國災害應變機制之比 較，將美國、奧地利、日本及我國災害應變機制整理如表 2-28所示。

表 2-21 I-R 型臨界降雨系統

謝正倫(1991-1996) Ie(有效降雨強度) Rte(總有效累積雨量) Ie=a*Rte+c 江與林(1991) Ie(有效降雨強度) Re(有效累積雨量) Re=a+c*Ie 范正成(1996-1998) Ie(有效降雨強度) Re(有效累積雨量) Ie=a*Re+c 詹錢登等(2004) I(降雨強度) Rte(總有效累積雨量) RTI=I*Rte 瀨尾克美與

船崎昌繼(1978) Ie(有效降雨強度) Re(有效累積雨量) Re=a+c*Ie 譚萬沛(1991)

陳晉琪(2000) Ie(有效降雨強度) Te(有效降雨延時) Ie=Qc/Te+IL

詹錢登等人(2001) Ie(有效降雨強度) Te(有效降雨延時) (Ie-IL)×Te=Qc 廖偉民(2001) Ie(有效降雨強度) Te(有效降雨延時) (Ie-IL)×Te=Qc Caine(1980) I*(平均降雨強度) T*(一場降雨的降雨延時) I*=14.82×T*^(-0.39) Canon-Ellen(1985) I*(平均降雨強度) T*(一場降雨的降雨延時) T*=a/I*-b

Wieczorek(1987) I*(平均降雨強度) T*(一場降雨的降雨延時) T*=0.9//I*-0.17 Keefer et al(1987) I*(平均降雨強度) T*(一場降雨的降雨延時) (I*-IL)×T*=Qc

范正成等人(1999) Re(有效累積雨量) Te(有效降雨延時) Re=238.7-16.15×Te 范正成等人(2002) Re(有效累積雨量) Te(有效降雨延時)

表 2-24 I-P 型臨界降雨系統

I10=5.5-0.091×

(P10+P20)≧0.5 以降雨強度(I)與前期降雨(P)為臨界指標

國外

作者 土石流發生前之累積雨量 各地區之平均年降雨量 臨界降雨關係式 瀨尾克美與

船崎昌繼(1973) Ra MAP Ra=0.35×(MAP)-270

作者 土石流發生臨界日降雨量 平均雨天降雨量 臨界降雨關係式

Wilson(1997) Rc RDN

Rc=Nc×(RDN)

Caine (1980)、Cannon-Ellen (1985)、Keefer et

al.(1987)、Wieczorek (1987)、Wilson (1997)、Deganutti et al. (2000)、瀨尾克美與船崎昌繼（1973)、青木佑久

（1980）、

表 2-27 日本空間域之土石流警戒區設置依據

(a) 警戒區單線法劃分

圖 2-23 土石流警戒區發布時機

資料來源：摘自農委會水土保持局，2004。

伍、國內外警戒降雨量文獻回顧 一、以公路作為警戒區發布單元

除了鄉鎮村里的防災操作外，NCDR 亦對山區道路崩塌災害潛勢評估進行了 一系列之研究，其內容包含：(一)國內易致災山區道路、(二)不同颱風路徑造成 山區道路崩塌的風險評估、(三)建立山區道路崩塌潛勢分析評估模式與門檻值等。

研究採行 Kendall 相關性統計分析方法，深入評估降雨因子造成道路邊坡崩塌致 災關係，並以總雨量及最大時雨量兩個因子進行 Logistic 迴歸，據此建立山區道 路崩塌潛勢機率模式(圖 2-25)。防災期間操作方式可分為三個階段：(1)颱風未登 陸前：依據可能侵襲之不同颱風路徑，先行估算可能警戒道路之高中低潛勢值，

提早預置防救災資源於高潛勢路段。(2)颱風登陸期間：針對已發布之高潛勢道 路路段，提醒用路人行經之安全作為或替代道路之使用，同時密切注意易與外界 中斷交通形成孤島之山區聚落，提早囤積所需物資。(3)已有風雨預報且降雨集 中區域：將前述所採用之總雨量及最大時雨量輸入潛勢機率模式中，若雨量超過 警戒值，則對用路人發布可能發生崩塌之訊息，並對此高潛勢道路需要進行封路 措施或建議改行其他安全替代道路(表 2-29)。

此外，公路總局近年投入大量心力於公路預警機制之研擬(圖 2-26)，除訂定 預警性封路流程外(圖 2-27)，亦擬定各一、二級監控路段之預警值、警戒值、行 動值等封路標準(表 2-30)。以一級監控路段為例，預警等級(黃色注意)為氣象局 預測雨量達到預警值或實測雨量達預警值時發布，發布後交通維持通行，但須開 始關注後續降雨狀況；警戒等級(橙色管制)為實測雨量達警戒值時發布，發布後 交通維持通行，惟可能出現零星落石及小規模土石坍流，並採隨坍隨清，並於管

此外，公路總局近年投入大量心力於公路預警機制之研擬(圖 2-26)，除訂定 預警性封路流程外(圖 2-27)，亦擬定各一、二級監控路段之預警值、警戒值、行 動值等封路標準(表 2-30)。以一級監控路段為例，預警等級(黃色注意)為氣象局 預測雨量達到預警值或實測雨量達預警值時發布，發布後交通維持通行，但須開 始關注後續降雨狀況；警戒等級(橙色管制)為實測雨量達警戒值時發布，發布後 交通維持通行，惟可能出現零星落石及小規模土石坍流，並採隨坍隨清，並於管