影響因子選取與計算

影響因子之決定與選用，係根據土石流發生的三大基本條件：豐富的 土石材料，充足的水分供給，適當的坡度條件。以下將對選定的因子及求 取之方法做進一步說明。

5.3.1 影響因子之選取

前人研究中所選取的影響因子包括：

一. 豐富的土石材料：土壤粒徑分佈、塑性指數、岩層不連續面、地 質種類、殘土率及溪谷邊坡之坡度、土地利用 因子、土壤粒徑大於4 號篩之重量百分比、土 壤粒徑小於200 號篩之重量百分比等。

二. 充足的水分供給：植生狀況、自然含水量、集水區面積、溪谷邊 坡之坡向、溪流長度、形狀係數等。

三. 適當的坡度條件：溪床平均坡度等。

本研究分佈在台北、南投、花蓮三區之土石流。為了能知道其分區之 特性，決定採用統計分析，以不同破壞型態之各影響因子為對象，進行探 討。影響因子選定原則為：

1. 具代表性：所選定之因子能代表土石流發生之三大基本條件。

2. 取得容易：當資料數繁多時，無法取得每個資料點位之詳細資料，

只能以有限的資源獲取最多的因子；而利用地理資訊系統，研究 者可以套疊不同之數值資料圖層以求得各資料點之資料。而＂充 足的水分供給條件＂中，地下水滲流是一項重要水量來源，取決

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於氣象因子、地表覆蓋、土壤入滲能力等，但由於求取不易，故 不採用這些因子。

依上述原則，本研究選定之影響因子為：

1. 地質種類

不同地質的材料強度及破碎程度各異，所能提供之土石材料也不 同。

2. 集水區平均坡度

集水區邊坡坡度越陡時，越易產生崩塌；相反地，若集水區邊 坡較平緩時，則崩塌情形較不嚴重。根據蘇育瑞（1995）研究花 蓮地區土石流之結果，發現集水區邊坡坡度對海岸山脈地區土石 流的發生有顯著的影響。

3. 集水區面積

河川之尖峰流量與集水區面積大小成正比，而集流時間一般隨 流域面積增加而遞增，因此可以從集水區之面積，來評估河川之 尖峰流量之大小與集流時間之長短。

4. 土石流長度

土石流長度是指流域中最長、最大的主流的長度，同時潛勢溪 流長度越長，所包含的集水區面積相對越大，並且影響溪流之尖 峰流量、集流時間與逕流分佈等特性。

5. 溪床剖面坡度

水流流速受坡度直接影響，坡度越大則水流流速越快，反之則 越慢。欲使土石流發生流動必須要有一適當之溪床坡度，若溪床 坡度太緩，則不能促使土石流動；若溪床坡度太陡，則不易使土

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石與水混合形成土石流。且土石無法堆積於溪谷中累積土石量。

6. 形狀係數

流域之形狀係數（Form factor）為 1932 年由荷頓氏所提議，

又稱為荷頓因子（Horton´s form factor）或流域形狀（Basin shape），

F 其定義為：

L2

F = A

(5.1) L：主要河川長度

A：集水區之總集水面積

形狀係數較大，則代表集水區的形狀為寬宏狀，反之則呈現較 狹窄之形狀，而此兩種不同之形狀將會影響河川之流量歷線分佈 不同，如圖5-5 所示。

7. 有效集水面積

依高橋保(1974)之理論指出土石流發生區之溪床平均坡度應 在15 度以上，亦即溪床平均坡度15 度以上之集水區面積對土石 流之發生有較大的作用，因此定義溪床坡度15 度以上之集水區面 積為有效集水區面積。

以上所選定之影響因子能代表土石流發生的條件特性，亦可由 地理資訊系統軟體Arc-View 經數值資料圖層套疊直接求得，以後 如需擴大使用範圍，也很容易可以修改套用。

5.3.2 影響因子之求取

求取各影響因子所需之基本數值資料包括：數值地形模型圖層、地質 分佈圖圖層、土石流潛勢溪流數化檔圖層、及地形圖圖層等。以下將介紹

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不同發生條件之各影響因子求取方法。

一、豐富的土石材料

土石流中的固體含量相當高，如果沒有足夠的土石來源，將很難形成 土石流。堆積物來源可以分為自然堆積及人為堆積兩種，人為堆積方面難 以考量，本研究之充足土石材料來源僅對自然堆積做討論。

1. 地質種類

使用地質資料之圖層為經濟部地質調查於民國 90 年所數化之台灣省 二十五萬分之一地質分佈圖，將地質分佈圖層及土石流分佈圖層載入 ArcView 內，即可利用查詢工具得知土石流所在之地質種類。

2. 簡易地質

將洪如江教授於民國 86 年修訂之台灣地區工程地質分區分佈圖層及 土石流分佈圖層載入ArcView 內，即可利用查詢工具得知土石流所在之工 程地質分區。

3. 集水區平均坡度

將 集 水 區 向 量 檔(shape file) 轉 換 成 網 格 式 資 料 (Raster) ， 再 利 用 ArcView 空間模組中(Surface/Derive Slope)產生集水區之坡度分佈。將坡度 重新分組為5 度一組後，求得每組內有多少個網格數，而後利用 Excel 表 單將其加權平均，即可求得集水區平均坡度。

二、充足的水分供給

土石流的水源供應主要是藉著地表逕流與地下水滲流使堆積土體不 穩定而發生土石流。地下水滲流是一項重要水量來源，取決於氣象因子、

地表覆蓋、土壤入滲能力等；逕流大小則取決於該流域的地文因子，如集 水區面積、溪流長度等。本研究選定集水區面積及溪流長度為影響因子。

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1. 集水區面積 求取步驟如下：

(1)利用 ArcView 空間-水文分析模組，決定其單元網格流動方向。

(2)計算其累積流量。

(3)產生集水區。

(4)編修及建立集水區圖層。

求得集水區後，再利用 ArcView 內建語言 Avenue 呼叫多邊型面積函 數，即可求得集水區面積。

2. 土石流長度

使用ArcView 工具列上的距離量測工具，直接在土石流數化圖層量得 溪流長度，需注意此時所求得的是溪流投影長度。

3.有效集水區面積

利用EXCEL 將第一項中集水區面積中 15 度以上者，加以加權平均，

及可得有效集水區面積。

三、適當的坡度條件

適當的坡度條件主要是指溪床的平均坡度及形狀係數，以下說明 各因子之求取方法。

1. 溪床平均坡度

依定義之方式計算：

溪床剖面坡度＝sin^-1[(上游高程-下游高程)/溪流長度] (5-2) 由溪流長度、溪流上游高程及谷口高程，帶入公式，即可求得溪床剖

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面坡度。需注意的是，因為在ArcView 上求得之溪流長度是經過投影在平 面上的溪流長度，故實際在運算時所用的公式為：

溪床剖面坡度＝tan^-1[(上游高程-下游高程)/溪流投影長度] (5-3) 2. 形狀係數

依(5-1)式將求得之集水區面積除以主溪流長度平方即得形狀係數，並 需注意單位一致。

依上述之方法，求得選取之影響因子，以建立資料庫及作為後續統計 分析之用。

3.上游坡度

為了能與前一年之分析結果做一比較，因此取離河流發源處平面距離 五百公尺為上游，分析斷面也就是自河流發源處取五百公尺之剖面下去分 析。